车床镗孔是一种切削操作,使用单点切削工具或镗头,通过扩大工件上的现有开口来产生锥形或圆柱形表面。对于非锥形孔,切削工具平行于旋转轴移动。对于锥形孔,切削工具与旋转轴成一定角度移动。从简单到极其复杂的各种直径的几何形状,都可以通过镗孔应用来生产。镗孔是仅次于车削和钻孔的基本的车床操作之一。
车床镗孔通常要求将工件固定在卡盘上并旋转。当工件旋转时,带刀片的镗杆被送入现有孔中。当切削工具与工件接触时,就会形成切屑。根据所使用的工具类型、材料和进给速度,切屑可能是连续的或分段的。产生的表面被称为孔。
车床镗孔产生的几何形状通常有两种类型:直孔和锥孔。如果需要,每个形状的孔还可以增加几个直径。为了生产锥孔,刀具可以与旋转轴成一角度进给,或者进给和轴向运动同时进行。直孔和反孔是通过将刀具平行于工件旋转轴线来生产的。
四种常用的工件夹持装置是三爪卡盘、四爪卡盘、夹头和面盘。三爪卡盘用于夹持圆形或六角形工件,因为工件会自动对中。在这些卡盘上,跳动面临着限制;在晚期的CNC上,如果所有条件都很好,跳动可以相当低,但传统上它通常至少是0.001-0.003英寸(0.025-0.075毫米)。四爪卡盘用于夹持不规则形状的工件,或夹持圆形或六角形工件以达到极低的跳动(需要花费时间指示和夹持每件工件),在这两种情况下,由于其每个爪子的独立作用。面板也用于不规则形状。夹头将自定中心夹持与低跳动结合起来,但涉及的成本较高。
对于大多数车床镗孔应用,大于±0.010英寸(±0.25毫米)的公差很容易保持。公差从这里下降到±0.005英寸(±0.13毫米),通常没有特别的困难或费用,甚至在深孔中也能保持。公差在±0.004英寸(±0.10毫米)和±0.001英寸(±0.025毫米)之间是挑战开始上升的地方。在公差如此严格的深孔中,限制性因素往往是几何约束和尺寸约束。换句话说,在任何直径测量点上将直径控制在0.002"以内是很容易的,但要将孔的圆柱度控制在0.002"约束的区域内,跨越5个直径的孔的深度(深度以直径:深度长宽比来衡量)是很困难的。对于高精度的应用,通常只有浅孔的公差可以控制在±0.0005英寸(±0.013毫米)以内。在某些情况下,浅孔的公差可以严格到±0.0001英寸(±0.0038毫米),但这是很昂贵的,100%的检查和不合格零件的损失增加了成本。磨削、珩磨和研磨是在达到镗孔重复性和精度的极限时才采用的方法。
镗孔的表面光洁度(粗糙度)可能在8至250微英寸之间,典型的范围是32至125微英寸。
有时,一个零件可能需要更高的形状和尺寸精度,而不是通过镗孔来提供。例如,即使在优化的镗孔中,直径在孔的不同部分的变化量很少低于3微米(0.0001英寸,"十分之一"),它可能很容易达到5至20微米(0.0002-0.0008英寸,"十分之二至八")。这样一个孔的锥度、圆度误差和圆柱度误差,虽然在大多数其他零件中被认为是可以忽略的,但在少数应用中可能是不可接受的。对于此类零件,内圆磨削是典型的后续操作。通常情况下,一个零件会在加工操作中进行粗加工和半精加工,然后进行热处理,通过内圆磨削完成。、
近几十年来,随着加工技术的不断进步,镗孔在其几何精度(形状、位置)和工件硬度方面的局限性也在不断缩小。例如,新等级的硬质合金和陶瓷切削刀片提高了无需磨削即可达到的精度和表面质量,并增加了可加工的工件硬度值的范围。然而,在只有几微米(十分之几)的公差范围内工作,迫使制造过程合理地面对和补偿这样一个事实,即没有一个实际的工件是理想的刚性和不动的。每次切割(无论多么小),或发生几百度的温度变化(无论多么短暂),工件或它的一部分都有可能弹出一个新的形状,即使这个运动非常小。在某些情况下,一个区域的零点几微米的运动会以杠杆的方式被放大,从而对几分米外的工件特征产生几个微米的位置误差。正是这样的因素,有时排除了用镗和车进行精加工,而不是用内圆和外圆磨削。尽管零件在制造时在公差范围内,但在随后的几天或几个月里却超出了公差范围,这时加工或磨削也是不够的。当工程师们遇到这种情况时,就会寻求其他工件材料,或替代设计,以避免严重依赖微观或纳米尺度上的零件特征的不可移动。