第五章-钻、镗、刨、插、拉削加工-机械制造加工基础

第五章钻、镗、刨、插、拉削加工1.掌握孔加工的工艺特点及其加工范围；2.掌握孔加工刀具的种类、结构及其应用；3.理解合理选择钻削用量的基本原则；4.了解钻床、镗床、刨床、插床、拉床及其加工范围。基本要求与重点§5-1钻削与孔加工刀具在切削加工中，孔的加工量约占整个金属切削加工总量的40％左右。因此，孔加工刀具应用很广泛。动画8-1钻孔动画8-2扩孔动画8-3铰孔孔加工刀具的分类：从实体材料上加工出孔的刀具，如麻花钻、中心钻及深孔钻等；对已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀、镗刀等。此外，内拉刀、内圆磨砂轮、珩磨头等也可以用来加工孔。图8-1在实体材料上加工出孔图8-2对已有孔进行加工工艺特点：孔加工刀具在工件体内表面工作，其结构尺寸受到限制；在封闭的条件下工作，存在排屑、导向(特别是深孔)、冷却、润滑等问题。一、孔加工刀具的种类和用途1.从实体材料上加工出孔的刀具钻头：一般用于粗加工，也可用于半精加工或精加工（扩孔、铰孔、镗孔、拉孔和磨孔）的预钻孔。图8-3扁钻⑴扁钻用途：钻削硬脆材料或加工规格特殊的成形孔、阶梯孔以及浅孔等。在加工大直径（φ＞30mm）孔时，采用扁钻更为经济。类型：整体式扁钻——主要用于加工直径为12mm以下的孔；装配式扁钻——主要用于加工较大直径的孔。优点：轴向尺寸小，刚性好，结构简单，制造成本低，刃磨容易，便于使用优质刀具材料，换刀方便。⑵麻花钻用途：孔的粗加工（IT11以下精度及表面粗糙度Ra50～6.3m），或用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。加工范围在φ0.1～φ80mm之间。类型：直柄麻花钻——主要用于加工直径为13mm以下的孔；锥柄麻花钻——主要用于加工较大直径的孔。图8-4麻花钻的构造用途：加工各种轴类零件两端的中心孔。⑶中心钻类型：无护锥中心钻和带护锥中心钻。图8-5中心钻视频8-1钻孔深孔钻——加工深度与直径之比大于10的孔所用的钻头。⑷深孔钻种类及其用途：关键问题：排屑、冷却与润滑、导向。外排屑深孔钻——用于加工φ3～20mm的深孔。(a)外排屑深孔钻(b)内排屑深孔钻用于加工φ12～φ120mm的深孔。(c)喷吸钻用于加工φ16～φ65mm的深孔。(d)套料钻孔图8-6深孔钻⑴扩孔钻用途：对已有孔进行再加工，以提高孔的加工质量。2.对工件上已有孔进行再加工用的刀具加工精度：IT10～IT11，表面粗糙度：Ra6.3～3.2m。图8-7扩孔钻特点：扩孔钻刀齿比较多（3～4个），故导向性好，切削平稳；扩孔余量较小，容屑槽较浅，刀体强度和刚性较好；扩孔钻没有横刃，改善了切削条件；能修正孔轴线的歪斜。因此，可大大提高切削效率和加工质量。主要类型:整体锥柄扩孔钻套式扩孔钻——大直径孔的扩孔加工。图8-8扩孔钻类型a)高速钢整体式，b)镶齿套式，c)硬质合金可转位式视频8-2扩孔⑵锪钻用途：在孔的端面上加工沉头孔或凸台表面。动画8-4锪削⑶铰刀用途：单件小批量的小孔和锥度孔的半精加工和精加工，或用于磨孔或研孔前的预加工。铰刀由柄部、颈部和工作部分(切削部分和校准部分)组成图8-9铰刀结构类型：手用铰刀——整体式和可调整式；机用铰刀带柄（φl～20mm为直柄，φl0～32mm为锥柄）套式（一般直径在25mm以上）特点：齿数多(6～12个)，导向性好，芯部直径大，刚性好；铰削余量小、切削速度低以及切削过程中的挤压作用，可获得较高的加工精度（IT6～IT8）和较好的表面质量（Ra1.6～0.4μm）。图8-12套式铰刀图8-11机用铰刀图8-10手动铰刀a)整体式，b)可调式，c)粗铰刀，d)精铰刀c)d）图8-13硬质合金锥柄扩孔钻图8-14硬质合金锥柄机用铰刀视频8-3铰孔⑷镗刀用途：加工直径较大的孔、内成形表面以及一系列位置精度要求的孔。加工精度：IT6～IT7，表面粗糙度：Ra1.6～0.8m，甚至可达Ra0.2m。特点：能够修正上道工序所造成的轴线歪曲、偏斜等缺陷，因此获得广泛应用。在大批量生产中，可使用镗模来提高生产率。图8-15镗刀单刃镗刀只有一头有切削刃，结构简单，制造方便，通用性大。单刃镗刀一般都有调整装置。为了提高调整精度，在精镗机床上可采用微调镗刀。类型：图8-16单刃镗刀a)镗通孔,b)镗盲孔图8-17微调镗刀1－紧固螺钉，2－精调螺母，3－刀块，4－刀片，5－镗杆，6－导向键双刃镗刀两端都有切削刃，工作时可消除径向力对镗杆的影响。工件孔径尺寸由镗刀尺寸保证。双刃镗刀多数采用浮动连接的结构。图8-18双刃镗刀1－刀块，2－刀片，3－调节螺钉，4－斜面垫板，5－紧固螺钉用浮动镗刀加工出的孔，其精度达到IT6～IT7，表面粗糙度≤Ra0.8m。镗刀在镗杆中浮动，无法纠正孔的直线度误差和相互位置误差。视频8-4镗削二、麻花钻的结构与几何参数1.麻花钻的结构⑴工作部分－切削部分与导向部分，⑵颈部，⑶柄部。图8-19标准高速钢麻花钻2.麻花钻的几何参数⑴基面Pr与切削平面Ps主切削刃上各点因其切削速度方向不同，基面和切削平面位置也不同。图8-20钻头的基面与切削平面图8-20钻头切削刃上各点的切削速度与基面的变化前角0图8-21钻头的前角、后角和主偏角螺旋角标准麻花钻的螺旋角一般在18°～30°范围内，大直径钻头取大值。图8-22标准麻花钻的螺旋角后角f图8-23钻头后角三、钻削特点1.钻削要素⑴切削速度v⑵进给量f⑶钻削深度ap－ap＝d0/2，单位为mm。2.钻削力和扭矩图8-24钻削力钻削力——轴向力；扭矩——由切向力形成。3.钻头的磨损及耐用度加工钢等塑性材料时，以外缘处后刀面磨损量VB定为磨钝标准。图8-25钻头的磨损钻头磨钝标准及耐用度见p.89表5-5。加工铸铁等脆性材料时，以转角处磨损长度Δ为磨钝标准。4.钻削用量的选择选择原则：先选切削深度，再选进给量，最后确定切削速度。切削深度ap—根据被加工孔直径d来选择的。进给量f—受到钻头强度(小直径钻头)、机床进给机构刚度、工件表面粗糙度及精度等的限制。钻削速度v—通常按钻头的耐用度凭经验选取。§5-2钻床及其加工范围钻床—主要用钻头在工件上加工孔的机床。钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻削加工范围：图8-26钻削加工范围动画8-5钻床加工范围动画8-5钻床加工范围(续)类型：立式钻床台式钻床摇臂钻床深孔钻床其他钻床动画8-6立式钻床图8-27立式钻床图8-28多轴立式钻床图8-29台式钻床动画8-7台式钻床动画8-8摇臂钻床图8-30摇臂钻床机床布局、运动执行件应用场合立式钻床主轴箱和工作台可沿立柱上的导轨作上下调整运动。主轴箱和工作台可沿立柱上的导轨作上下调整运动。单件、小批量中加工中、小型零件。台式钻床加工小型零件上的各种小孔。摇臂钻床摇臂钻床的摇臂可绕立柱回转和升降，主轴箱可在摇臂上作水平移动。单件和中、小批生产中加工大、中型零件。深孔钻床卧式布局。加工时通常是由工件转动来实现主运动，深孔钻头只作直线的进给运动。加工大批、大量生产中的中小型零件。§5-3镗床及其加工范围镗床是一种用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。图8-30卧式镗床加工范围加工范围：加工各种复杂和大型工件上的孔，尺寸和位置精度均比钻孔高。动画8-9卧式镗床加工范围动画8-9卧式镗床加工范围(续)类型：卧式镗床、落地镗床、金刚镗床和坐标镗床等。动画8-10卧式镗床图8-31卧式镗床图8-32落地镗床图8-33单面卧式金刚镗床图8-36龙门式坐标镗床图8-35卧式坐标镗床图8-34立式单柱坐标镗床视频8-5坐标镗床其他种类的镗床机床布局、运动执行件应用场合卧式镗床主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂直移动，工作台可绕立轴旋转或纵、横向移动，并能进行铣削。大型、复杂的精度要求较高的箱体类零件的镗孔加工，以及车端面、铣平面、车外圆、车螺纹及钻孔等。落地镗床工件直接固定在地面的平板上。镗轴位置由立柱沿床身导轨作横向移动及主轴箱沿立柱导轨作上下方向移动进行调整。加工大型、重型零件。金刚镗床工件通过夹具安装在工作台上，工作台沿床身导轨作平稳的低速纵向移动以实现进给运动。成批、大量生产中（如汽车、拖拉机、柴油机厂中)加工连杆轴瓦、活塞、油泵壳体等零件上的精密孔。坐标镗床工件做水平纵向或横向（立式）进给运动，镗刀做旋转主运动和垂直方向或水平横向的进给运动。用于镗削尺寸、形状和位置精度要求较高的孔系；进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面、切槽、铣削等工作；进行精密刻度、样板的精密刻线、孔距及直线尺寸的精密测量等。§5-4刨床、插床及其加工范围刨床和插床：用刨刀或插刀加工工件表面的机床。图8-37牛头刨床动画8-11牛头刨床主运动为直线运动。刨床作水平方向主运动，而插床作垂直方向主运动。图8-38插床动画8-12插床动画8-13刨床加工范围刨床加工范围：各种平面（水平面、斜面和垂直面等）、沟槽（T形槽、燕尾槽等）以及纵向成形表面等。动画8-13刨床加工范围(续)运动部件换向时需克服惯性力，有冲击载荷，限制了切削速度。所以刨床和插床的生产率较低，在成批生产中的应用受到限制。机床和刀具较为简单，应用较为灵活。在单件小批量生产以及维修车间还有应用。特别是用宽刃刀具加工狭长平面和沟槽时，有较高的生产率，应用较多。主运动是往复运动，前进时为工作行程，后退时为返回行程，即空行程，需消耗时间；特点：视频8-6牛头刨床刨削图8-39单臂式刨床动画8-14龙门刨床视频8-7龙门刨床视频8-8插削机床布局、运动执行件应用场合牛头刨床滑枕往复直线主运动；工作台带着工件作间歇的横向进给运动。刀架座可绕水平轴线调整至一定的角度位置，以便加工斜面；刀架可沿刀架座的导轨上下移动调整吃刀深度。滑板沿床身的坚直导轨上下移动调整工件与刨刀的相对位置。单件、小批生产或修理车间。龙门刨床工作台作往复直线主运动，立刀架在横梁导轨上间歇地移动作横向进给运动，刀架上的滑板可使刨刀作上下切入运动，滑板绕水平轴调整至一定的角度加工倾斜平面，侧刀架沿立柱导轨上下间歇移动刨削工件的竖直平面，横梁沿立柱导轨升降至一定位置调整刀具的位置。加工大平面，尤其是长而窄的平面；也可用来加工沟槽或同时加工几个中、小型零件的平面。单臂刨床与龙门刨床相比，只有一根立柱。加工宽度较大且又不需要在整个宽度上加工的零件。插床滑枕可沿立柱的导轨作上下往复主运动，圆工作台带动工件回转作间歇的圆周进给。上滑座和下滑座分别带动工件作纵向和横向进给。单件、小批生产中插槽、平面及成型表面等。§5-5拉床及其加工范围拉床：用拉刀进行加工的机床。拉刀的直线或螺旋运动为主运动，拉床没有进给运动，进给量由阶梯刀齿来实现。拉削加工的生产率、加工精度和表面粗糙度都比较高（IT6级或更高，表面粗糙度Ra＜0.63m）拉刀：阶梯分层或分段组合为特征的多齿结构刀具。动画8-15拉削圆孔图8-40拉刀(a)圆孔拉刀，(b)平面拉刀，(c)齿槽拉刀图8-41拉床加工范围成批和大量生产中拉削平面、成形表面及在已有孔上拉出各种形状的通孔。图8-42拉削加工范围视频8-9拉削