数控铣床上孔的加工方法
2021-9-3 来源： 南京技师学院 作者：王 刚
摘要：在机械零件中，孔是较为常见的，其加工也是不可少的。传统钻孔加工存在诸多问题，为了保证孔加工的产品质量，现阶段最便利高效的孔加工一般都是在数控铣床或加工中心进行的，通过以铣代钻、螺旋铣孔、插铣代铰等方式提高产品加工精度。文章针对数控铣床孔系加工的问题进行了探讨，并提出了针对性的优化措施，以期确保孔加工质量，为其他从业者提供参考。
关键词：数控；铣床；孔加工
科技发展日新月异，工业生产效率大幅度提升，有力推动了制造业的发展，对数控加工技术提出了更高的要求。数控加工要稳定保质，就需要选择科学合理的数控工艺，这样一方面能保证产品满足用户需求，另一方面也能在消耗最低经济成本的情况下完成生产任务。通常情况下，机床零件的加工往往受多重因素的影响，包括生产工序、刀具的具体形状、走刀路线、切削用量等，由于这些影响因素都是人为操控的，因此在实际运用过程中会伴随一定的误差，这是人的工作经验和能力差异导致的。数控机床加工和传统机床的使用有所区别，不但要考虑传统机床加工中存在的以上因素，还不能忽略编程的合理性。同时，数控加工在技术选择方面也存在灵活多变的优势，需要结合
加工零件的具体情况择优选择。怎样利用好数控加工的特点，选择最合适的加工方法和对象，就成了企业管理人员面临的重要问题。
1 、数控铣床上孔加工的影响因素
1.1 机床自身精度和工艺
数控机床的生产过程中存在精度误差的重要原因在于机床本身有导轨误差、工作误差和夹具误差等，这些因素会使数控机床加工无法达到预期效果。此外，在生产实践中，数控机床生产环节之间存在顺序区别，导致固定时间内生产的合格零件数量有所区别，不同工艺的成本也不尽相同。总之，除了机床本身精度问题，工序的合理安排、技艺的有效选择、零件要求的结合等多个方面的因素都关系数控铣床孔加工的实际效果 [1]。
1.2 孔加工时刀具的效果
1）孔加工属于零件内表面的加工，适用的刀具离不开钻头、铰刀等，而这一类刀具只要长时间使用必然会有磨损，刀具本身的形状和尺寸经过磨损后产生形变，也就会对加工孔的生产效果造成一定的影响。2）加工孔直径的大小往往都有一定的限制，在铣床机体固定的情况下，切削速度只能维持在一定水平上，无法进一步加快。孔越小，意味着加工难度越大，要求越精密。为了提升切削速度，就需要使用针对性的装置，那么这一类刀具的性能就需要满足高速切削的需求，确保加工质量达标。3）刀具的选择有许多要求，一方面，刀具要达到切削速度，从而满足进度需求；另一方面，刀具的结构本身受孔直径与长度的限制，并不是任意刀具都可以被用于不同直径孔的加工。4）加工过程中，在机械设备带动下，轴向力的作用会让刀具出现歪曲变形与振动，如果刀具本身刚性不足，就会影响加工精度 [2]。5）孔加工是在半封闭的空间内完成的，切下的屑不好排出，冷却液也不好进入加工区域，导致散热条件较差，该区域温度较高，因此对刀具的耐热性、耐用度也有较高的要求。
2 、数控铣床上孔加工工艺
传统机床孔加工使用的方法是先钻中心孔，然后用铰孔将孔中心扩张，再镗孔，从而保证加工孔的精度。这一加工方式无论是加工效率、劳动强度，还是生产成本都有太多的不足，已经不适用于数控铣床的生产。加上生产过程中使用的钻孔刚性不足，在长时间使用后，受扭矩和轴向力等因素的影响，会产生孔径超差、孔壁粗糙、孔位偏等一系列问题，导致孔的加工质量会大打折扣 [3]。
在生产工具大幅度改善的背景下，现代技术快速发展，数控机床的应用直接淘汰了传统机床，也引起了传统加工孔方式的革新，通过以铣床替代铰刀的方式完成孔的加工能有效提高加工精度、保证孔的加工质量。
2.1 以铣代钻
在生产工具快速更新的背景下，钻削加工中存在的问题严重影响了孔的加工效果，为了解决钻孔精度不足的问题，确保孔加工要求达标，以铣代钻应运而生。
2.2 螺旋铣孔
螺旋铣孔由自转和公转两个运动结合而成，自转指的是机器主轴的自转，公转指的是主轴绕孔中心的运动，二者复合运动，刀具的中心轨迹不呈直线，这样就能避免轴向力，螺旋线的刀具运动轨迹实现了既径向进给又轴向进给的多方式加工，包括斜面、型槽等 [4]。
螺旋铣孔的优势如下：1）铣刀的侧刃并非持续进行切削加工，不会始终保持刀刃和工件的接触，让切削区域得到了适度的休息，降低了加工时的温度，有利于延长刀具的使用时间，加强其耐用性。2）螺旋铣孔使用的刀具直径比孔径小，在切削的过程中可以确保只切屑而不伤及孔的表面，且有利于排出切削加工留下的残屑 [5]。3）铣刀本身的直径较小，基本能满足不同孔的加工需求，这样就能直接持续加工，避免更换铣刀导致生产效率下降。
2.3 插铣代替铰孔
钻削易产生孔径过大、钻歪等问题，既无法保证加工精度，又无法确保刀具的耐用性。在转动过程中由于轴向力过大，刀具容易摆动。随着转动的推进，钻头的旋转轴线和主轴的旋转轴线之间会偏离一个角度 α，导致钻头尾部和轴线位置出现偏差，钻头自转附带公转的过程中就会出现一个附加角度，导致原本应该重合的钻头几何轴线、旋转轴线以及主轴旋转轴线出现偏离，最后的钻孔效果呈现为孔径超差。在使用铣刀加工时，无论是偏离角度 α 还是附加角度，都会受插铣式加工方法的影响而变少。尤其是孔径小、切屑要求高的销孔类加工，可以先用钻孔、再用铰刀进行加工，最后使合金铣刀通过插铣方式实现误差的调整，以保障精度 [6]。
3 、数控铣床上孔加工的优化方法
3.1 提高工艺设计人员和操作人员的水平
数控铣床孔加工质量的保证离不开工艺的选择，而工艺水平与设计人员和实际操作人员的专业水平息息相关。工艺设计人员不仅要有过硬的专业素质和水平，还应当重视基础，能按照不同零件类型对其进行分解，进而准确得出零件的相关信息，从而结合工艺的选择确定行之有效的孔系加工路线、加工刀具以及生产环节。同时，数控铣床的加工精度、装夹方法以及换刀顺序等因素也会影响生产质量，要结合这些因素归并数控加工工序、工步，从而确定刀具的具体参数。在上述步骤完成后，最后编制合理的加工程序 [7]。操作者的水平除了依赖其自身的学习和实践，还需要企业按期对其进行培训并完成考核，实行科学的奖惩机制。
3.2 优化工艺路线
零件的工艺路线是工艺设计的重要构成内容，直接关系机床的使用率、加工精度等。为了保证铣床加工孔的精确度，要提升生产效率、优化工艺路线，实现工序集中、路线最短和所花费辅助时间最短的目标，从而达到生产效率的最高化。工序集中主要表现在工件装夹的次数上，从最优解看就是一次定位加工多道工序，这样能减少孔间距误差的出现。从孔系加工需求看，有时需要运用不同的刀具提升其精度，延长机床工作台的回转时间，因此工序应按照刀具类型进行划分，在同一把刀具加工完成所有任务后再进行更换是最好的。对精度要求稍差的孔系，可以按照加工路线最短原则排列加工顺序 [8]。
3.3 优化编程
孔系加工的动作顺序有鲜明的特征，像钻孔、镗孔等动作是由空位平面定位到切削到进给再到退回等多运动复合组成的，如果需要对零件上的多个孔进行加工，那就是完成多次相同顺序的动作。从编程的角度说，使用基本指令不仅麻烦，而且效率低下，为此，可以选择孔加工固定循环功能指令完成编程工作，简化程序，提高生产效率。
4 、结束语
数控机床上孔的加工是当代工业零件加工常见的，传统的钻孔方式极不稳定，精度难以保证，也不利于维持刀具的耐用性，改用铣孔方式的优势在于轴向的稳定性更好，同时直径更小，不受孔径大小限制，能一刀多用，往往不需要更换刀具，将其代替钻孔、扩孔、铰孔等，能防止经常换刀，从而提升生产效率。此外，也有利于避免钻削中难排屑、层间易分层的问题，是确保孔加工质量的重要加工方法。同时，数控机床在计算机系统的配合下，实现了超越人工的精度控制和自动化操作，在减少人力成本的同时，也有效地保障了机床加工产品的质量。目前，数控机床的自动化、数字化、智能化水平较高，但依旧需要通过提高工作人员的专业能力和基本素质提升生产效率。此外，相关设计人员要做好生产环节工序编制工作，企业的管理层要按期培训操作人员，提高他们的专业化水平，以进一步提升机床孔加工质量。
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