任务概述
在各种机械产品中，孔是最常见的一种加工部件。对于有些零部件来说，孔的加工质量直接影响着机械产品的最终使用效果。本项目以图2-2-24的零件图为例介绍在加工中心上加工各种形式的孔。
任务目标
1.了解孔的分类及用途。
2.能够对孔类零件进行数控铣削工艺分析。
3.操作数控机床完成孔类零件的加工。
图2-2-24 零件图
知识链接
【任务分析】
该零件外形及中间φ60H7的底孔已加工完毕，主要进行中心孔、通孔及阶梯孔的加工。本项目讲解孔的分类及用途、孔的国标认知、孔加工刀具的分类、工艺的确定、固定循环指令的应用、程序的编制、孔的检测方法等内容。
【项目知识与技能】
一、孔的分类及用途
根据孔的用途，可以将孔分为中心孔、通孔和阶梯孔。
中心孔作为工艺基准，一般用于工件的装夹、检验、装配的定位；数控轴加工中的轴向尺寸是靠编程和手动来定位的。通孔是作为过孔或消除应力孔使用的。阶梯孔是用于悬挂某些零件的。
二、孔加工刀具的分类
孔加工刀具分为两类：一类是用于实体工件上的孔加工刀具，如：扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等；另一类是对工件上已有的孔进行再加工的刀具，如：扩孔钻、锪钻、铰刀及镗刀等。这些孔加工刀具有共同的特点：刀具均在工件内表面切削，工作部分处于加工表面包围之中，刀具的强度、刚度、导向、容屑、排屑及冷却润滑等都比切削外表面时问题更突出。
各种孔加工刀具简介如下：
1.扁钻
扁钻（图2-2-25）是使用最早的钻孔工具。因为其结构简单、刚度好、成本低、刃磨方便，故近几十年来经过改进又获得了较多应用，特别是在微孔（小于φ1 mm）及大孔（大于φ38 mm）加工中显得更方便、经济。
扁钻有整体式和装配式两种。前者适用于数控机床，常用于较小直径（小于φ12 mm）的孔加工，后者适用于较大直径（大于φ63.5 mm）的孔加工。
图2-2-25 扁钻
2.麻花钻
麻花钻（图2-2-26）是迄今应用最广泛的孔加工刀具。因为它的适应性较强，又有成熟的制造工艺及完善的刃磨方法，特别是加工小于φ30 mm的孔，麻花钻仍为主要工具。生产中也有将麻花钻作为扩孔钻使用的。
图2-2-26 麻花钻
图2-2-27 中心钻
3.中心钻
中心钻是用来加工轴类工件中心孔的，有三种结构形式：带护锥中心钻［图2-2-27（a）］、无护锥中心钻［图2-2-27（b）］和弧形中心钻［图2-2-27（c）］。
4.深孔钻
通常把孔深与孔径之比大于5～10倍的孔称为深孔，加工所用的钻头称为深孔钻。深孔钻有很多种，常用的有：外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻及套料钻等。
5.扩孔钻
扩孔钻（图2-2-28）专门用来扩大已有的孔。它比麻花钻的齿数多（Z＞3），容屑槽较浅，无横刃，强度和刚度均较高，导向性能与切削性能较好，加工质量和生产效率比麻花钻高，精度可达IT11～IT10级，表面粗糙度Ra6.3～3.2μ m。
常用的扩孔钻有高速钢整体扩孔钻［图2-2-28（a）］、高速钢镶齿套式扩孔钻［图2-2-28（b）］及硬质合金镶齿套式扩孔钻［图2-2-28（c）］等。
图2-2-28 扩孔钻
6.锪钻
常用的锪钻有三种：圆柱形沉头孔锪钻［图2-2-29（a）］、锥形沉头孔锪钻［图2-2-29（b）］及端面凸台锪钻［图2-2-29（c）］。
图2-2-29 锪钻
7.铰刀
铰刀常用来对已有的孔做最后的精加工，也可对要求精确的孔进行预加工。加工精度可达IT 11-1T6级，表面粗糙度Ra1.6～0.2 μ m。如图2-2-30所示。
图2-2-30 铰刀
8.镗刀
镗刀是对工件已有的孔进行再加工的刀具，可加工不同精度的孔，加工精度可达IT7～IT6级，表面粗糙度Ra6.3～0.8 μ m。
镗刀即是安装在回转镗杆上的车刀，可分为单刃和多刃镗刀。单刃镗刀只在镗杆轴线的一侧有切削刃（图2-2-31），其结构简单、制造方便，有的带有调整装置［图2-2-31（a）］，如采用微调装置（图2-3-32），可大幅度提高精度。双刃镗刀是镗杆轴线两侧对称装有两个切削刃，可消除径向力对镗孔质量的影响，多采用装配式浮动结构（图2-2-33）。镗刀头有整体高速钢和硬质合金焊接结构。
图2-2-31 单刃镗刀
图2-2-32 微调镗刀
1.刀片；2.镗杆；3.导向键；4.坚固螺钉；5.精调螺母；6.刀块
图2-2-33 装配式浮动镗刀
1.刀片；2.刀体；3.尺寸调整螺钉；4.斜面垫板；5.刀片夹紧螺钉
三、孔加工固定循环
1.孔加工固定循环的运动与动作
对工件孔加工时，根据刀具的运动位置可以分为四个平面（图2-2-34）：初始平面、R平面、工件平面和孔底平面。在孔加工过程中，刀具的运动由6个动作组成（图2-2-35）：
初始平面 初始平面是为安全操作而设定的定位刀具的平面。初始平面到零件表面的距离可以任意设定。若使用同一把刀具加工若干个孔，当孔间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完成时，用G98指令使刀具返回到初始平面，否则，在中间加工过程中可用G99指令使刀具返回到R点平面，这样能够缩短加工辅助时间。
R点平面 R点平面又叫R参考平面。这个平面表示刀具从快进转为工进的转折位置，R点平面距工件表面的距离主要考虑工件表面形状的变化，一般可取2～5mm。
孔底平面 Z表示孔底平面的位置，加工通孔时刀具伸出工件孔底平面一段距离，保证通孔全部加工到位，钻削盲孔时应考虑钻头钻尖对孔深的影响。
图2-2-34 孔加工循环的平面
图2-2-35 固定循环的动作
为了保证孔加工的加工质量，有的孔加工固定循环指令需要主轴准停、刀具移位。图2-2-35表示了在孔加工固定循环中刀具的运动与动作，图中的虚线表示快速进给，实线表示切削进给。
动作1——快速定位至初始点。X、Y表示了初始点在初始平面中的位置。
动作2——快速定位至R点。刀具自初始点快速进给到R点。
动作3——孔加工。以切削进给的方式执行孔加工的动作。
动作4——在孔底的相应动作。包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作。
动作5——返回到R点。继续孔加工时刀具返回到R点平面。
动作6——快速返回到初始点。孔加工完成后返回初始点平面。
2.选择加工平面及孔加工轴线
选择加工平面有G17、G18和G19三条指令，对应XY、XZ和YZ三个加工平面，以及对应孔加工轴线分别为Z轴、Y轴和X轴。采用立式数控加工中心孔加工时，只能在XY平面内使用Z轴作为孔加工轴线，与平面选择指令无关。下面主要讨论立式数控加工中心孔加工固定循环指令。
3.孔加工固定循环指令表
孔加工一般采用数控机床系统配备的固定循环功能进行编程。通过对这些固定循环指令的使用，在一个程序段内可以完成某个孔的全部动作（孔加工进给、退刀、孔底暂停等），如果孔的动作不变，则程序中的所有模态数据不变，从而大大减少了编程的工作量。华中系统加工中心的固定循环指令见表2-2-24。
表2-2-24 固定循环指令
4.部分孔加工方式说明
（1）高速深孔往复排屑钻G73指令
格式：G73 X_Y_Z_R_Q_K_F_
说明：X_Y_：孔位数据，单位为mm；
Z_：孔底的位置，单位为mm；
R_：R点位置，单位为mm；
Q_：每次切削进给的切削深度，单位为mm；
K_：退刀距离，单位为mm；
F_：切削进给速度，单位为mm/min。
刀具作如下的运动，如图2-2-36所示：
①预运动，沿着X和Y轴定位。
②快速移动到R点。
③Z轴以当前进给速率继续向下加工深度Q，或者加工到位置Z，取二者中浅的位置。
④快速退回到R点。
⑤快速退刀K距离。
⑥重复步骤c、d、e，直至达到位置Z。
⑦快速退回到起始点。
图2-2-36 G73循环
图2-2-37 G83循环
（2）深孔往复排屑钻G83指令
格式：G83 X_Y_Z_R_Q_K_F_
说明：X_Y_：孔位数据，单位为mm；
Z_：孔底的位置，单位为mm；
R_：R点位置，单位为mm；
Q_：每次切削进给的切削深度，单位为mm；
K_：快进变换工进距上次切削进给下降的点之间的距离，单位为mm；(www.xing528.com)
F_：切削进给速度，单位为mm/min。
刀具作如下的运动，如图2-2-37所示：
①预运动，沿着X和Y轴定位。
②快速移动到R点。
③Z轴以当前进给速率继续向下加工深度Q，或者加工到位置Z，取二者中浅的位置。
④快速退回到R点。
⑤快速前进到已加工面深度上方K点的位置。
⑥重复步骤c、d、e，直至达到位置Z。
⑦快速退回到起始点。
（3）精镗孔G76指令
格式：G76 X_Y_Z_R_Q_P_F_
说明：X_Y_：孔位数据，单位为mm；
Z_：孔底的位置，单位为mm；
R_：R点位置，单位为mm；
Q_：位移量（增量值），单位为mm；
P_：指定刀具在孔底的暂停时间，用整数表示，单位为ms；
F_：切削进给速度，单位为mm/min。
刀具作如下的运动，如图2-2-38所示：
①预运动，沿着X和Y轴定位。
②快速移动到R点。
③Z轴以当前进给速率继续向下加工到位置Z，暂停一段时间。
⑤快速退回到R点。
⑥快速退回到起始点。
图2-3-38 精镗孔
图2-2-39 钻孔
图2-2-40 锪孔
（5）钻孔G81指令
格式：G81 X_Y_Z_R_F_
说明：X_Y_：孔位数据，单位为mm；
Z_：孔底的位置，单位为mm；
R_：R点位置，单位为mm；
P_：指定刀具在孔底的暂停时间，用整数表示，单位为ms；
F_：切削进给速度，单位为mm/min。
刀具作如下的运动，如图2-2-39所示：
①预运动，沿着X轴和Y轴定位。
②快速移动到R点。
③Z轴以当前进给速率继续向下加工到位置Z。
④快速退回到R点。
⑤快速退回到起始点。
（6）锪孔G82指令
格式：G82 X_Y_Z_R_P_F_
说明：X_Y_：孔位数据，单位为mm；
Z_：孔底的位置，单位为mm；
R_：R点位置，单位为mm；
F_：切削进给速度，单位为mm/min。
刀具做如下的运动，如图2-2-40所示：
①预运动，沿着X轴和Y轴定位。
②快速移动到R点。
③Z轴以当前进给速率继续向下加工到位置Z，暂停一段时间。
④快速退回到R点。
⑤快速退回到起始点。
5.重复固定循环简单应用
例题：钻削图2-2-41中的四个孔，加工程序为：
……
G90 G00 X20 Y10
G91 G98 G81 X10 Y5 Z-20 R-5 L5 F80
图2-2-41 重复固定循环简单应用
当加工很多相同的孔时，应仔细分析孔的分布规律，合理使用重复固定循环，尽量简化编程。本例中各孔按等间距线性分布，可以使用重复固定循环加工，即用地址L规定重复次数。采用这种方式编程，在进入固定循环之前，刀具不能直接定位在第一个孔的位置，而应向前移动一个孔的位置。因为在执行固定循环时，刀具要先定位后再执行钻孔动作。
6.孔的检测方法
当孔的尺寸要求不是很严格时，直接使用游标卡尺进行孔径测量；当加工孔为销孔时，直接使用标准销子进行检测；当孔的尺寸要求很高时，采用内径百分表进行测量。
任务实施
一、准备工作
1.工件：材料为45钢，毛坯尺寸为160×160×15mm。
2.设备：大连VDL-400数控铣床。
3.工、量、刃具清单见表2-2-25。
表2-2-25 工、量、刃具清单表
二、加工方案的制订
1.加工工序与装夹方式
（1）采用平口虎钳夹紧定位，一次加工完成。
（2）粗镗、半精镗、精镗加工φ60H7孔至图纸尺寸。
（3）钻中心孔、钻孔、扩孔加工φ12H8孔至φ11.8 mm。
（4）锪φ16孔至图纸尺寸。
（5）铰孔加工φ12H8至图纸尺寸。
（6）钻φ11的孔至图纸尺寸。
2.零件加工工艺卡（见表2-2-26）
表2-2-26 零件加工工艺卡
三、工件坐标及编程尺寸的确定
编程尺寸是根据工件图中相应的尺寸进行换算，得出在编程中使用的尺寸。几个孔的坐标分别为（0，0）、（0，50）、（56.569，56.569）、（56.569，-56.569）、（0，-50）、（-56.569，-56.569）、（-56.569，56.569）。
四、编写加工程序
表2-2-27 零件切削程序表
续表
续表
五、加工操作
1.打开机床，回参考点。
2.安装工件、刀具（T01、T02、T03、T04、T05、T06、T07、T08、T09），对刀（T01、T02、T03、T04、T05、T06、T07、T08、T09）。
3.输入程序（O0002）并校验。
4.自动加工。
5.测量工件尺寸。
6.调整校正工件尺寸。
7.再次测量工件尺寸，合格后拆卸工件。
项目评价
表2-2-28 零件综合评分表
学生任务实施过程的小结及反馈：
教师点评：
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