第5章孔加工工艺与装备

•掌握钻削的工艺特点与应用。•掌握扩孔、铰孔的工艺特点和应用。•掌握镗削加工的工艺特点和应用。•了解孔的其他加工方法的应用。•明确制订孔加工工艺路线的基本规范。本章学习要求第5章孔加工工艺与装备•5.1钻削工艺与装备•5.2镗削工艺与装备•5.3孔的其他加工方法•5.4孔加工方案的确定本章大纲5.1钻削工艺与装备钻孔与车削外圆相比，工作条件要困难得多。因为钻孔时，钻头工作大部分都处于已经加工表面的包围中，所以会引起一些特殊的问题。例如，钻头的刚度和强度、容屑和排屑、导向和冷却润滑等。（1）容易产生“引偏”。（2）排屑困难。（3）切削热不易传散。5.1.1钻削的工艺特点钻头引偏及其纠正5.1.2钻削的装备1.钻床钻床的种类很多，常用的有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。钻床和钻削加工（视频）台式钻床立式钻床摇臂钻床2.钻头（1）麻花钻麻花钻由柄部、颈部和工作部分组成。柄部是麻花钻的夹持部分，有直柄和锥柄两种类型。直柄传递的扭矩较小，一般用于直径小于12mm的钻头；锥柄可传递较大的扭矩，用于大于12mm的钻头。麻花钻的切削部分担负主要的切削工作，由两个刀瓣组成，每个刀瓣相当于一把车刀。因此，麻花钻有两条对称的主切削刃，两个主切削刃在与其平行的平面上投影的夹角称为顶角。标准麻花钻的顶角为118°±2°。两主切削刃中间由横刃相连，这是其他刀具上所没有的。钻削时作用在横刃上的轴向阻力和摩擦都很严重，是影响钻孔加工精度和生产率的主要因素之一。麻花钻的结构（2）精孔钻（3）半孔钻（4）斜面钻（5）群钻•钻套装配在钻套模板上或者夹体上，其作用是确定被加工孔的位置和引导刀具加工。•固定钻套：如下图（a）（b）所示。固定钻套直接装在钻模板的相应孔中，磨损后不能更换。固定钻套结构简单，钻孔的精度高，用于单一钻孔工序和小批生产。•可换钻套：如下图（c）所示。当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为了能快速更换磨损的钻套，常选用可换钻套。当钻套损伤后，可卸下螺钉，更换新的钻套，螺钉能够防止加工时钻套转动或者退刀时随刀具拔出。•快换钻套：如下图（d）所示。当工件需要钻、扩、铰多种工序加工时，为能够快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。更换钻套时，将钻套削边转至螺钉处，即可取出钻套，削边的方向应考虑刀具的旋向，以防钻套随刀具自行拔出。3.钻套标准钻套•特殊钻套：由于工件形状或者加工孔位置的特殊性，需要设计特殊结构的钻套。•下图（a）所示为加长钻套，在加工凹面上的孔时使用。为减少刀具与钻套之间的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大。•下图（b）所示为斜面钻套，用于在斜面或圆弧面上的钻孔，排屑空间的高度h0.5mm，可增加钻头刚度，避免钻头引偏或折断。•下图（c）所示为小孔距钻套，用圆销确定钻套位置。•下图（d）所示为兼有定位与夹紧功能的钻套，在钻套与衬套之间，一段为圆柱间隙配合，一段为螺纹连接，钻套下端为内锥面，可使工件定位特殊钻套4.钻模钻床钻模的种类繁多，一般分为固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式等几种类型。（1）固定式钻模固定式钻模（2）盖板式钻模盖板式钻模5.1.3钻孔加工工艺1.工件的安装钻孔之前，首先必须正确安装工件，生产中常用的工件安装方法主要有：小型工件通常用虎钳或平口钳装夹；如下图（a）和（b）所示。较大的工件可用压板螺栓直接安装在工作台上，如下图（c）所示。在圆柱形工件上钻孔可放在V形铁上进行，如下图（d）所示。2.钻孔的方法（1）钻通孔（2）轴上钻横孔的方法（3）曲面上钻孔工艺（4）钻深孔的加工方法3.钻削用量钻削用量包括钻削速度v，进给量f和背吃刀量ap。5.1.4扩孔、铰孔加工工艺1.扩孔扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔（铸出、锻出或钻出的孔）进行扩大加工。扩孔常作为孔的半精加工，也普遍用作铰孔前的预加工。直径Φ3~15mm的扩孔钻通常做成整体带柄的形式，直径Φ25~100mm的扩孔钻做成整体套装式。在小批量生产的情况下，常用麻花钻经修磨钻尖的几何形状当扩孔钻用。扩孔的基本原理扩孔的质量比钻孔高，一般尺寸精度可达IT10~IT7，表面粗糙度Ra值为6.3~3.2。扩孔钻与麻花钻在结构上相比有以下特点。•刚性好。由于扩孔的背吃刀量ap小，切屑少，容屑槽可做的浅而窄，使钻芯比较粗大，增加了工作部分的刚性。•导向性较好。由于容屑槽浅而窄，可在刀体上做出3~4个刀齿，这样一方面可提高生产率，同时也增加了刀齿的棱边数，从而增强了扩孔时刀具的导向及修光作用，切削比较平稳。•切削条件好。扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心，无横刃，避免了横刃和由横刃引起的不良影响。轴向力较小，可采用较大的进给量，生产率较高。此外，切屑少，排屑顺利，不易刮伤已经加工的表面。2.铰孔铰孔是在扩孔或半精镗的基础上进行的，是应用较为普遍的孔的精加工方法之一。铰孔的公差等级为IT8～IT6，表面粗糙度Ra为1.6～0.4m。铰刀由工作部分、颈部和柄部组成。工作部分包括切削部分和修光部分。切削部分为锥形，担负主要的切削工作。修光部分有窄的棱边和倒锥，以减小与孔壁的摩擦和减小孔径扩张，同时校正孔径、修光孔壁和导向。手铰刀修光部分较长，导向作用好铰孔的基本原理铰刀铰孔的工艺特点如下：①铰孔余量小。粗铰为0.15mm~0.35mm；精铰为0.05mm~0.15mm。切削力较小，零件的受力变形小。②切削速度低。比钻孔和扩孔的切削速度低得多，可避免积屑瘤的产生和减少切削热。③适应性差。铰刀属定尺寸刀具，一把铰刀只能加工一定尺寸和公差等级的孔，不宜铰削阶梯孔、短孔、不通孔和断续表面的孔（如花键孔）。④需施加切削液。为减少摩擦，利于排屑、散热，以保证加工质量，应加注切削液。铰孔时的注意事项如下：①合理选择铰孔的余量。铰削余量太大，铰孔不光，铰刀易磨损；余量太小，不能校正上次加工留下的加工误差，达不到铰孔的要求。②铰孔时要选用合适的切削液进行润滑和冷却。铰削钢件一般用乳化液，铰削铸铁一般用煤油。③机铰时要选择较低的切削速度、较大的进给量。④铰孔时，铰刀在孔中绝对不能倒转，否则铰刀和孔壁之间易挤住切屑，造成孔壁划伤；机铰时，要在铰刀退出孔后再停车，否则孔壁有拉毛痕迹；铰通孔时，铰刀修光部分不可全部露出孔外，否则出口处会被划伤。5.1.5加工实例【实例5-1】拉臂的钻、扩、铰加工。工件的主要尺寸与技术要求如图。拉臂零件图1.工艺方案分析（1）毛坯的选择：选用金属模铸造，为铸态球墨铁毛坯。（2）定位基准与机床的选择因工件较小且形状较复杂，凸台平面又较窄小，没有理想的定位基准面，若采用工序分散的方法，用多台钻床加工来保证工件的单件生产节奏，则很难保证工件的加工质量，且要占用过多的生产面积和劳动量，因此采用一次安装的高效的六工位组合机床。（3）考虑到生产效率，刀、辅、量、检、夹具均采用工厂通用和专用的高生产率工装。2.加工步骤（1）装夹工件。（2）大端钻23mm孔，并倒角2.5×45°；小端钻10mm，并倒角2.5×45°。（3）卧式动力头在工件大端钻76mm二联孔，并与大孔相交，保证位置度与垂直度要求及距定位平面尺寸14mm。（4）大端扩至24.6mm并锪平面，保证尺寸27mm，表面粗糙度为Ra=12.5m；小端扩孔至11.7mm并锪平面，保证尺寸41mm，表面粗糙度为Ra=12.5m。（5）卧式动力头在大端铰mm二联孔，保证位置与垂直度要求，表面粗糙度为Ra=6.3m。（6）铰mm孔，保证位置与垂直度要求，表面粗糙度为Ra=6.3m；铰mm孔，表面的粗糙度为Ra=6.3m。5.2镗削工艺与装备•镗削加工是利用镗床对已有孔进行扩大孔径并提高质量的加工方法。与钻床比较，镗床可以加工直径较大的孔，精度较高，且孔与孔的轴线的同轴度、垂直度、平行度及孔距的精确度均较高•镗削加工是以镗刀的旋转运动为主运动，与工件随工作台的移动（或镗刀的移动）为进给运动相配合，切去工件上多余金属层的一种加工方法。这可以有效避免加工时工件作旋转运动的弊端。5.2.1镗削的工艺特点镗削加工原理•镗削加工适应能力较强，这是因为镗床的多种部件都能做进给运动，使其具有加工上的多功能性。•但镗刀后刀面与工件内孔表面摩擦较大，镗杆悬伸较长，故切削条件较差，容易引起振动。•镗削加工一般用于加工机座、箱体、支架及回转体等复杂的大型零件上的大直径孔，有位置精度要求的孔及孔系。•镗孔时，其尺寸精度可达IT8~IT6级，孔距精度可达0.015mm，表面粗糙度可达。•但镗削加工生产率不高，对工人的技术水平要求高。镗削的工艺特点如下。①适应性广。镗刀结构简单，使用方便，既可以粗加工，也可以实现半精加工和精加工，一把镗刀可以加工不同直径的孔。②位置精度高。镗孔时，不仅可以保证单个孔的尺寸精度和形状，而且可以保证孔与孔之间的相互位置精度，这是钻孔、扩孔和铰孔所不具备的优点。③可以纠正原有孔的偏斜。使用钻孔粗加工孔时所产生的轴线偏斜和不大的位置偏差可以通过镗孔来校正，从而确保加工质量。④生产率低。镗削加工时，镗刀杆的刚性较差，为了减少镗刀的变形和防止振动，通常采用较小的切削用量，所以生产率较低。镗床根据结构、布局和用途的不同，主要分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床、落地镗床、立式镗床和深孔钻镗床等类型。•卧式镗床•坐标镗床•落地镗床5.2.2镗削的装备1.镗床其他常用加工方法（视频）卧式镗床加工范围2.镗刀镗刀是由镗刀头和镗刀杆及相应的夹紧装置组成。镗刀头是镗刀的切削部分，其结构和几何参数与车刀相似。在镗床上镗孔时，镗刀夹固在镗刀杆上与机床主轴一起作回转运动。（1）镗刀种类常用的镗刀主要有以下几种。①单刃镗刀②精镗微调镗刀③双刃镗刀④镗刀头⑤镗刀块双柱坐标镗床落地镗床（2）镗刀的安装镗刀的安装形式主要包括镗刀在刀杆上的安装类型、安装角度及镗刀的安装高度，要根据工件材料及镗削孔的结构类型、镗削刀具系统的刚性等来确定具体安装方法。3.镗套（1）固定式镗套镗孔时不随镗杆一起转动的镗套称为固定式镗套。已标准化的有A、B两种类型。（2）回转式镗套随镗杆一起转动，与镗杆之间有相对移动而无相对转动的镗套。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。回转式镗套4.镗床夹具•镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。•镗床夹具主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。•镗床夹具的种类按导向支架的布置形式分为双支撑镗模、单支撑镗模和无支撑镗模。1—支架；2—镗套；3、4—定位板；5、8—压板；6—夹紧螺钉；7—可调支撑钉；9—底座；10—镗刀杆；11—浮动接头镗削车床尾架孔的双支撑镗模无支撑镗床夹具•镗孔是用镗刀对已有的孔进行扩大加工的方法，是常用的孔加工方法之一。•对于直径较大的孔（D80mm）、内成形面或孔内环槽等，镗削是唯一适宜的加工方法。5.2.3镗孔加工工艺镗床镗孔示意图5.2.4加工实例【实例5-2】悬伸镗削如图所示为一箱体零件，材料为HT200，工件底面和侧面已粗加工，各留3mm余量，mm预制孔铸为80mm左右，mm孔轴线的同轴度为0.03mm，对底面的平行度为0.03mm，两孔的中心高为（450±0.1）mm，孔中心距侧面B为（350±0.2）mm，两孔的表面粗糙度为Ra=1.6m。箱体零件1.工艺方案分析（1）机床的选择：选择T6111型卧式铣镗床加工。（2）刀具的选择：镗第一孔时用短刀杆镗刀，镗第二孔时用长刀杆镗刀。（3）装夹方法：工件用4组压板螺钉装夹在工作台上。（4）镗削方法：加工路线如下：粗镗第一孔→粗镗第二孔→人工时效处理→精刨底面及侧面B→半精镗第一孔→精镗第一孔→半精镗第二孔→精镗第二孔。2.加工步骤一般来说，以主轴送进镗削同轴孔系时，随着主轴和刀杆的悬伸长度不断增加，刀具系统刚度逐渐变差，因而镗削精度不高，它只适用于工作台不能作纵向移动的镗床。（1）合理选用镗削方式。（2）镗床主轴保持一定的悬伸长度。（3）选用精密可靠的导向套。3.悬伸镗削加工注意事项5.3孔的其他加工方法•在孔的加工方法中，除了最常用的钻孔、扩孔、铰孔和镗孔外，还有拉孔、锪