1、66 铰孔工艺、编程661 铰孔加工工艺1铰孔加工概述钻孔是在实体材料中钻出一个孔，而铰孔是扩大一个已经存在的孔。铰孔和钻孔、扩孔一样都是由刀具本身的尺寸来保证被加工孔的尺寸的，但铰孔的质量要高得多。铰孔时，铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小其表面粗糙度值，铰孔是孔的精加工方法之一，常用作直径不很大、硬度不太高的工件孔的精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。机铰生产率高，劳动强度小，适宜于大批大量生产。铰孔加工精度可达IT9IT7 级，表面粗糙度一般达Ra1.6 0.8m。这是由于铰孔所用的铰刀结构特殊，加工余量小，并用很低的切削速度工作的缘故。直径在100 mm以内的孔可
2、以采用铰孔，孔径大于100 mm时，多用精镗代替铰孔。在镗床上铰孔时，孔的加工顺序一般为：钻(或扩) 孔一镗孔一铰孔。对于直径小于 12 mm的孔，由于孔小镗孔非常困难，一般先用中心钻定位，然后钻孔、扩孔，最后铰孔，这样才能保证孔的直线度和同轴度。如图6-6-1所示的工件，加工 620H7均布孔，孔面有Ra1.6的表面质量要求，适合用铰孔方法进行孔的精加工。一般来说，对于IT8级精度的孔，只要铰削一次就能达到要求；IT7级精度的孔应铰两次，先用小于孔径0.050.2 mm的铰刀粗铰一次，再用符合孔径公差的铰刀精铰一次；IT6级精度的孔则应铰削三次。铰孔对于纠正孔的位置误差的能力很差，因此，孔的
3、有关位置精度应由铰孔前的预加工工序予以保证，在铰削前孔的预加工，应先进行减少和消除位置误差。如，对于同轴度材料： 45#钢，正火处理图 6-6-1 圆周均布孔加工零件图 6-6-2 铰刀结构图和位置公差有较高要求的孔，首先使用中心钻或点钻加工，然后钻孔，接着是粗镗，最后才由铰刀完成加工。另外铰孔前，孔的表面粗糙度应小于Ra32m。铰孔操作需要使用冷却液，以得到较好的表面质量并在加工中帮助排屑。切削中并不会产生大量的热，所以选用标准的冷却液即可。2铰刀及选用 铰刀结构在加工中心上铰孔时，多采用通用的标准机用铰刀。通用标准铰刀，有直柄、锥柄和套式三种。直柄铰刀直径为6mm20mm，小孔直柄铰刀直径
4、为1 mm6mm，锥柄铰刀直径为10mm32mm，套式铰刀直径为25mm80mm。分H7、 H8、H9 三种精度等级如图6-6-2（a） ，整体式铰刀工作部分包括切削部分与校准部分。铰刀刀头开始部分，称为刀头倒角或“引导锥” ，方便刀具进入一个没有倒角的孔。一些铰刀在刀头设计一段锥形切削刃，为刀具切削部分，承担主要的切削工作，其切削半锥角较小，一般为1 015 0，因此，铰削时定心好，切屑薄。校准部分的作用是校正孔径、修光孔壁和导向。校准部分包括圆柱部分和倒锥部分。圆柱部分保证铰刀直径和便于测量。刀体后半部分呈倒锥形可以减小铰刀与孔壁的摩擦。 铰刀直径尺寸的确定铰孔的精度主要决定于铰刀的尺寸精
5、度。由于新的标准圆柱铰刀，直径上留在研磨余量，且其表面粗糙度也较差，所以在铰削IT8级精度以上孔时，应先将铰刀的直径研磨到所需的尺寸精度。由于铰孔后，孔径会扩张或缩小，目前对孔的扩张或缩小量尚无统一规定，一般铰刀的直径多采用经验数值：铰刀直径的基本尺寸=孔的基本尺寸；上偏差=2/3被加工孔的直径公差；下偏差=1/3被加工孔的直径公差；例如：铰削20H7( )的孔，则选用的铰刀直径：021.铰刀基本尺寸=20 mm上偏差=2/30.021 mm=0.014 1 mm下偏差=1/30.021 mm=0.007 mm所以选用的铰刀直径尺寸为20 mm。04.7 铰刀齿数确定铰刀是多刃刀具，铰刀齿数取
6、决于孔径及加工精度，标准铰刀有 412 齿。齿数过多，刀具的制造刃磨较困难，在刀具直径一定时，刀齿的强度会降低，容屑空间小，由此造成切屑堵塞和划伤孔壁甚至蹦刃。齿数过少，则铰削时的稳定性差，刀齿的切削负荷增大，且容易产生几何形状误差。铰刀齿数可参照表 6-6-1 选择。表6-6-1铰刀齿数选择铰刀直径mm 1.53 314 1440 40一般加工精度 4 4 6 8齿 数高加工精度 6 8 1012铰刀的刀齿又分为直齿和螺旋齿两种。螺旋齿铰刀带有左旋的螺旋槽，这种设计适合于加工通孔，在切削过程中左旋螺旋槽“迫使”切屑往孔底移动并进入空区。不过它不适合盲孔加工。 铰刀材料确定铰刀材料通常是高速钢
7、、钴合金或带焊接硬质合金刀尖的硬质合金刀具。硬质合金铰刀耐磨性较好；高速钢铰刀较经济实用，耐磨性较差。3铰削用量的选用 铰削余量铰削余量是留作铰削加工的切深的大小。通常要进行铰孔余量比扩孔或镗孔的余量要小，铰削余量太大会增大切削压力而损坏铰刀，导致加工表面粗糙度很差。余量过大时可采取粗铰和精铰分开，以保证技术要求。另一方面，如果毛坯余量太小会使铰刀过早磨损，不能正常切削，也会使表面粗糙度差。一般铰削余量为 0.10.25mm，对于较大直径的孔，余量不能大于 0.3mm。 有一种经验建议留出铰刀直径 13大小的厚度作为铰削余量（直径值） ，如，20的铰刀加 19.6 左右的孔直径比较合适：20(
8、202100)=19.6对于硬材料和一些航空材料，铰孔余量通常取得更小。 铰孔的进给率铰孔的进给率比钻孔要大，通常为它的 23 倍。取较高进给率的目的是使铰刀切削材料而不是摩擦材料。但铰孔的粗糙度 Ra 值随进给量的增加而增大。进给量过小时，会导致刀具径向摩擦力的增大，铰刀会迅速磨损引起铰刀颤动，使孔的表面变粗糙。标准高速钢铰刀加工钢件，要得到表面粗糙度 Ra0.63，则进给量不能超过 0.5mm/r，对于铸铁件，可增加至 0.85mm/r。 铰孔操作的主轴转速铰削用量各要素对铰孔的表面粗糙度均有影响，其中以铰削速度影响最大，如用高速钢铰刀铰孔，要获得较好的粗糙度 Ra0.63；m，对中碳钢工
9、件来说，铰削速度不应超过5m/min，因为此时不易产生积屑瘤，且速度也不高；而铰削铸铁时，因切屑断为粒状，不会形成积屑瘤，故速度可以提高到 810m/min。通常铰孔的主轴转速可选为同材料上钻孔主轴转速的 23。例如，如果钻孔主轴转速为 500rmin，那么铰孔主轴转速定为它的 23比较合理：5000.660=330rmin4适合于铰孔切削循环通常铰孔的步骤和其他操作一样。加工盲孔时，先采用钻削然后铰孔，但是在钻孔过程中必然会在孔内留下一些碎屑影响铰孔的正常操作。因此在铰孔之前，应用 M00 停止程序，允许操作者除去所有的碎屑。铰孔编程也需要用到固定循环。实际上并没有直接定义的铰孔循环。Fan
10、uc 控制系统中比较合适的循环为 G85，该循环可实现进给运动“进”和进给运动“出” ，且两种运动的进给率相同。G85 固定循环路线如图 6-6-3 所示。662 铰孔工艺编程实例1工件孔加工任务如图 6-6-1 零件，毛坯尺寸：909042，材料为 45 钢，正火处理，已在普通铣床上完成 9090 侧面轮廓和基本定位面底平面加工，上表面留下了 2的余量，现需要加工：图 6-6-3 G85 固定循环路线1) 铣削上表面，保证尺寸 30，上表面达到 Ra3.2 的表面质量要求；2) 620H7 圆周均布通孔加工，孔面达到 Ra1.6 的表面质量要求。2工件坐标系设定：如图 6-6-4，工件长、宽
11、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 30上表面。3 上表面加工工艺分析：上表面加工参考平面铣削工艺。4圆周均布通孔加工方法选择选用钻扩铰的加工方法加工 20H7 ，加工步骤及刀具选择如下： 引正孔：4 中心钻钻引正孔； 钻孔：18 麻花钻头钻通孔； 扩孔：19.8 扩孔钻扩孔，半精加工； 孔口倒角：30 点钻(钻尖 90) 铰孔：20H7 机用铰刀铰孔精加工。5孔加工循环的选择：底孔加工前的中心钻加工中心孔用 G82 孔加工循环，麻花钻头钻 618mm 孔和扩孔钻直径 19.8mm 用 G81 孔加工循环，最后机用铰刀铰直径 20m
12、m 孔应用 G84 孔加工循环。6各孔 X、Y 位置坐标值：如表 6-6-2 所示，各孔 X、Y 位置坐标值有直角坐标、极坐标两种表示法：表 6-6-21 2 3 4 5 6直角坐标 X=30cos30Y=30sin30X=30cos90Y=30sin90X=30cos150Y=30sin150X=30cos210Y=30sin210X=30cos270Y=30sin270X=30cos330Y=30sin330极坐标 X=30Y=30X=30Y=90X=30Y=150X=30Y=210X=30Y=270X=30Y=330显然当多孔在 XY 平面内圆周分布时，用极坐标的方法表示点位较直角坐标表
13、示法方图 6-6-4 工件工件坐标系便。7孔加工循环的高度平面选择Z 向 R 面高度：上表面上方 50。初始平面高度：上表面上方 5。孔底高度：引正孔钻至 Z-5；18 麻花钻钻孔深至 Z-45；扩 19.8 孔深至 Z-40；倒角至 Z-11；铰孔深至 Z-40。8切削用量的计算零件材料为 45 钢，机用铰刀材料为高速钢，直径 20mm，进给量 0.8mm/r，转速 100 r/min，切削液为 30菜油加 70肥皂水。其它刀具切削用量参考表 6-6-3 工序卡9工序卡表 6-6-3 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 子程序号1 铣平
14、面 T1硬质合金端铣刀盘 80300 200 H01 O66012 引正孔 T2 4 中心钻 2000 80 H02 O66023 钻 6 18.底孔 T3高速钢8.5 钻头550 80 H03 O6603419.8 扩孔钻扩孔T4 19.8 扩孔钻扩孔 300 150 H04 O66044 孔口倒角 T5 30 点钻(90 0) 300 50 H04 O66055 铰孔精加工 T6 20H7 机用铰刀 100 80 H05 O6606备注 设子程序号 O8888；设孔定位子程序号 O660710孔加工编程加工程序编制如下：主程序：O6600； 主程序号G54 G21 G90 G94 G17
15、T01 初始化设置，同时 T01 刀准备T01 M98 P8888； 调用换刀子程序，T01 刀装上主轴子程序：O6601(T01 铣平面）G00 X120 .0Y-5.0 S318 M03；G43 G0 Z50.0 H01；G0 Z-5.0 M08；G1 X-120 F550；G00 Z50.0； M99O6602(T02 中心钻钻引正孔）S1200 M03 G43 Z50.0 H02 M08G17G16G99 G82 X30 Y30 R5.0 Z-5.0 P100 F100.M98P6607G15M99O6603(T03 麻花钻头钻通孔）S550 M03 G43 Z50.0 H03 M08
16、G17G16G99 G81 X30 Y30 R5.0 Z-45. F80.M98P6607G15M99O6604(T0419.8 扩孔钻扩孔，半精加工）S300 M03 G43 Z50.0 H04 M08G17G16G99 G81X30Y30 R5.0 Z-40.0 F150.M98 P6607G15M99O6605(T05 孔口倒角）S300 M03 M98 P6601； 调用 T01 刀加工程序 O6601T02 M98 P8888； 调用换刀子程序，T02 刀装上主轴M98 P6602； 调用 T02 刀加工程序 O6602T03 M98 P8888； 调用换刀子程序，T03 装上主轴M
17、98 P6603； 调用 T03 刀加工程序 O6603T04 M98 P8888； 调用换刀子程序，T04 刀装上主轴M98 P06604； 调用 T04 刀加工程序 O6604T05 M98 P8888； 调用换刀子程序，T05 装上主轴M98 P6605； 调用 T05 刀加工程序 O6605T06 M98 P8888； 调用换刀子程序，T06 装上主轴M98 P6606； 调用 T06 刀加工程序 O6606G91 G28 Z0 回到机床 Z 向零点M05； 主轴停转M30；。 程序结束，光标回到起始行G43 Z50.0 H05 M08G17G16G99 G82X30Y30 R5.0 Z-11.0 P100 F50.M98P6607G15M99O6606 (T06 铰孔）S100 M03 G43 Z50.0 H06 M08G17G16G99 G85X30Y30 R5.0 Z-40.0 P100 F80.M98P6607G15M99O6607(孔定位子程序）X30Y90Y150Y210Y270Y330M99O8888；(立式加工中心的换刀子程序)N1 M09；N2 G80 G40；N3 M05；N4 G91 G28 Z0；N5 G49 D00 H00；N6 G90 M06；M99；
