在有些零件上鉆削交叉孔并非難事，這些零件的結(jié)構(gòu)通常比較簡(jiǎn)單（如鋁制閥體），孔也不太深，且容易對(duì)中，而且客戶也可以容忍在兩孔相交處有一些小毛刺。

       但對(duì)于另一些零件，如材質(zhì)為P-2工具鋼、用于制造復(fù)雜醫(yī)療器件的注塑模具，在其上鉆削密集的高精度交叉孔卻遠(yuǎn)非易事，即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)械師，對(duì)此也深感頭痛。

       即使是鉆削簡(jiǎn)單的交叉孔，也存在不少挑戰(zhàn)，包括刀具磨損快、排屑不暢、難以去除毛刺，以及可能會(huì)導(dǎo)致最結(jié)實(shí)的鉆頭折斷的刀具撓曲變形。但是，也有一些解決方法，可以使鉆削交叉孔的任務(wù)變得更輕松。

       住友電工硬質(zhì)合金公司的應(yīng)用工程師Dan Habben認(rèn)為，鉆削交叉孔始終是一個(gè)難題。他笑道，“或許我能提供的最好建議是：不要鉆削交叉孔！”他正與汽車零部件供應(yīng)商合作，探尋在各種柴油發(fā)動(dòng)機(jī)零件（從變速箱體到液壓閥）上鉆削交叉孔的最佳方式。“我們的客戶需要切削大量鋁合金和灰鑄鐵壓鑄件，毛刺是我們遇到的主要問題之一，加工鋁合金壓鑄件時(shí)尤其如此。在液壓系統(tǒng)中，孔的潔凈度至關(guān)重要。殘留在工件上的任何切屑或毛刺都可能會(huì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)，并損壞液壓閥或液壓泵。”

       一種可能的解決方法是對(duì)鉆頭進(jìn)行有效的刃口制備，并適當(dāng)調(diào)整進(jìn)給率和切削速度。Habben說，“在這種情況下，我們通常建議對(duì)鉆頭進(jìn)行修整，即在鉆頭外緣刃帶上磨出45°的倒棱，并輔以輕度的刃口制備，比如說，在切削刃上制備出小的T形棱帶，或進(jìn)行大約0.08－0.10mm的鈍化處理。鉆削交叉孔時(shí)，使用鋒利的刀具尤其重要。”

       Melin刀具公司的資深產(chǎn)品應(yīng)用工程師Matt Sippel對(duì)此表示贊同：“為了優(yōu)化交叉孔鉆削，我們一直在做一項(xiàng)重要工作，就是在我們帶冷卻液的鉆頭上采用一種特殊刃形。其鉆尖通常稍顯扁平（如采用約140°的鉆尖角），并對(duì)外周刃進(jìn)行輕微倒棱，有時(shí)還要進(jìn)行刃口制備。在航空制造業(yè)，這種方法屢試不爽，它能在交叉孔鉆通時(shí)對(duì)鉆尖起到保護(hù)作用。”

       但Habben表示，這只是優(yōu)化交叉孔鉆削的一部分。“當(dāng)鉆尖鉆通交叉孔時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)法則：將進(jìn)給率降低大約50％。這有助于減少毛刺數(shù)量，同時(shí)還能減小鉆頭的撓曲變形，當(dāng)前后孔相互偏心時(shí)尤其如此。”

       此外，還必須考慮鉆削加工順序。Habben說，“很多閥體都是先用孔口刀具加工閥座，然后再鉆削液壓系統(tǒng)的小交叉孔，而這些孔通常容易偏心。在這種情況下，正確規(guī)劃加工順序至關(guān)重要。例如，你應(yīng)該首先鉆削液壓系統(tǒng)的小直徑孔，然后再用孔口刀具加工閥座，因?yàn)橹睆捷^大的孔口刀具通常長度較短，可以更好地控制撓曲變形。”

       然而，如果鉆頭本身性能較差，再精細(xì)的刃口制備也無濟(jì)于事。交叉孔鉆通時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生極大的切削力，鉆頭的撓曲變形會(huì)造成很大的問題。YG-1刀具公司的銷售和營銷經(jīng)理Al Zaitoon解釋說，大多數(shù)機(jī)加工車間廣泛使用的可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭并不適合用于鉆削交叉孔。

       Zaitoon表示，“在交叉孔鉆通時(shí)，需要提供某種支撐，使鉆頭保持穩(wěn)定。而刀片式鉆頭與其他鉆頭不同，其切削刃后面沒有可使鉆頭保持穩(wěn)定的刃帶。”

       Zaitoon描繪了交叉孔鉆削的典型狀況：“比如說，你用一支12.7mm的整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆入一個(gè)9.5mm的交叉孔，然后鉆頭再鉆入其后的另一個(gè)孔。該鉆頭有一根長度為50mm或75mm的刃帶，因此，當(dāng)鉆頭從前一個(gè)孔鉆入后一個(gè)孔時(shí)能保持穩(wěn)定。而使用扁鉆或刀片式鉆頭就很難做到這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兒苋菀讚u擺跳動(dòng)。”

       住友電工的Habben也認(rèn)為刀片式鉆頭不適合用于交叉孔鉆削，建議采用整體硬質(zhì)合金鉆頭和可換鉆尖式鉆頭。他說，“刀片式鉆頭在交叉孔鉆削中表現(xiàn)不佳，因?yàn)樗鼈冎挥幸粋€(gè)有效切削刃，且容易撓曲變形。對(duì)于直徑小于12.7mm的交叉孔，整體硬質(zhì)合金鉆頭是唯一的選擇。”但他也指出，對(duì)于直徑較大的交叉孔，需要考慮刀具成本問題?？蓳Q鉆尖式鉆頭的成本僅為整體硬質(zhì)合金鉆頭的一半左右，而且加工精度也不錯(cuò)。“許多交叉孔都是深孔，孔深可能會(huì)達(dá)到孔徑的12－20倍。當(dāng)孔徑尺寸范圍在3.2－25.4mm或更大時(shí)，這樣長的整體硬質(zhì)合金鉆頭可能相當(dāng)昂貴，大直徑鉆頭尤其如此，每支鉆頭可能要花費(fèi)500－800美元。”

       Habben介紹說，可換鉆尖式鉆頭的幾何形狀與整體硬質(zhì)合金鉆頭基本相同，它有兩個(gè)一體化設(shè)計(jì)的有效切削刃。鉆尖頭用螺釘固定在鉆柄的鋸齒狀接合部上。這種連接方式具有很高的定位精度和傳動(dòng)強(qiáng)度。

       由于鉆削交叉孔時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生大量切削熱，因此采用先進(jìn)的刀具涂層和大量冷卻液也有助于優(yōu)化加工。Habben說，“涂層大有裨益，因?yàn)樵诮徊婵足@削中，許多時(shí)候需要降低進(jìn)給率，這意味著成屑性能不佳。”他指出，住友電工提供了一種厚度僅有幾微米的TiAlCr涂層。這種涂層采用納米涂層技術(shù)制備，這意味著涂層非常薄、非常光滑，雖然其成本大大低于金剛石涂層，但提供的刀具壽命卻與金剛石涂層不相上下。”

       Habben認(rèn)為，排屑至關(guān)重要。“為了沖走切屑，應(yīng)使用壓力大于600 psi（磅/平方英寸）的高壓冷卻液。當(dāng)你鉆削直徑較大（如9.5mm以上）的交叉孔時(shí)，必須使用能增大冷卻液流量的冷卻泵。鉆削直徑12.7mm的孔時(shí)，冷卻液流量應(yīng)達(dá)到5－10gpm（加侖/每分鐘）；鉆削直徑更大的孔時(shí)，冷卻液流量則需達(dá)到15－20gpm。這樣才能為你提供可彌補(bǔ)鉆通交叉孔時(shí)冷卻液損失所需的流量。”
Habben最后指出，機(jī)械師往往會(huì)忽略一件事——鉆頭的徑跳誤差（TIR）應(yīng)小于0.025mm，最好能優(yōu)于0.013mm。減小徑跳誤差是提高刀具壽命和鉆孔精度的一個(gè)關(guān)鍵要素。對(duì)于許多加工車間來說，聽起來這似乎是一種苛求，但Habben認(rèn)為，使用高品質(zhì)的液壓刀具夾頭或熱裝刀具夾頭，可以很容易地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

       聯(lián)合機(jī)械工程公司（AMEC）的產(chǎn)品經(jīng)理Rob Brown對(duì)上述建議大都表示贊同。他說，“刀片式鉆頭不適合加工交叉孔的結(jié)論絕對(duì)正確。此類刀具上沒有刃帶，且只有一個(gè)有效切削刃。不過，扁鉆上還是有長度等于刀片本身尺寸的刃帶。當(dāng)然，它能提供的支撐作用有限，但扁鉆仍然比刀片式鉆頭的加工穩(wěn)定性好得多。” 在不能完全滿足加工要求的情況下，Brown建議采用鉆頭刀體上有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的專用扁鉆，以提高鉆頭通過交叉孔中斷部分時(shí)的穩(wěn)定性。

       Brown表示，雖然在很大程度上，扁鉆只適合鉆削加工直徑19mm及更大的孔，“這取決于加工條件，但我們通常也會(huì)考慮使用扁鉆，因?yàn)樵诮徊婵足@削中，大部分孔都較深。與可轉(zhuǎn)位刀片式鉆頭或整體硬質(zhì)合金鉆頭相比，扁鉆具有更好的成本效益。我們可以提供高速鋼和硬質(zhì)合金扁鉆刀頭。如果加工中鉆頭需要承受很大的沖擊，或工件材料不一致，我們建議采用高速鋼刀頭，因?yàn)樗諞_擊的能力比硬質(zhì)合金刀頭好得多。但是，如果車間的加工設(shè)備剛性很好，且對(duì)生產(chǎn)效率要求很高，則應(yīng)選用硬質(zhì)合金刀頭。”

       與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一樣，Brown也認(rèn)為刃口制備十分重要。“我們?cè)谕饩壢袔夏ブ瞥鲆粭l倒棱，稱為SK2修整。這將有助于提高鉆頭的穩(wěn)定性，同時(shí)還能延長刀具壽命和減少毛刺形成。對(duì)交叉孔鉆削而言，成功的秘訣是保持刀具的穩(wěn)定性。”

       對(duì)于進(jìn)給率和切削速度，刀具制造商們不存在任何爭(zhēng)議。Brown表示，“鉆削交叉孔時(shí)，你必須采用推薦的進(jìn)給率和切削速度。如果孔比較深，就需要減小進(jìn)給率和速度。我們告訴用戶，鉆削交叉孔時(shí)，降低進(jìn)給率是必須遵循的規(guī)則。問題是，這樣做會(huì)影響切屑的形成，但有助于鉆頭平穩(wěn)過渡到交叉孔另一端。而一旦鉆頭完全鉆入后孔，就可以恢復(fù)正常的進(jìn)給率。”

       交叉孔鉆削時(shí)斷時(shí)續(xù)的特性還會(huì)帶來另一個(gè)挑戰(zhàn)。三菱材料美國公司的產(chǎn)品專家Nika Alex 說，“從編程的角度來看，交叉孔鉆削相當(dāng)困難。由于需要不斷鉆入和鉆出工件，你必須相應(yīng)地提高和降低切削速度。而且，由于大部分交叉孔都比較深，因此所用的鉆頭也很長，這通常意味著要先用一根較短的鉆頭鉆削前面的起始孔，然后再更換一根長鉆頭鉆削后孔。這意味著鉆頭在完全鉆入后孔之前，可能會(huì)引起振動(dòng)和撓曲變形——如果發(fā)生這種情況，應(yīng)馬上降低切削速度。”

       與其他同行一樣，Alex也建議，在鉆通交叉孔時(shí)，應(yīng)將進(jìn)給率降低至少1/2。“一旦通過了交叉部位，就可以提高進(jìn)給率，直至加工到交叉孔的遠(yuǎn)端。我建議，在交叉處一定要把進(jìn)給率降下來，以防鉆頭偏移。然后，一旦鉆尖角完全鉆入后孔，就要馬上再提高進(jìn)給率，以避免出現(xiàn)切屑控制問題。”

       Mikron公司刀具部門經(jīng)理Hans Liechti對(duì)此卻有不同看法。雖然他也承認(rèn)交叉孔鉆削相當(dāng)復(fù)雜，但他認(rèn)為用CAM軟件計(jì)算出正確的刀具路徑應(yīng)該沒有任何問題。“過去這是一個(gè)大問題，而現(xiàn)在只是小菜一碟。”他的部門專門生產(chǎn)直徑小于6mm的孔加工刀具，包括各種整體硬質(zhì)合金鉆頭、內(nèi)冷卻鉆頭，以及定制的階梯鉆、鉸刀和孔口加工刀具。

       如果問Liechti，哪種刀具最適合鉆削交叉孔，他的回答或許很“瘋狂”：“我們的標(biāo)準(zhǔn)刀具產(chǎn)品線稱為瘋狂鉆頭（Crazy Drill）。我們?yōu)橐粋€(gè)用戶開發(fā)了一種專用鉆頭。當(dāng)他來參加切削演示時(shí)，該鉆頭的加工性能超過了其預(yù)期的兩倍。他說，這些刀具切削起來就像瘋了一樣。”盡管名稱有些古怪，但Crazy鉆頭具有交叉孔鉆削所需的所有必要條件——140°的鉆尖角、雙刃帶刀槽、內(nèi)冷卻通道和整體硬質(zhì)合金刀體。“使用這些刀具時(shí)，你可以采用大切削參數(shù)，進(jìn)給率可達(dá)到常規(guī)值的5倍。然后在鉆通交叉孔時(shí)降低進(jìn)給率。”

       Liechti認(rèn)為，交叉孔鉆削的最大難題是所加工的前后孔嚴(yán)重偏心。他說，“我們的所有鉆頭都采用硬質(zhì)合金材質(zhì)，因此具有極好的剛性，但如果兩個(gè)孔彼此之間偏心嚴(yán)重，刀具就有折斷的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，我們建議采用幾乎接近立銑刀的更大鉆尖角。”

       盡管刀具制造商們相互之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但在如何優(yōu)化交叉孔鉆削上仍然達(dá)成了許多共識(shí)，大多數(shù)刀具制造商都同意以下建議：

       1. 應(yīng)購買和使用高品質(zhì)的整體硬質(zhì)合金鉆頭，其次可以考慮可換鉆尖式鉆頭或扁鉆。但不應(yīng)使用刀片式鉆頭。

       2. 為了幫助排屑、減少切削熱和潤滑刀具，應(yīng)使用高壓力、大流量的冷卻液。

       3. 了解交叉孔的兩步加工編程方法，調(diào)整進(jìn)給率和切削速度，以保持孔的直線性和避免損壞刀具。

       4. 在鉆頭的外緣刃帶上對(duì)刃口進(jìn)行鈍化制備，以減少毛刺形成和延長刀具壽命。

       5. 采用能最大限度避免刀具撓曲變形的高剛性加工設(shè)備和加工順序。

       鉆削交叉孔是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作，而以上這些加工技巧可以為你指引正確的方向