数控铣削机床孔加工工艺分析及精度控制研究

摘要：机械产品的设计中，无论是箱体型的零件还是回转体的零件都需要进行孔加工，孔的用途不同对技术加工的精度要求存在差异性，在选择孔的加工工艺时，首先需要了解孔的设计要求，通过综合分析和用户提出的设计需求，了解孔的具体用途，在加工阶段进行合理安排，在保证孔加工质量的同时，也需要选择与相匹配的设计工具。本文主要研究了数控铣削机床孔加工工艺以及精度控制，希望能够对当前设计过程中存在的问题进行校正，保证孔加工的整体质量。

关键词：数控铣削机床;孔加工;加工工艺分析;精度控制

孔加工在零件加工中占有很重要的比重，孔加工质量的好坏往往影响着零件的使用性能，那么在制订孔的加工工艺时就需要对孔的技术要求进行全面分析，再结合孔的用途综合考虑、安排，并通过理论与实践结合的办法解决孔精度超差问题。

数控机床孔加工与普通机床孔加工虽然方法、工艺相近，但由于数控加工自动化的特点，要求我们在制订孔的工艺时要充分考虑影响孔精度的各种因素。数控铣削机床，在设计阶段需要加装孔加工模块，专门负责孔加工工艺操作，该模块的主要工作内容有：对加工刀具的整体管理，能够独立完成孔系加工，并设计专门的钻削、镗削、铣削模块，支持螺纹铣削工艺。在进行数控铣削机床孔加工的过程中，分析现有的机床刀具是否能够满足孔加工的工艺要求，并进行加工参数的计算和修正，设置好孔加工时采用的加工工序，调整机床的加工动作，将得到的数据信息输出到数控机床中心，保证加工流程的安全性，减低传统人为编程出错对加工质量的影响。

一、数控铣削机床孔加工工艺

1、数控铣削机床钻孔加工工序。数控铣削机床在钻孔加工过程中，想要全面提高钻头的刚性，满足孔加工的精度需求，通常不会设置钻模，结合相应的设计标准对钻孔的深度与钻头直径的比值进行调整。当钻孔的尺寸较大时，需要选择刚度较为理想的硬质合金扁钻，能够排除碎屑到槽间，全面提高机床的加工效率，被广泛应用到实体零件的钻削中。数控铣削机床在钻孔加工的过程中会采用普通的标准麻花钻，不会设置钻套进行方向引导，很容易出现两切削刃的切削力不均衡情况，导致钻孔发生偏斜，为了解决以上钻孔问题，需要提高两切削刃的刃磨精度，保证两切削刃的长度处于一致，顶角与钻头轴心线处于对称的工作状态。想要在提高孔加工效率的同时，延长钻头的使用周期，需要对普通麻花钻的材质进行特殊处理，工作人员需要定期完成钻头表面的涂层处理工作，目的是全面提高钻头的抗粘结性和耐磨损性，提高断屑效果，减小轴向切削力。当钻削直径在20-60mm区间内，可以选择转位硬质合金浅孔钻，在钻杆的芯部设置冷却通道，在前部设置排屑槽，头部安装一组菱形刀片，在钻头外缘处安装具有较强耐磨性的刀片，与钻芯接近的区域安装韧性较高的刀片，提高切削效率高，保证孔加工质量，被广泛应用到箱体类的零件钻孔加工中。

2、数控铣削机床铰孔加工工序。在进行大直径通孔加工的过程中，需要采用数控铣削机床专用的浮动铰刀，避免加工过程中出现刀片掉落，铰前孔口进行倒角设置，浮动铰刀的使用能够精准定心，自动化完成加工误差抵偿，误差的产生主要来源于刀具安装偏差，或刀杆出现径向跳动，同时直径处于连续调整的状态。能够更好地保证孔加工流程的稳定性和精度，并与其他类型的钢铰刀相比使用寿命更长。

3、数控铣削机床镗孔加工工序。镗孔加工方式主要采用悬臂加工，因此，需要保证两刃或两刃镗刀头的对称性，保证径向切削力的平衡性，能够减小孔加工过程中的振动，在进行阶梯孔加工的过程中，需要更换数控铣削机床镗刀，采用组合式镗刀全面提高镗削的效率，控制好镗刀的径向尺寸。

4、确定进给路线。进给路线设计包括从初始平面到加工平面的快进路线、刀具切削加工采用的工进路线等内容，在孔加工的过程中刀具退回平面的选择会影响到空行程路线的距离，因此需要结合孔在零件上所处的位置，确保加工的安全性，缩短空行程距离。当多个孔处于同一平面上时，孔与孔间会产生凸起障碍，导致孔加工时刀具无需退回到初始平面，被迫退回到相邻平面，达到缩短空行程的目的，在退回过程中如果刀具顺利到达，并且全程不与刀具、工件发生碰撞，需要退回到初始平面，当越过孔间障碍后回到设计平面，路线中增设新平面，需要结合加工经验，选择与零件最高平面相近的位置。

二、数控铣削机床孔加工精度控制

1、提高钻孔加工精度。钻孔加工是孔加工的第一道工序，会直接影响到孔加工的整体质量，同时作为下道工序开展的前提和基础，数控铣削机床转孔加工过程中需要注意刀具的选择和加工流程的控制。

1.1刀具的处理和选择。钻孔加工需要采用高速钢和硬质合金材质的钻头，在安装前检查钻头是否比直，工作人员将钻头平放在平面台，用手轻轻滚动钻头，观察滚动一圈的钻头表现，滚动的过程中要正对光，通过目光观测法观察钻头与平板接触区域的透光表现是否均匀。透光均匀证明钻头比直，不均匀则钻头是弯的，同时要分析钻头两个主切削刃的对称性，将钻头对光举起，仔细观察两条主切削刃的长度是否相等，主要观察区域有：棱边的交接处高度。如果高度不相等，需要对切削刃进行修磨，保证两主切削刃处于对称状态，能够减小钻出孔直径的扩张區域。

1.2孔加工工艺的流程管理。当刀具满足生产条件后，需要对加工流程进行管理，保证最终的孔加工京都，对孔轴线进行调整预防歪斜现象存在对后续加工产生影响，孔轴线调整要改变钻头与工件接触产生的进给量，降低进给量预防钻头刚性过高、定心不准确引发孔轴线歪斜问题。当钻出孔的直径>钻头直径时，会形成孔加工误差，在进行数控铣削机床深孔加工的过程中，需要下达深孔钻削循环指令，避免发生切削碎屑堵塞在钻头容屑槽的现象，导致钻头卡死甚至断裂。

2、提高铰孔加工精度。铰削加工工序是保证孔加工精度的主要阶段，铰刀的直径和加工精度会直接决定最终的孔尺寸和精度。

2.1控制主轴跳动。在铰孔加工的过程中如果出现主轴径向跳动，将刀柄安装在主轴上的铰刀会受到影响出现频繁跳动，无法保证孔加工精度，因此在进行铰孔加工前需要采用百分表对主轴径跳的情况进行检测，当跳动频率稳定在0.01mm以内时处于平稳运行的状态，可以进行孔加工，当主轴径跳频率过高时，需要对铰刀进行修磨，主轴径跳超过的差量为修磨量。

2.2降低铰刀误差。当数控铣削机床的主轴径跳次数满足孔加工要求后，需要对铰刀的误差值进行计算检查，保证安装在刀柄处的铰刀不会出现中心偏离，保证加工流程的可靠性，其次要对安装在主轴的铰刀圆周刃进行检查，判断铰刀圆周刃的尺寸是否一致。检测流程：将刀具系统安装在主轴上，将百分表的表杆平稳固定在立柱上，百分表的表头与铰刀的刀刃进行接触，通过主轴旋转仔细观察铰刀刃在百分表中显示出的刻度线区域，将次作为判断铰刀圆周刃误差的主要依据。采用修磨校正法进行铰刀刃误差修整，当满足各项条件的设计要求后，数控机床铰孔加工程序中下达G01指令，铰孔加工过程中做好切削量的选择，对铰孔过程进行冷却处理。

3、提高铣孔加工精度。铣孔加工需要采用铣刀完成大直径孔的铣削加工，是常用的一种数控铣削机床孔加工方式，铣削加工主要分为粗铣加工和精铣加工两种形式，粗铣孔加工需要时先去除余量，如果预先设置好钻孔可以省略该步骤，通过铣刀扩大孔的直径。铣刀在使用过程中受到力的作用，产生“让刀”的现象，因此粗铣需要采用分层切削的方式，精铣孔需要保证孔的表面不存在接刀痕跡，一次将铣刀下放到孔深处完成铣削加工。想要减少“让刀”现象造成的孔锥度，精铣加工要进行相同的走刀安排，有效处理位于孔底部的锥度，提高孔的平滑性。如果在切削过程中没有合理安排走刀路线，刀具引入处的孔壁会出现明显的接刀痕迹，影响孔加工的整体质量，因此需要对精铣路线进行妥善安排。

三、结语

孔加工质量的好坏往往影响着零件的使用性能。而影响孔加工质量的因素很多，包括刀具、夹具、机床、工艺等。所以在孔的工艺设计分析的过程中，需要充分考量不同设计方案对孔加工精度的影响，制定出合适的设计工艺，保证孔加工精度，并通过理论与实践结合的办法解决孔精度超差问题。

参考文献：

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[2]姚小强.数控铣削机床孔加工工艺分析与精度控制[J].科技展望，2016，26（35）：41.

[3]王刚.数控铣床上孔的加工方法[J].南方农机，2020，51（20）：171-172.

作者简介：莫小凤（1986.02-）女，壮族，广西南宁人，讲师，研究生，研究方向：机械工程。