加工基础

CNC 钻孔与螺纹加工：孔和螺纹实际是怎么做出来的

本页说明 CNC 钻孔与螺纹加工背后的机理、决定螺纹能否咬合的数值，以及该工序应放在三轴铣床、五轴加工中心还是车铣复合上。内容面向审阅图纸和工艺方案的设计工程师与采购人员。

Ø0.5–40 mm 孔M1.6–M24 螺纹±0.005 mmISO 9001 / IATF 16949

本页内容

本文内容

力学机理

钻头是带横刃的两刃刀具。外缘按编程的表面速度运行，横刃处速度接近零。这一事实决定了大多数钻孔问题。每转进给量（而非每分钟进给量）决定每个刃承担的切屑厚度。

对 6061 铝，常用起点是 0.10–0.25 mm/rev，用高速钢或硬质合金，转速 3,000–8,000 rpm，视直径而定。304 不锈钢上同样的钻头取 0.05–0.12 mm/rev，转速约为三分之一。热量进入切屑。切屑薄而呈粉状时，刃口在摩擦，钻头会使孔加工硬化。

横刃切削能力差。它推挤材料而非剪切，因此需要预钻或定心。118° 顶角的 Ø10 mm 麻花钻在中心留下约 1.5 mm 的死区。在无支撑表面上，偏移就从这里开始。

啄钻深度比啄钻次数更重要。深孔时每 1×D 至 2×D 退刀一次，让切屑排出容屑槽。超过 3×D 不啄钻，积压的切屑摩擦孔壁，入口处孔径会变大。

攻丝

丝锥不是钻头。它先在切削锥上切削，随后完整螺纹牙型沿同一螺旋路径成形。丝锥接触前，钻孔尺寸必须正确。孔太小丝锥会卡住或折断；孔太大牙顶变平，紧固件会提前滑牙。

切削丝锥的规则很简单：孔径等于公称螺纹直径减螺距。M6 × 1.0 为 5.0 mm。M8 × 1.25 为 6.75 mm。挤压丝锥是使金属流动而非切削，因此需要更大的孔，约为公称直径减半个螺距。M6 × 1.0 挤压丝锥约需 5.5 mm。

螺纹深度有限制。盲孔应至少留三个完整螺纹的啮合，底部留约一个螺距的容屑空间。再短螺栓会在承载前触底。小丝锥深度超过 3×D 会显著增加折断风险。

丝锥越小切削速度下降越快。M3 在低碳钢上用刚性攻丝约 300–500 rpm；M12 可到 600–900 rpm。用浮动夹头时丝锥会偏离轴线，螺纹歪斜。同步主轴上的刚性攻丝可避免此问题。

装夹

定心钻有两个作用：在钻头起始处打出小锥坑，并确定位置。在刚性装夹的平整铣削面上通常可省略。在铸件表面、曲面壁或交叉孔上省略，钻头就会偏移。

定心深度应刚好超过钻头顶角。定心钻 90° 而钻头 118° 时，钻头外角先接触，产生颤振。使定心角度与钻头匹配或略大，定心直径保持在钻头直径的约 1× 至 1.5×。

典型板件的工序顺序：铣面、定心、钻孔、倒角、攻丝，然后去毛刺。攻丝放最后，前面切削的切屑不会落入已完成的螺纹。图纸允许时，攻丝前先倒角，避免第一圈螺纹产生毛刺卡住量规。

多孔零件按直径分组换刀。每次换刀耗时并增加位置误差机会。在我们带 Ø400 mm 转台的五轴加工中心上，四个面上的孔可一次装夹完成，位置度远优于重新装夹。

限制

深度超过 10×D 的孔属于另一类问题。排屑、钻头偏斜和切削液压力都与你作对。枪钻或专用深孔循环才是可靠答案。强行用标准麻花钻钻到 15×D，通常以刀具断在零件里告终。

薄壁是第二个限制。距 1.5 mm 壁仅 1 mm 的孔，钻头穿过时壁会鼓出。垫料或支撑套有帮助，但图纸应允许壁厚增大或孔在之后铰削。

45 HRC 以上的淬硬钢、Inconel 和部分钛合金会大幅降低刀具寿命。它们可以钻，但速度降到低碳钢的几分之一，且需要硬质合金、高压切削液和刚性装夹。夹具松动时，孔没钻完刀具就断了。

软塑料中的螺纹表现又不同。POM 或 ABS 上用切削丝锥会撕裂牙顶。挤压丝锥或螺纹铣削效果更干净。螺纹铣削还能加工比刀具更大的螺纹，零件昂贵、丝锥折断即报废时很有用。

这些并不说明钻孔攻丝是坏选择。孔深小于 5×D、材料低于 40 HRC、壁厚足以支撑切削时，它快速、便宜且可重复。

选材

按深径比、材料和螺纹尺寸选择。