第10章钻削和镗削加工

第10章钻削和镗削加工内圆的切削加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、车孔、镗孔、拉孔、磨孔、金刚镗、精密磨削、超精加工、珩磨、研磨和抛光等；特种加工方法有电火花穿孔、超声波穿孔和激光打孔等。本章节将介绍钻孔、扩孔、铰孔和镗削加工10.1钻削加工用钻头在实体工件上加工出孔的方法称为钻孔。钻孔只能加工精度要求不高的孔或进行孔的粗加工，公差等级一般为ITll～IT10级，表面粗糙度值一般为Ra100μm～25μm。钳工钻孔多在钻床上进行，其加工特点有钻削力大，切削温度高，摩擦严重，传热散热困难，钻头易产生振动和易磨损，加工精度低等。10.1.1钻削加工工艺范围图10-1钻削加工工艺10.1.2钻削加工设备单件、小批量生产的，中小型工件上的小孔(一般D13mm)，常用台式钻床加工；中小型工件上直径较大的孔(一般D50mm)，常用立式钻床加工；大中型工件上的孔，则采用摇臂钻床加工。1．立式钻床、摇臂钻床图10-2立式钻床图10-3摇臂钻床2．数控钻床图10-4数控钻床10.1.2麻花钻结构1、麻花钻的结构要素图10-5麻花钻组成2、麻花钻的主要角度图10-6麻花钻结构与角度麻花钻：直柄麻花钻（φ0.5~φ20）、锥柄麻花钻（φ8~φ80）钻头材料：钻头一般为高速钢材料。钻头结构：两主两副一横刃，两前刀面（螺旋面）、两后刀面、两副后刀面等。麻花钻的角度：前角γ0：为正交平面内前刀面与基面的夹角，由于钻头的前刀面为螺旋面，故越靠近中心，前角越小，横刃为负前角。后角αf：为轴向圆柱剖面内后刀面与切削平面的夹角。故越靠近中心，后角越大。顶角2φ：两主切削刃在中心截面上投影的夹角。标准钻头顶角为118°。横刃斜角Ψ：主切削刃与横刃在钻头端面上投影的夹角。螺旋角β：最外缘螺旋线切线与轴线的夹角。3、其它钻头标准麻花钻存在切削刃长、前角变化大、螺旋槽排屑不畅、横刃部分切削条件很差等结构问题，生产中为了提高钻孔的精度和效率，常将标准麻花钻按特定方式刃磨成“群钻”使用。（1）．群钻群钻的基本特征为：“三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃开屑槽，横刃磨得低窄尖”。图10-7群钻的结构与角度（2）．中心钻中心钻用于加工轴类工件的中心孔。钻孔时，先打中心孔，也有利于钻头的导向，可防止孔的偏斜。（3）．深孔钻深孔钻是专门用于钻削深孔的钻头。为解决深孔加工中的断屑、排屑、冷却润滑和导向等问题，人们先后开发了外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻和套料钻等多种深孔钻。图10-8深孔钻工作示意图图10-9深孔钻10.1.3钻削夹具钻削夹具简称“钻模”。它是在钻床上进行孔的钻、扩、铰、锪、攻螺纹加工时，用以确定工件和刀具的相对正确位置，并使工件得到夹紧的工艺装置。1．钻削夹具的组成除了夹具所共有的定位、夹紧装置外，钻削夹具的组成还有：（1）钻套（2）钻模板（3）分度装置a)外观图b)分度头在铣床上的安装位置图10-10万能分度头1—前顶尖2—拨盘3—主轴4—刻度盘5—游标6—回转体7—挂轮轴8—定位销9—手柄10—分度叉11—分度盘12—锁紧螺钉13—底座2．几种典型的钻床夹具（1）固定式钻模图10-11铰链模板固定式钻模1—扁销2—紧定螺钉3—销轴4—钻模板5—支承钉6—定位销7—模板座8—偏心轮9—夹具体（2）回转式钻模图10-12轴向分度回转式钻模1—模板座2—夹具体3—手柄4—螺母5—把手6—对定销7—圆柱销8—螺母9—快换垫圈10—衬套11—钻套12—螺钉（3）翻转式钻模图10-13600翻转式钻模1—台肩销2—快换垫圈3—螺母（4）滑柱式钻模图10-14滑柱式钻模1—夹具体2—滑柱3—锁紧螺母4—钻模板5—套环6—手柄7—螺旋齿轮轴10.1.4麻花钻钻孔的方法找正和引导方式：单件小批：按划线位置钻孔。批量生产：采用专用钻床夹具利用钻套引导。钻深孔当孔的深度超过孔径三倍时，钻孔时要经常退出钻头及时排屑和冷却。在硬材料上钻孔钻孔速度不能过高，手动进给量要均匀，特别是孔将要钻透时，应注意适当降低速度和进给量。钻削较大的孔当钻孔直径较大（通常＞30mm）时，应分两次钻削。钻高塑性材料上的孔在塑性好、韧性高的材料上钻孔时，断屑常成为影响加工的突出问题。可通过降低切削速度、提高进给量及时退出钻头排屑和冷却等措施加以改善。在斜面上钻孔易使钻头引偏，造成孔轴线歪斜。可先锪出平面后再进行钻孔），或采用特殊钻套来引导钻头。10.1.5钻削的工艺特点（1）钻孔是孔的粗加工方法；（2）可加工直径0.05～125mm的孔；（3）孔的尺寸精度在IT10以下；（4）孔的表面粗糙度一般只能控制在Ra12.5μm。钻孔主要用来加工外形复杂、没有对称回转轴线的孔，一般直径不大，精度不太高的孔，如连杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔和孔系。也可以通过钻孔－扩孔－铰孔的工艺手段加工精度要求较高的孔，利用夹具还可加工有一定相互位置关系的孔系。对于精度要求不高的孔，如螺栓的贯穿孔、油孔以及螺纹底孔，可直接采用钻孔。（5）容易产生“引偏”引偏：1）由于钻头弯曲而引起孔径扩大，孔不圆；2）孔的轴线歪斜。引偏原因：1）麻花钻是最常用刀具，由于细长而刚性差；2）麻花钻上有两条较深的螺旋槽，刚性差；3）钻头仅有两条很窄二棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差；4）钻头横刃处前角有很大负值，切削条件极差，钻孔时一半以上的轴向力由横刃产生，稍有偏斜将产生较大附加力矩，使钻头弯曲。5）此外，两切削刃不对称，工件材料不均匀，也易引偏。10.1.6扩孔加工与扩孔钻1．扩孔钻扩孔钻常用作铰或磨前的预加工以及毛坯孔的扩大，扩孔效率和精度均比麻花钻高。（1）工艺特点1）扩孔是孔的半精加工方法；2）一般加工精度为IT10～IT9；3）孔的表面粗糙度可控制在Ra6.3～3.2μm。当钻削dw＞30mm直径的孔时，为了减小钻削力及扭矩，提高孔的质量，一般先用（0.5～0.7）dw大小的钻头钻出底孔，再用扩孔钻进行扩孔，则可较好地保证孔的精度和控制表面粗糙度，且生产率比直接用大钻头一次钻出时还要高。（2）扩孔钻的结构图10-15扩孔钻结构1）齿数多（3、4齿）；2）不存在横刃；3）切削余量小，排屑容易。2、扩孔扩孔常用于已铸出、锻出或钻出孔的扩大。扩孔可作为铰孔、磨孔前的预加工，也可以作为精度要求不高的孔的最终加工。扩孔比钻孔的质量好，生产效率高。扩孔对铸孔、钻孔等预加工孔的轴线的偏斜，有一定的校正作用。10.1.7铰削加工与铰刀铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。对于较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。铰刀是精加工刀具，加工精度可达IT6～IT7。铰刀可分为手用铰刀与机用铰刀。手用铰刀有做成整体式，也有做成可调式的，在单件小批和修配工作中常使用尺寸可调的铰刀。机用铰刀直径小的做成带直柄或锥柄的，直径较大常做成套式结构。根据加工孔的形状不同铰刀可分为柱形铰刀和锥度铰刀。它由工作部分、颈部及柄部三部分组成。图10-16铰刀结构当切削部分的锥角2φ≤30°时，为了便于切入，在其前端常制成引导锥。a)机铰圆柱孔b)手铰圆柱孔c)手铰圆锥孔图10-17铰孔加工示意图3．铰削工艺特点1）铰孔余量小（粗铰0.15~0.35mm），切削速度低，切削力小，发热少，铰刀导向性好，切削平稳，加工质量好；2）加工精度IT8~6，Ra＝1.6～0.4μm；3）铰孔的适应性较差，一把铰刀只能加工一种尺寸精度的孔，不宜加工非标孔、台阶孔、盲孔、非连续表面（如轴向有键槽等），不能加工硬材料工件；4）铰孔可纠正孔的形状误差，不能纠正位置误差。5）铰刀是定尺寸刀具；6）切削液在铰削过程中起着重要的作用。（3）铰孔的应用：铰孔用于软材料零件孔的精加工，不能加工硬材料；铰孔孔径φ1~φ80。2、铰刀的结构参数（1）、铰刀的类型：图10-18铰刀类型1—直柄机用铰刀2—锥柄机用铰刀3—硬质合金锥柄机用铰刀4—手用铰刀5—可调节手用铰刀6—套式机用铰刀7—直柄莫氏圆锥铰刀8—手用1：50锥度铰刀（2）、铰削过程的实质铰削过程不完全是一个切削过程，而是包括切削、刮削、挤压、熨平和摩擦等效应的一个综合作用过程。图10-19铰削过程示意图10.2镗削加工镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。10.2.1镗削加工工艺范围a)悬臂式b)悬臂式c)支承式d)平旋盘镗大孔e)浮动镗刀镗孔（主轴进给）（工作台进给）（工作台进给）（工作台进给）图10-20镗削加工工艺10.2.1镗刀按不同结构，镗刀可分为单刃镗刀和双刃镗刀。镗刀多用于箱体孔的粗、精加工，一般分为单刃镗刀和多刃镗刀或微调镗刀和浮动镗刀。在镗床上使用钻头、扩孔钻、铰刀等钻床所用的各种孔加工刀具时，可把刀具直接安装在镗杆主轴的莫氏锥孔中。镗床上使用各种铣刀时，可把刀具直接安装在镗杆上。1单刃镗刀单刃镗刀切削部位与普通车刀相似，刀体较小，安装在镗杆的孔中。a)悬伸式单刃镗刀b)镗杆上的单刃镗刀b)微调镗刀d）固定式镗刀块图10-21单刃镗刀类型及结构2多刃镗刀与浮动镗刀片图10-22双刃镗刀10.2.2镗削夹具镗床夹具：主要用于加工箱体、支架、支座等零件上的孔或孔系，保证孔的尺寸精度、几何形状精度、孔距及位置精度。组成：夹具体、定位元件、夹紧装置、镗模架（镗模板）、镗套等组成。a)A型b)B型图10-23固定式镗套图10-24回转式镗套1、6—导向支架2、5—镗套3—导向滑套4—镗杆10.2.3镗床镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大，精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上，孔距和位置精度要求较高的孔。如箱体上的孔，还可以进行铣削，钻孔，扩孔，铰孔等工作。1．卧式镗床2．坐标镗床图10-25卧式镗床图10-26坐标镗床1—工作台2—主轴3—主轴箱4—立柱1—上滑座2—回转工作台3—主轴5—床鞍6—床身4—立柱5—主轴箱6—床身7—下滑座坐标镗床一种高精度的机床。其主要特点是具有坐标位置的精密测量装置；有良好的刚性和抗振性。它主要用来镗削精密孔（IT5级或更高），例如钻模、镗模上的精密孔。工艺范围：可以镗孔、钻孔、扩孔、铰孔以及精铣平面和沟槽，还可以进行精密刻线和划线以及进行孔距和直线尺寸的精密测量工作。3．数控镗床1—刀库2—装刀机械手3—机械手架4—卸刀机械手5—主轴头6—垂直移动式主轴箱7—横向移动式立柱8—数控装置9—床身10—可旋转工作台11—纵向移动式工作台图10-27卧式铣镗加工中心10.2.4镗削加工特点1单刃镗刀镗孔特点（1）适应性广，灵活，但对操作工人技术水平要求较高；（2）可以校正原有孔的轴线位置偏差；（3）生产率较低，镗杆刚性差，单刃切削，调整时间长，一般用于单件、小批量生产。2浮动镗刀镗孔特点（1）加工质量高，浮动可减少刀杆、刀具安装偏差；（2）生产效率高，双刃切削，操作方便；（3）刀具结构复杂，对刀具刃磨要求较高，刃口要对称，一般用于较大孔径的批量生产。3镗孔精度（1）普通机床镗孔精度IT8～IT7，Ra＝1.6~0.8μm（2）坐标镗床镗孔精度IT7～IT6，Ra＝0.04μm10.2.5镗削加工方法镗削加工方法主要有悬伸镗削法和支承镗削法。1悬伸镗削法。使用悬伸的单镗刀杆，对中等孔径和不穿通的同轴孔进行镗削加工，这种加工方法叫悬伸镗削法。悬伸镗削法的主要特点有：（1）由于悬伸镗削所使用的镗刀杆一般均较短、粗，刚性较好，切削速度的选择可高于支承镗刀杆，故生产效率高。（2）在悬伸镗刀杆上装夹、调整刀具方便，在加工中又便于观察和测量，能节省辅助时间。（3）用悬伸镗削法采用主轴送进切削时，由于镗刀杆随主轴送进而不断悬伸，刀杆系统因自重变化产生的挠度也不同，在加工较长内孔时，孔的轴线易产生弯曲。由于主轴不断伸出，整个刀杆系统刚性不断变差，镗削时在切削力作用下，系统弹性变形逐渐增大，影响孔的镗削精度，使被加工孔产生圆柱度误差。若用工作台进给悬伸镗削时；由于主轴悬伸长度在切削前已经调定，故切削过中由刀杆系统自重和受切削力引起的挠曲变形及弹性变形相对较为稳定。因此