钻孔扩孔锪孔加工制造工艺编程.docx
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钻孔扩孔锪孔加工制造工艺编程
6.4钻孔、扩孔、锪孔加工工艺编程
6.4.1实体上钻孔加工
用钻头在实体材料上加工孔的方法,称为钻孔。
钻削时,工件固定,钻头安装在主轴上做旋转运动(主运动),钻头沿轴线方向移动(进给运动)。
在实体上钻孔刀具有普通麻花钻、可转位浅孔钻及扁钻等。
1.实体上钻孔加工刀具
⑴麻花钻
麻花钻是一种使用量很大的孔加工刀具。
钻头主要用来钻孔,也可用来扩孔。
麻花钻如图6-4-1(a)所示,柄部用于装夹钻头和传递扭矩,工作部分进行切削和导向。
图6-4-1麻花钻
①柄部:
根据柄部不同,麻花钻有莫氏锥柄和圆柱柄两种。
直径为0.1~20㎜的麻花钻多为圆柱柄,可装在钻夹头刀柄上(如图6-4-1a所示)。
直径为8~80mm的麻花钻多为莫氏锥柄,可直接装在带有莫氏锥孔的刀柄内,刀具长度不能调节(如图6-4-1b所示)。
中等尺寸麻花钻两种形式均可选用。
②工作部分
工作部分又分为导向部分及切削部分。
导向部分:
麻花钻导向部分起导向、修光、排屑和输送切削液作用,也是切削部分的后备。
切削部分:
如图6-4-1d所示:
麻花钻的切削部分有两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃。
两个螺旋槽是切屑流经的表面,为前刀面;与孔底相对的端部两曲面为主后刀面;与孔壁相对的两条刃带为副后刀面。
图6-4-2钻引正孔刀具
为了提高麻花钻钻头刚性,应尽量选用较短的钻头,但麻花钻的工作部分应大于孔深,以便排屑和输送切削液。
2.钻引正孔刀具
在加工中心上钻孔,因无夹具钻模导向,受两切削刃上切削力不对称的影响,容易引起钻孔偏斜,因此一般钻深控制在直径的5倍左右之内。
一般在用麻花钻钻削前,要先用中心钻,或刚性好的短钻头,打引正孔,用以准确确定孔中心的起始位置,并引正钻头,保证Z向切削的正确性。
如图6-4-2所示刀具为常用于钻削引正孔的刀具,图6-4-2a是中心孔钻头,图6-4-2b刀尖角为一定角度的点钻,图6-4-2c是球头铣刀,球头面上具有延伸到中心的切削刃。
引正孔钻到指定深度后,不宜直接抬刀,而应有孔底暂停的动作,对引导面进行修磨(常常用G82循环加工引正孔)。
3.供应冷却液的钻头
在实体材料上加工孔时,钻头处于封闭的状态下进行切削,传热、散热困难,为此,一些钻削刀具设计成钻头切削部为耐高温的硬质合金,并且钻头设计有一个或两个从刀柄通向切削点的孔,供应冷却液,钻头工作时,压缩空气、油或切削液要流入钻头。
这种设计使得钻头在排屑的同时,切削点和工作区域得到冷却。
钻深孔时这种钻头特别有用。
供应冷却液的钻头,见图6-4-3(a)。
4.扁钻
扁钻由于结构简单、刚性好及制造成本低,近年来在自动线及数控机床上也得到广泛应用。
图6-4-3硬质合金刀尖钻头、扁钻、可转位硬质合金钻头
整体式扁钻主要用于加工小尺寸的浅孔,特别是加工φ0.03~O.5mm的微孔。
装配式扁钻,见图6-4-3(b),由两部分组成:
扁钻刀杆和用镙钉安装到刀杆的扁钻刀片,用于加工大尺寸的浅孔。
一般来说,当钻直径超过25mm的浅孔时,扁钻要比麻花钻更具优势。
因为标准装配式扁钻刀杆可适用于多种刀片直径,扁钻上的磨损刀片可以重新磨刃,也可以直接更换新刀片。
扁钻刀片有齿槽结构,起到断屑作用,有利于切屑的排除。
扁钻钻孔时弯曲较小,因此加工出的孔精度会更高。
扁钻往往通过一次进给就加工出孔,不需要钻中心孔或通过多次钻孔来逐渐扩大孔尺寸。
为合理地使用扁钻,用扁钻钻孔时机床提供的扭矩要比用标准麻花钻钻孔时所用扭矩高50%以上,同时,还需要提高工艺系统刚度。
大多数扁钻钻孔时,需要有流向刀具的冷却液,以便散热并排屑。
因此,扁钻通常需要有高压冷却系统。
扁钻的钻孔深度受到一定的限制,不适合用于较深孔的加工,这是因为扁钻上没有用于排屑的镙旋槽。
5.可转位硬质合金钻头
可转位硬质合金刀片钻头,见图6-4-3(c),代表了CNC钻孔技术发展的最新成就。
可转位硬质合金刀片钻头有时用来代替高速钢麻花钻,其钻孔速度要比高速钢麻花钻的钻孔速度高很多,适用于钻直径为16~80mm的孔。
可转位硬质合金刀片钻头具有扁钻的全部优点,同时还可以更换(或换位)刀片。
用这种钻头钻孔时的进给速度可以是麻花钻或扁钻的5~10倍。
钻头的刚性很好,可保证钻孔的精度,有易于排屑的容屑槽,孔加工质量好,表面粗糙度一般可达Ra6.3~3.2μm。
硬质合金刀片钻头需要较大的加工功率和流向刀具的高压冷却系统。
硬质合金刀片还允许加工较硬的材料。
用可转位硬质合金刀片钻头在实体工件上钻孔,加工孔的长径比宜控制在4︰1以内。
2.实体上钻孔加工特点、方法
在实体材料上加工孔时,钻头是在半封闭的状态下进行切削的,散热困难,切削温度较高,排屑又很困难。
同时切削量大,需要较大的钻削力,钻孔容易产生振动,容易造成钻头磨损。
孔加工精度较低。
在工件实体钻孔,一般先加工孔口平面,再加工孔,刀具在加工过的平面上定位,稳定可靠,孔加工的编程数据容易确定,并能减小钻孔时轴线歪斜程度。
在加工中心上,用麻花钻钻削前,要先打引正孔,避免两切削刃上切削力不对称的影响,防止钻孔偏斜。
对钻削直径较大的孔和精度要求较高的孔,宜先用较小的钻头钻孔至所需深度Z,再用较大的钻头进行钻孔,最后用所需直径的钻头进行加工,以保证孔的精度。
在进行较深的孔加工时,特别要注意钻头的冷却和排屑问题,一般利用深孔钻削循环指令G83进行编程,可以工进一段后,钻头快速退出工件进行排屑和冷却,再工进,再进行冷却断续进行加工。
3.选择钻削用量的原则
在实体上钻孔时,背吃刀量由钻头直径所定,所以只需选择切削速度和进给量。
图6-4-2(c)为钻削用量示意图。
对钻孔生产率的影响,切削速度和进给量是相同的;对钻头寿命的影响.切削速度比进给量大;对孔的粗糙度的影响,进给量比切削速度大。
综合以上的影响因素,钻孔时选择切削用量的基本原则是;在保证表面粗糙度前提下,在工艺系统强度和刚度的承受范围内,尽量先选较大的进给量,然后考虑刀具耐用度、机床功率等因素选用较大的切削涑度。
⑴切削深度的选择:
直径小于30mm的孔一次钻出;直径为30~80mm的孔可分为两次钻削,先用(0.5~0.7)D的钻头钻底孔(D为要求的孔径),然后用直径为D的钻头将孔扩大。
这样可减小切削深度,减小工艺系统轴向受力,并有利于提高钻孔加工质量。
⑵进给量的选择:
孔的精度要求较高和粗糙度值要求较小时,应取较小的进给量;钻孔较深、钻头较长、刚度和强度较差时,也应取较小的进给量。
⑶钻削速度的选择:
当钻头的直径和进给量确定后,钻削速度应按钻头的寿命选取合理的数值,孔深较大时,钻削条件差,应取较小的切削速度。
高速钢麻花钻的进给量选用可参考表6-4-1;高速钢麻花钻的切削速度选用可参考表6-4-2。
表6-4-1高速钢麻花钻的推荐进给量
钻头直径
钢σb/MPa
铸铁/HB
900以下
900~1100
1100以上
<170
>170
进给量㎜/r
进给量㎜/r
2
0.025~0.05
0.02~O.04
O.015~0.03
4
0.045~0.09
0.04~O.07
0.025~0.05
6
0.080~0.16
O.055~0.11
0.045~0.09
8
0.10~0.20
0.07~O.14
O.06~0.12
10
0.12~0.25
O.10~0.19
O.08~0.15
0.25~0.45
0.20~0.35
12
0.14~0.28
O.11~0.21
0.09~O.17
0.30~0.50
0.20~0.35
16
O.17~0.34
O.13~0.25
O.10~0.20
0.35~0.60
O.25~0.40
20
0.20~O.39
0.15~0.29
0.12~0.23
0.40~0.70
0.25~0.40
23
0.45~0.80
0.30~0.45
24
0.22~0.43
0.16~0.32
0.13~0.26
26
0.50~0.85
0.35~0.50
28
O.24~0.49
O.17~0.34
O.14~0.28
29
0.50~O.90
0.40~0.60
30
0.25~0.50
O.18~0.36
0.15~0.30
35
O.27~0.54
0.20~0.40
O.16~0.32
表6-4-2高速钢麻花钻的推荐切削速度
加工材料
硬度/HB
切削速度vm/s(m/min)
低碳钢
100~125
125~175
175~225
0.45(27)
0.40(24)
0.35(21)
中、高碳钢
125~175
175~225
225~275
275~325
0.37(22)
0.33(20)
0.25(15)
0.20(12)
合金钢
175~225
225~275
275~325
325~375
0.30(18)
0.25(15)
0.20(12)
0.17(10)
高速钢
200~250
0.22(13)
灰铸铁
100~140
140~190
190~220
220~260
260~320
0.55(33)
0.45(27)
0.35(21)
0.25(15)
0.15(9)
铝合金、镁合金
1.25~1.50(75~90)
铜合金
0.33~0.80(20~48)
4.钻孔时的冷却和润滑
钻孔时,由于加工材料和加工要求不一,所用切削液的种类和作用也不一样。
⑴钻孔一般属于粗加工,又是半封闭状态加工,摩擦严重,散热困难,加切削液的目的应以冷却为主。
⑵在高强度材料上钻孔时,因钻头前刀面要承受较大的压力,要求润滑膜有足够的强度,以减少摩擦和钻削阻力。
因此,可在切削液中增加硫、二硫化钼等成分,如硫化切削油。
⑶在塑性、韧性较大的材料上钻孔,要求加强润滑作用,在切削液中可加入适当的动物油和矿物油。
⑷孔的精度要求较高和表面粗糙度值要求很小时,应选用主要起润滑作用的切削液。
6.4.2扩孔加工
用扩孔工具(如扩孔钻)扩大工件铸造孔和预钻孔孔径的加工方法称为扩孔。
用扩孔钻扩孔,可以是为铰孔作准备,也可以是精度要求不高孔加工的最终工序。
钻孔后进行扩孔,可以校正孔的轴线偏差,使其获得较正确的几何形状与较小的表面粗糙度值。
扩孔的加工经济精度等级为IT10~IT11,表面粗糙度Ra值为6.3~3.2μm。
1.用麻花钻扩孔
如果孔径较大或孔面有一定的表面质量要求,孔不能用麻花钻在实体上一次钻出,常用直径较小的麻花钻预钻一孔,然后用修磨的大直径麻花钻进行扩孔。
由于扩孔时避免了麻花钻横刃切削的不良影响,扩孔时可适当提高切削用量,同时,由于吃刀量的减小,使切屑容易排出,孔的粗糙度可减小。
用麻花钻扩孔时,扩孔前的钻孔直径为所扩孔径的50%~70%,扩孔时的切削速度约为钻孔的1/2,进给量为钻孔的1.5~2倍。
2.用扩孔钻扩孔
为提高扩孔的加工精度,预钻孔后,在不改变工件与机床主轴相互位置的情况下,换上专用扩孔钻进行扩孔。
这样可使扩孔钻的轴心线与已钻孔的中心线重合,使切削平稳,保证加工质量。
扩孔钻对已有的孔进行再加工时,其加工质量及效率优于麻花钻。
图6-4-4扩孔钻
专用扩孔钻通常有3~4个切削刃,主切削刃短,刀体的强度和刚度好,导向性好,切削平稳。
扩孔钻刀体上的容屑空间可通畅地排屑,因此可以扩盲孔。
对于在原铸孔、锻孔上进行扩孔,为提高质量,可先用镗刀镗出一段直径与扩孔钻相同的导向孔,然后再进行扩孔。
这样可使扩孔钻在一开始进行扩孔时就有较好的导向,而不会随原有不正确的孔偏斜。
扩孔钻的结构有高速钢整体式,见图6-4-4(a);镶齿套式,见图6-4-4(b);镶硬质合金套式,见图6-4-4(c)。
3.扩孔的余量与切削用量
扩孔的余量一般为孔径的1/8左右,对于小于φ25mm的孔,扩孔余量为1~3mm、较大的孔为3~9mm。
扩孔时的进给量大小主要受表面质量要求限制,切削速度受刀具耐用度的限制。
图6-4-5锪钻的加工
6.4.3锪孔加工
锪钻它是用来加工各种沉头孔和锪平孔口端面的。
锪钻通常通过其定位导向结构(如,导向柱)来保证被锪的孔或端面与原有孔的同轴度或垂直度要求。
1.锪钻简介
锪钻一般分柱形锪钻、锥形锪钻和端面锪钻三种。
⑴柱形锪钻
锪圆柱形埋头孔的锪钻称为柱形锪钻,其结构如图6-4-5a所示。
柱形锪钻起主要切削作用的是端面刀刃,螺旋槽的斜角就是它的前角(γ0=β0=15°),后角α0=8°。
锪钻前端有导柱,导柱直径与工件已有孔为紧密的间隙配合,以保证良好的定心和导向。
一般导柱是可拆的,也可以把导柱和锪钻做成一体。
⑵锥形锪钻
锪锥形埋头孔的锪钻称为锥形锪钻,其结构如图6-4-5b所示。
锥形锪钻的锥角按工件锥形埋头孔的要求不同,有60°、75°、90°、120°四种,其中90°的用得最多。
锥形锪钻直径在12~60mm之间,齿数为4~12个,前角γ0=0,后角α0=6°~8°。
为了改善钻尖处的容屑条件,每隔一齿将刀刃切去一块。
⑶端面锪钻
专门用来锪平孔口端面的锪钻称为端面锪钻,如图6-4-5c所示。
其端面刀齿为切削刃,前端导柱用来导向定心,以保证孔端面与孔中心线的垂直度。
2.锪孔工作要点
锪孔时存在的主要问题是所锪的端面或锥面出现振痕。
锪孔时应注意以下事项:
锪孔时,进给量为钻孔的2~3倍,切削速度为钻孔的1/3~l/2。
⑴尽量选用较短的钻头来改磨锪钻,并注意修磨前面,减小前角,以防止扎刀和振动。
还应选用较小后角,防止多角形。
⑵锪钢件时,因切削热量大,应在导柱和切削表面加切削液。
⑶精锪时,往往用较小的主轴的转速来锪孔,以减少振动而获得光滑表面。
高速钢、硬质合金锪钻切削用量选用可参考表6-4-3。
表6-4-3高速钢、硬质合金锪钻切削用量选用参考
材料
高速钢锪钻
硬质合金锪钻
进给量(mm/r)
切削速度(m/s)
进给量(mm/r)
切削速度(m/s)
铝
黄铜
软铸铁
软钢
金合钢及工具钢
0.13~0.38
0.13~0.25
0.13~0.18
0.08~0.13
0.08~0.13
2.0~4.08
0.75~1.50
0.62~0.72
O.38~0.43
0.20~0.40
0.15~0.30
O.15~O.30
0.15~0.30
0.10~0.20
0.10~0.20
2.50~4.08
2.0~3.50
1.50~1.78
1.25~1.50
0.92~1.0
6.4.4孔加工工艺编程实例
1.工件孔加工要求分析
材料:
45#钢,正火处理
图6-4-6需要孔切削加工的工件图样
如图6-4-6零件,毛坯尺寸:
120×80×40,材料为45钢,正火处理,已完成120×80侧面轮廓、底平面、上表面、台阶及椭长圆轮廓加工,现需要加工:
①钻削加工4×φ12,保证尺寸公差IT11,并有如图所示的孔距位置精度要求,表面质量达到Ra6.3的要求,孔口面有C1.5的倒角;
②钻削加工φ16H10的通孔加工,孔面达到Ra3.2的表面质量要求,并在此基础上加工。
φ24深10的沉头孔。
2.加工方法分析
⑴通孔4×φ12及孔口倒角加工分析:
由于4×φ12的孔尺寸公差IT11,表面Ra6.3的要求,用先打引正孔→钻头钻孔加工方法就可以了,加工步骤及刀具选择如下:
1引正孔:
φ18钻尖为90°的点钻打引正孔,并完成孔口倒角;用G82孔加工循环。
2钻孔:
4×φ12麻花钻头钻通孔,用G81孔加工循环。
⑵通孔φ16H10的通孔及φ24沉头孔加工工艺分析:
φ16的通孔加工,有H10尺寸精度、表面Ra6.3的要求,φ24沉头孔为一般加工要求,选择加工过程:
φ18钻尖为90°的点钻打引正孔→φ12麻花钻头钻通孔→φ16扩孔钻扩孔→φ24锪孔钻加工沉头孔。
钻引正孔、锪孔钻加工沉头孔用G82孔加工循环,φ12麻花钻头钻通孔、φ16扩孔钻扩孔用G81孔加工循环。
3.切削用量的计算
零件材料为45钢。
⑴T01为φ18钻尖为90°的点钻,刀具材料高速钢,进给量0.10mm/r,切削速度v=20m/min,则,主轴转速S=318v/D=318×20÷18≈350r/min;进给速度F=S×f=350×0.1=35mm/min
⑵T02为直径12mm麻花钻头,刀具材料高速钢,进给量0.1mm/r,切削速度v=20m/min则,S=318×20÷12≈550r/min;F=S×f=550×0.1=55mm/min
⑶T03为直径16mm扩孔钻,刀具材料高速钢,进给量0.2mm/r,切削速度v=15m/min则,S=318×15÷16≈300r/min;F=S×f=300×0.2=60mm/min。
⑷T04为φ24锪孔钻,刀具材料高速钢,进给量0.2mm/r,切削速度v=15m/min则,S=318×15÷24≈200r/min;F=S×f=200×0.2=40mm/mi。
以上工艺总结成工序卡,见表6-4-4
表6-4-4孔加工工序卡
顺序
加工内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
(r/min)
进给速度
(mm/min)
补偿号
1
引正孔
T1
φ18钻尖为90°的点钻
350
35
H01
2
钻5×φ12孔
T2
直径12mm麻花钻头
550
55
H02
3
扩φ16mm的孔
T3
直径16mm扩孔钻
300
60
H03
4
锪φ24mm的孔
T4
φ24锪孔钻刀
200
40
H04
4.工件坐标系及坐标值:
工件长、宽向设计基准分别在左右、前后的对称面,设定X、Y向工件零点在工件对称中心,Z向零点设在距底面40㎜上表面。
工件坐标系如图6-4-6设定。
⑴各孔X、Y位置直角坐标如下:
孔号
1
2
3
4
5
直角坐标
X=33
Y=30
X=-33
Y=30
X=-33
Y=-30
X=33
Y=-30
X0
Y0
⑵孔加工循环的高度值选择(以下Z值为相对工件Z0的绝对值)
①各刀初始平面高度:
上表面上方50㎜。
Z向R面高度:
孔口表面上方5㎜。
②孔底高度:
φ18钻尖为90°的点钻,钻削深度:
Z=-10-1.5-6=-17.5
使用φ12的标准麻花钻加工通孔,深度为Z-40㎜。
如果考虑1180~1200的刀尖角,就需要在指定深度上加上0.3×12≈4㎜,Z向深度为:
Z=-40-4=-44㎜。
(0.3是比tan300/2稍大的经验系数)
扩φ16孔钻深至Z-45;
锪孔深度:
Z-10。
5.孔加工程序填写
加工程序编制如下:
O6401;(程序号)
(T01—18mm直径的点钻~900)
G21G17G40G80T01;
T01M06;
G90G54G00X0Y0S350M03T02;
G43Z50.0H01M08;
G99G82R5.0Z-8.0P100F35;
G98R-5Z-17.5M98P6402;
G80Z50.0M09;
G49G28M05;
M01;
(T02——12mm直径钻头)
T02M06;
G90G54G00X0Y0S550M03T03;
G43Z50.0H02M08;
G99G81R5.0Z-45.0P100F55;
G98R-5M98P6402;
G80Z50.0M09;
G49G28M05;
M01
(T03——直径16mm扩孔钻)
T03M06;
S300M03;
G90G54G00X0Y0T04;
G43Z50.0H03M08;
G99G81R5Z-45F60;
G80Z50.0M09;
G49G28M05;
M01
(T04——φ24锪孔钻)
T04M06
G90G54G00X0Y0S200M03;
G43Z50.0H04M08;
G99G82R5Z-10.0P1000F40;
G80Z50.0M09;
G49G28M05;
M30;
O6402;(1#、2#、3#、4#孔的点定位子程序)
G90X33Y30;
X-33Y30;
X-33Y-30;
X33Y-30;
M99
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- 钻孔 扩孔 锪孔 加工 制造 工艺 编程