孔加工是半封闭式切削，因此，排屑、热量传散及切削液浇注都较困难，而且加工难度较大。近几年在发动机零件中，对孔的精度和表面粗糙度要求逐渐提高，同时也提高了对孔形状的要求，而部分孔的加工已成为生产瓶颈，亟待解决。

在发动机零部件的生产过程中，孔加工约占其加工总量的2/3，如某型号连杆的加工，需要完成4个孔和4个面的加工，其中小头孔加工是一个技术难点。该型号连杆的小头孔加工工艺要求如下：

1.衬套材料：CuPb10Sn10-T18326。

2.加工余量：每单边0.225～0.275mm。

3. 连杆小头为楔形，小头孔为不规则圆柱。

4. 内孔为“椭圆+腰鼓形”，如图1所示。沿连杆长度方向孔径为短轴，直径22mm；沿连杆宽度方向孔径为长轴，直径22.02mm；圆柱面腰鼓形要求为对小头孔中心线0.006mm。

5. 内孔中心部位为5mm宽度的椭圆柱面。

6. 表面粗糙度要求Rk和Rvk为0.57～1.45μm，Rmr（0.5）为40%～100%。

内孔椭圆部分的加工和内孔腰鼓形的加工，是上述连杆小头孔加工工艺的两个难点。

由于连杆为大批量生产，且小头孔加工工艺有一定的难度，因此要解决工艺难点保证大批量生产的质量稳定，需要将设备结构、加工程序和刀具选型等三个方面作为重点。

对连杆小头孔的加工难点进行分析可知，实现椭圆孔的精加工最困难，实现腰鼓形精加工也有一定的技术难度。

首先要解决椭圆孔的精加工问题。插补加工是加工椭圆孔的常用方法，是通过加工程序实现的，多用于对孔的形状公差要求较低的孔的粗加工。然而，对于形位公差要求高的孔采用插补加工是无法满足的，达不到孔径公差要求和表面粗糙度要求，因此不能选用插补方式进行连杆小头孔的加工。刀具的设计结构不论怎么改变，刀具只能通过旋转运动进行孔的加工，如果安装刀具的主轴只进行轴向进给，那么加工形成的孔就是一个圆柱；如果安装刀具的主轴边径向进给边轴向进给，那么就变成了插补加工，上边已经提到了插补加工不适合连杆小头孔的加工。这样，刀具的设计结构改变也无法满足连杆小头孔的精加工，解决椭圆孔的精加工只能通过设备结构的改变来实现。

图2  圆柱与投影面有一定夹角

如图2所示，当一个圆柱与投影面有一定夹角时，在投影面上的圆柱投影为椭圆，在夹角面方向为椭圆的短轴，非夹角面方向为椭圆的长轴。图2中圆柱面与投影面的夹角为2˚ 26'，圆柱的直径为22.029mm，在投影面上的短轴直径为22.009mm；在投影面上的长轴在图2中没有表示，但根据投影关系可以判定长轴的直径为22.029mm。

同理，可以把这种理论应用在设备的设计制造中。如图3所示，连杆按照大头孔向上、小头孔向下的装夹方式，设备为卧式结构，主轴可设计为与导轨有一定的夹角，但主轴的进给方向仍沿导轨的水平方向进给。当夹角为图2所示的2˚ 26'时，刀具加工完成的连杆小头孔即为椭圆，其中椭圆的短轴方向与图2表示的一致，为沿连杆的长度方向，直径为22.009mm；长轴方向为沿连杆的宽度方向，直径为22.029mm。这样将设备主轴与导轨设计为带有特定夹角的结构形式，主轴的进给方式仍然沿导轨的水平方向进给，即可实现椭圆孔的精加工，椭圆的短轴通过主轴和导轨的夹角确定。

腰鼓形内孔，即内圆柱面为腰鼓形（见图1a），简单的理解就是内孔的中截面直径小，两端口门的直径大，孔每个截面的直径变化是按照某种规律形成的。根据以上分析，在加工过程中刀具在沿轴向进给时要求刀尖的直径有个逐渐变化的过程。如图1a表示，刀具在沿轴向进给时，刀尖直径应该由大到小逐渐减小，减小到一定尺寸后，要保持一段时间（轴向进给不变），然后再由小到大逐渐增大，直至到孔口尺寸为止，这样就可以加工出如图1a所示的形状。

如果采用加工程序调整的方案，即在轴向进给的过程中变化刀尖直径的尺寸，通过NC加工程序无法实现。因为NC程序可控制X/Y/Z等轴的坐标，但是无法控制刀具的瞬时直径变化。而通过改变刀具的设计或设备的主轴设计则是可以实现的。通过改变刀具的结构设计，图4所示为一个比较复杂的液压刀具，刀具通过液压系统推动活塞做往复运动，活塞的运动带动刀尖直径的变化，但是这种机构在使用中受液压系统的影响较大，不是特别稳定。目前欧洲一些工厂设计出一种可调整刀尖直径的主轴，主轴的机构和图4基本一致，只是选择调频电动机带动活塞杆进行往复运动，从而带动刀尖的直径变化。图1a所示的连杆小头孔腰鼓形的加工为刀具沿轴向进给，在圆柱口门处刀具直径最大，随着轴向进给刀具的刀尖尺寸逐渐减少，等到椭圆柱面时刀尖尺寸保持一定，轴向进给过椭圆柱面后刀尖尺寸随之逐渐变大，直到口门尺寸。

连杆小头孔的椭圆、腰鼓形等难点加工可以通过以上方法实现，设备的主轴设计为与导轨成2˚ 26'的夹角，主轴进给方向沿导轨方向进行；设备的主轴设计为通过调频电动机带动刀具进行运动，刀尖尺寸的瞬时变化可控。