图1  缸盖导管的退刀痕

加工孔的退刀痕是孔加工过程中的一种失效模式。了解机加工中孔的退刀痕的形成原因以及消除方法，掌握预防控制的手段，可以在实施生产运作过程中有效消除退刀痕的出现，获得满意的产品加工质量，提高生产效率。

发动机、变速箱上一些重要孔的标注上一般都会有加工粗糙度的特定要求，加工孔最终达到工艺要求这是机加工的加工目的。但是，机加工过程中由于各种潜在失效原因的存在，有时候加工孔避免不了出现一些缺陷，如孔壁出现拉毛、挤痕、振纹、发黑和鳞刺等，有时当孔加工结束以后还会出现退刀痕现象。因此，作为现场技术支持人员，我们了解加工孔的一些缺陷，如退刀痕这种缺陷的常见形式、潜在的失效、形成的原因以及消除的方法等，可帮助我们在实际生产中避免和消除这种退刀痕现象，达到对现场的快速响应支持目的，满足产品的加工质量，提高生产效率。

退刀痕的形式

已加工孔壁出现深痕，我们首先要确认深痕是进给时出现还是退刀时出现？判别的方法就是看已加工孔壁上面的深痕间距/深痕轨迹。就单刃镗把为例，假如退刀时主轴还在旋转，需观察退刀时的每转移动量与进给时的刀具每转进给量?值，方可知道其是进给时出现还是退刀时出现。

根据孔加工刀具在退刀时主轴是否处于旋转状态，其退刀痕会有两种形式：

1.螺旋退刀痕

螺旋退刀痕是主轴在旋转情况下出现的缺陷。螺旋退刀痕根据退刀痕的宽度又分为两种：

（1）螺旋线退刀痕。螺旋线退刀痕因造成的失效原因不同，出现的螺旋线有整圈退刀痕和单边局部退刀痕，即整个孔壁都存在退刀痕和局部孔壁的定向位置上存在退刀痕，这都是刀尖在退出已加工孔时所碰到的痕迹。

（2）螺旋带退刀痕。图1为缸盖导管的退刀痕，亮的孔壁为孔加工的结束状，暗色带为退刀痕。螺旋带退刀痕是一种刀具副偏角很小、刀杆刚性极差且刀具副切削刃锋利的刀具才会出现的现象。退刀痕还会因孔径的尺寸变化而出现螺旋带的宽度变化，从图1可以看到螺旋带的退刀痕宽度是随着距离的变化而变化，这就是加工孔存在喇叭口的原因导致退刀痕出现宽度变化，孔径越小位置退刀痕越宽。                                                      

2.直线退刀痕

直线退刀痕是孔加工结束，在主轴停转的情况下，加工孔刀具实施退出已加工孔时，刀尖碰到已加工孔壁所造成的直线深痕。

退刀痕存在的失效后果

就粗加工孔来说，孔壁出现退刀痕对零件的最终质量影响不大（见图2的粗加工退刀痕），这种形式的退刀痕在进行最终加工时一般都能加工掉；而孔在最终加工时出现退刀痕，对有些加工孔来说其严重度就上升了。如凸轮轴孔因为退刀痕的存在，在与凸轮轴配合时因其孔增加了贯穿孔壁的轴向退刀痕而形成了卸油压的通路；又如缸盖的水闷盖孔因为最终加工的孔壁出现贯穿的退刀痕，从而导致水闷盖压装以后密封效果下降，出现漏水风险等。所以，加工孔一旦出现退刀痕，其重要孔的失效后果就是密封效果下降、卸油压、卸气压、漏水和漏油等。

图2  粗加工退刀痕

造成退刀痕的原因

孔加工结束后孔壁出现退刀痕，其造成的原因是多方面的。加工的方式、刀具、设备和毛坯等其中之一一旦失效原因出现都可能会引起加工孔壁出现退刀痕，而造成的原因差异性同样会有退刀痕的差异性。退刀痕的螺旋线与直线的差异、整圈与局部的不同、左右与上下的区别等都是失效原因的差异而造成这种退刀痕的差异。具体分析如下：

1.刀具

（1）刀具本身存在缺陷。如孔加工刀杆刚性差，又选择了较小的主偏角，这样加工过程中易造成刀杆出现摆动量而让刀加工，待孔加工结束刀杆又出现回弹，在刀杆退出来时刀尖碰到已加工孔壁而出现退刀痕（见图1）；铰刀刀具的多刃口径向跳动大（包括多刃口镗刀），导致退刀时突跳刃口碰到已加工孔壁而出现退刀痕等。这些都是刀具本身原因造成退刀痕出现，这种缺陷往往都是整圈的退刀痕现象。

（2）刀具使用中产生的缺陷。如加工过程中出现刀刃粘屑，前刀面出现积屑瘤，镗刀片的固定螺钉松动，带导条镗杆其导条的破损等，都将导致退刀时出现退刀痕。

（3）刀具安装上的缺陷。当在CNC加工中心上使用比较重的镗把时，刀具的自重往往会造成孔壁下部的局部退刀痕。其原因为刀具安装在主轴上时，由于主轴的拉刀手对刀柄的轴向拉力抵消不了刀杆的自重所产生的刀杆头部下沉，这样主轴在旋转着退出加工孔时，其刀尖还是碰到了加工孔的下半部孔壁而出现退刀痕；另外，刀杆夹持不合适或伸出过长而弯曲、刀具的倒锥量太大以及刀具偏离中心等，这些安装缺陷也将造成加工过程中出现退刀痕。

（4）刀具使用不合理。加工孔刀具的使用寿命设定不合理，如已经钝化了的刀具刃口还在继续使用，虽然加工孔的孔径、粗糙度及相关的形状位置公差都满足工艺要求，但是刃口的钝化直接反映在加工刀具对孔壁的挤压上，从而导致孔加工结束后孔壁出现回弹量，导致孔加工刀具的刀尖在退出时碰到已加工孔壁而出现退刀痕。这种失效出现的退刀痕一般都是整圈的退刀痕。

2.设备

设备也会导致加工孔出现退刀痕，主要涉及三部分，即主轴、滑台和床身。

（1）主轴。当主轴磨损加剧时，其径向跳动也上升。特别是主轴的前轴承间隙过大而导致径向跳动上升，这时进给与退刀时的速度变化，其受力同样出现变化，造成主轴前端退刀比加工时出现向外倾斜而形成退刀痕。这时出现的一般是整圈的退刀痕现象。

（2）滑台。滑台原因造成退刀痕其表象一般都是左/右的局部退刀痕。其主要原因有两个：一是，导轨配合精度存在问题，即滑台的塞铁、压板间隙调整偏大或使用时间一长出现间隙偏大。滑台在丝杠的旋转运动转换为直线移动过程中，丝杠的螺旋角与滚珠会产生一定角度的分力，使滑台在直线移动时还受到一个径向的分力；而这滑台在进给与退回时受到的是两个不同方向的分力，这时假如滑台的塞铁/压板间隙的松紧程度不合适，直接会影响到滑台的偏斜；滑台一旦超出偏斜允许值则主轴上的刀具在退出时跟着出现水平方向的偏斜而形成退刀痕。二是，因滑台的铸造材质其致密度一般都不是很均匀，所以滑台的左右往往会出现质量上的差异，这样当丝杠推动或者拉动滑台时，因滑台与床身导轨侧面的间隙原因，滑台前进与后退都会出现微小的摆动，这微小的摆动直接影响到主轴上面的刀具与已加工孔壁相对位置的变化而直接造成退刀痕的出现。

（3）床身。床身的底脚支撑是否全部是“硬”支撑也是引起退刀痕的因素之一。如四个支撑脚其中一个偏软，那主轴退回时同样会影响到床身的轻微颤动，造成刀具进给与退回的轨迹变化而出现退刀痕。

图3  Valenite的缸孔半精镗、精镗的组合镗把

3.工艺

工艺安排不合理也会造成退刀痕的出现。如镗孔刀具的主偏角在选择较小的情况下，单边加工余量又设定比较大时，直接造成加工以后的孔壁回弹量上升，因而在刀具退回时出现整圈的退刀痕。

4.毛坯

加工材料的四周弹性变形差异性影响刀具的退刀痕。如有些加工孔的孔壁其四周的孔壁厚度不一样，导致镗把加工过程中，孔壁出现让壁现象，待孔加工结束，那薄壁又出现回弹，这时这个区域的孔壁与退回的刀尖接触而出现局部的退刀痕。

退刀痕的消除方法及预防措施

随着设备、刀具的制造技术和加工工艺的不断改进，很多以前难易避免的退刀痕现在都可以通过设备、刀具的一些特有功能和生产过程的控制来消除。根据专机线或CNC加工中心的不同特性，目前消除退刀痕的方法有以下几种：

1.加工方式

一些孔类的传统推镗加工现已采用拉镗的加工形式来完成，这样避免了推镗以后的退刀痕出现。这种加工形式一般使用在专机线上，如凸轮轴孔采用拉镗加工；而在CNC加工中心上则是加工孔径比较大的孔类上使用，如缸体上的缸孔精加工等。

2.退刀方式

退刀方式的改变就是利用刀具的位移来避免刀具在退出时，刀尖碰到已加工孔壁的方式。

（1）主轴位移。对于孔加工刀具，一些没有导条结构的单刃刀具目前在CNC加工中心上都会采用主轴位移的形式来避免刀尖碰到已加工孔壁。退刀时主轴准停然后沿X轴或Y轴偏移0.2～0.5mm，再退回主轴的形式来避免刀尖碰到孔壁。

（2）主轴准停。这是主轴不能够采用位移时的操作方法，适合带导条的单刃镗把刀具、镗把需在托架支持下使用的刀具等。如带导条的镗把在CNC加工中心上加工孔以后，主轴采用准停的功能，将主轴上面的镗把刀尖定向在镗把的最上面，然后在主轴停转、冷却液关闭下退出已加工孔，这样镗把的自重往往会降低刀尖对已加工孔壁的接触度而消除刀尖对已加工孔孔壁的退刀痕出现；在专机线上面采用准停，也是将镗把上面的刀尖定向在镗把的最上面，接下来利用专机线的输送杆上抬，使零件的加工孔上部孔壁与刀尖出现一定的间隙，然后实施镗把退出已加工孔壁，消除刀尖与已加工孔壁的接触。

3.刀具新功能的应用

加工孔退刀痕的消除就刀具本身来说，就是改变刀具上的刀尖与加工孔壁的相对距离，因此刀尖的缩回技术和刀具拉镗加工的形式越来越成为避免退刀痕出现的有效手段。如欧玛（URMA）镗刀的精镗刀可以横向移动±1.5°，当一个精镗刀+1.5°，另一个精镗刀-1.5°时，于是产生相位差，镗刀可以安全退刀而无退刀痕；又如Valenite的缸孔半精镗、精镗的组合镗把（见图3），其精镗结构就是通过输入的压缩空气推动镗杆内的拉杆，拉杆推动一套楔块结构，把精镗小刀夹顶到精加工的尺寸，然后主轴后退实施拉镗加工，避免加工孔的退刀痕出现，这种刀具新功能的应用目前在汽车制造业越来越广泛。

4.刀具的过程控制

现有的刀具在正常使用过程中，依据刀具的失效原因，建立正常合适的刀具使用寿命，满足刀具的调整质量，消除刀具因人为因素而造成的失效原因出现等。

5.设备的正常维护

设备的主轴振动加剧，滑台与导轨的配合间隙偏大都是会造成退刀痕出现的原因。因此设备做好TPM、PM工作是避免出现退刀痕的日常控制措施。

6.冷却液的关注

冷却液的润滑作用在加工孔中是非常重要的介质。当冷却液的压力与浓度满足加工需求时，往往能够避免刀尖粘屑和前刀面形成积屑瘤，特别是加工铝合金零件时更应该注意冷却液的浓度和压力是否在正常控制范围内。

结语

加工孔的退刀痕是孔加工过程中的一种失效模式。因此，为了提高产品的加工质量，依据掌握的方式方法来实施有效的控制，满足加工过程中的孔壁质量要求。利用退刀痕的消除方法在项目同步设计时得到合理应用；掌握预防控制的手段，在实施生产运作过程中消除退刀痕的出现，最终达到用户满意的对生产现场技术支持的目标和产品加工质量的满足。