05第五章--钻削、镗削、铰削与拉削

5-1宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲一、引入1、本门课程的总体安排。2、本篇在这门课中的地位和作用。二、讲授新课第五章钻削、镗削、铰削与拉削孔是各种机器零件上出现最多的几何表面之一，分为非配合孔和配合孔二大类。一般孔加工采用钻、扩等加工，有一定要求的孔是在钻、扩基础上进行再进一步的镗、铰等加工。但不论是何种孔加工都具有以下一些特点：（1）部分孔加工刀具为定尺寸刀具，刀具本身精度会影响孔的加工精度。（2）孔加工刀具的切削和夹持部分的有关尺寸受被加工孔尺寸的限制，会使刀具的刚性变差。（3）孔加工时，刀具一般是封闭或半封闭状态下进行工作，对加工质量和刀具耐用度都会产生不利的影响。5-2宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲基于以上原因，在机械设计过程中选用孔和轴配合的公差等级时，经常把孔的公差等级定得比轴低一级。孔加工的方法很多，常用的有钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔等，还有金刚镗、珩磨、研磨、挤压及特种加工孔等方法。其加工孔直径Φ0.01～Φ1000mm，加工精度可达到IT13～IT5，表面粗糙度Ra12.5～0.006μm；可在金属或非金属材料上加工，也可在普通材料或高硬度材料上加工。在加工中可根据不同要求，合理进行选择最佳的加工方案，达到加工质量能符合要求。第一节钻削加工（一）一、概述用钻头作回转运动，并使其与工件作相对轴向进给运动，在实体工件上加工孔的方法称为钻孔；在已有孔的情况下，用扩孔钻对孔径进行再扩大的加工称为扩孔；钻孔与扩孔统称为钻削。加工精度表面粗糙度钻孔IT13～IT12Ra12.5～6.3μm扩孔IT12～IT10Ra6.3～3.2μm钻削可以在各种钻床上进行，也可以在车床、铣床、镗床和组5-3宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲合机床、加工中心上进行，但大多数情况下，尤其是在大批量下生产时，主要还是在钻床上进行。二、钻床主要用钻头在工件上加工孔的机床称为钻床。通常以钻头的回转运动为主运动，钻头的轴向移动为进给运动。钻床的分类：坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、铣钻床、中心孔钻床等八大类。大部分以最大钻孔直径为主要参数。钻床的主要功用为钻孔和扩孔，也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉孔及锪凸台端面等。1、立式钻床特点是主轴是垂直布置且位置固定不动(沿立柱轴线回转)。因其立轴结构不同可分为圆柱立式钻床、方柱立式钻床和可调多轴立式钻床。机床的使用：主轴箱和工作台可沿立柱作上下移动以调整工作高度；工件安放于工作台上，通过工件的位置移动来找正；利用主轴箱的功能，可以进行变换主轴转速、主轴进给量等加工参数，主轴的上下移动可实现自动进给或手动进给。5-4宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲适合于加工单件或小批量的中小型工件加工，钻孔直径为Φ16～Φ80mm，如Z5132、Z5140A等。2、摇臂钻床特点是主轴能沿立柱的中心轴线进行回转。机床的使用：将工件放置于工作台上；主轴绕立柱可上下移动和旋转或主轴箱可在摇臂上作横向移动；利用主轴箱的功能，可以进行变换主轴转速、主轴进给量等加工参数，主轴的上下移动可实现自动进给或手动进给。适合于加工单件或中小批量的大中型工件加工，钻孔直径为Φ25～Φ125mm，如Z3040、Z3050A等。3、钻削加工中心5-5宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲一般以钻孔、攻螺纹和铣削为主，且刀具在十把以上的加工中心称为钻削加工中心。功能：各种直径的孔加工；各种面的铣削加工；多轴（多空间）加工孔或面。技术性能：主轴转速高，加工孔直径范围大，进给速度大，定位精度高等。三、麻花钻1、概述是孔加工中应用最广泛的刀具。主要用来在实体材料上钻削直径在Φ0.1～Φ80mm，加工精度为IT12左右，表面粗糙度在Ra12.5～6.3μm左右的孔或精度要求较高的孔的预加工。分类：按材料不同可分为高速钢和硬质合金钻头；按柄部不同5-6宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲分为直柄和锥柄钻头；按长度不同分为基本型、短、长、加长和超长型等钻头。⑴硬质合金麻花钻有整体式、镶片式和可转位式（无横刃式）三种，一般用于加工各类特殊材料的各种孔加工。用细颗粒钨系材料及YG、YW、YT等制作而成，整体式大多采用TiN涂层（金黄色）或镶片式采用涂层刀片；钻头直径从Φ0.2～Φ60mm，硬度在58～62HRC。⑵高速钢麻花钻是一种标准刀具，由工作部分、柄部和颈部（锥柄钻才有）组成，锥柄还带有扁尾。整体呈倒锥形。整个切削部分由前面、后面、副后面、主切削刃、副切削刃和横刃等组成。2、切削部分的几何参数⑴螺旋角β5-7宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲Lr02tan螺旋角增大会使钻头锋利和排屑通畅，但使钻尖强度削弱和散热条件变差。⑵顶角2φ顶角大，钻头强度增大；标准麻花钻2φ=118°；加工钢、铸铁、硬青铜时，2φ=116～120°；加工硬铸铁、不锈钢、耐热钢时，2φ=120～150°。⑶刃倾角λSX和端面刃倾角λtx每一点上的刃倾角和端面刃倾角都不相同，越靠近钻心越大。⑷主偏角κr每一点上的主偏角也不相同，越靠近外缘处越大。5-8宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲⑸前角γOX每一点上的前角都不相同且变化较大，如外缘处前角为30°，钻心处前角为-30°。⑹后角αfx主切削刃上外缘处的点其后角最小，钻心处的点其后角最大。⑺横刃角度ψ标准麻花钻的横刃斜角ψ=50～55°。一般后角增大，横刃斜角随之减小,导致横刃长度增大，进给力增大，切削条件变差，对加工质量产生不利影响。四、钻削原理1、钻削要素⑴切削速度υC：钻头外缘处的线速度10000ndc⑵进给量：每转进给量f，每齿进给量fz，进给速度υf；υf=nf=znfz。⑶背吃刀量αp：2opd⑷切削厚度hD和切削宽度bD：sin2fhDsin20dbD⑸切削面积AD：4oDDDfdbhA5-9宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲2、钻削力和钻削功率在钻削力合成中，有一个总扭矩T和一个总进给力F。bFdFFTTTTcococooo112ffofoFFFF122从上式得知：总扭矩T来源于主切削刃，总进给力F来源于横刃。切削功率PC。610602TnPc3、切削热与钻头磨损钻头磨损和切削热产生的交汇点在于：切削速度和切削温度最高、刀体强度最薄弱的前面、后面和刃带三者的交汇处。五、麻花钻的修磨与群钻5-10宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲1、标准高速钢麻花钻的缺点切削刃上各点前角变化大，横刃较长，主切削刃较长，切削速度高、切削刃强度和散热条件较差。2、麻花钻的修磨（1）修磨主切削刃，形成多段或圆弧形切削刃；（2）修磨横刃，使横刃变短和改善横刃处的前角角度；（3）修磨前刀面，使前角变大或变小，以适应不同材料的切削加工；（4）修磨刃带，加大刃带上形成的副后角；（5）磨分屑槽，便于排屑和断屑。3、群钻是在长期的生产实践中，综合了标准麻花钻各种修磨方法的成功经验，而设计出的一种先进钻头。为了适应不同工件材不同孔径5-11宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲的钻削需要，群钻已形成了多种系列。图示为标准群钻。结构上与普通钻头相比：主切削刃由外刃、圆弧刃和内刃所构成；刀尖有三个；顶角有二个（外刃顶角和内刃顶角）；在一侧主切削刃后开有分屑槽。性能上与原来的普通钻头相比：效率提高，切削条件改善，有利于钻头定心，耐用度提高，切削省力，精度与表面质量更好。三、新课小结本节主要是使学生掌握钻削的基本知识及钻床、刀具、原理等知识；掌握麻花钻各部分的切削角度和选择方法；了解钻削力的计算方法。5-12宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲四、布置作业1、孔加工刀具有何特点？2、钻削三要素及计算公式。3、麻花钻在结构上有那些缺陷？应如何修磨来加以改进？5-13宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲一、引入1、孔加工刀具有何特点？2、钻削三要素及计算公式。3、麻花钻在结构上有那些缺陷？应如何修磨来加以改进？二、讲授新课第一节钻削加工（二）六、扩孔与锪削1、扩孔在已有孔的基础上再进行孔加工。刀具为扩孔钻，一般有3～4条主切削刃。按刀具切削部分材料分有高速钢和硬质合金两种；按外形分有5-14宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲整体直柄、整体锥柄、套式和转位形（主要用于大直径）。扩孔钻的加工质量比钻孔要好。因为：无横刃切削阻力小，加工余量小；刀刃多切削力小，导向性好；刀体强度高，刚性好。扩孔时进给量可以比钻孔大一倍。2、锪削在已加工孔的基础上进行圆柱形沉头孔、锥形沉头孔和端面凸台加工。刀具为锪孔钻，有圆柱沉头锪钻、锥形沉头锪钻、端面锪钻等；一般有3～4个刀齿。锥形沉头锪钻角度有60°、90°、120°三种。大多数用高速钢制造，大直径采用硬质合金制造。七、深孔加工1、深孔加工的特点及对刀具的要求一般把深径比在5～10以上的孔称为深孔。直径比在20以下5-15宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲的通常用加长麻花钻，直径比在20以上的通常用深孔钻加工。深孔加工比非深孔加工难度大得多，其主要原因：①刀具细长，刚性很差②排屑困难③冷却、润滑困难。深孔钻与其他钻头相比有以下特点：足够的刚性和良好的导向功能；有可靠的断屑、排屑功能；有效的冷却、润滑功能。2、常用的深孔加工刀具（1）单刃外排屑深孔钻；（2）错齿内排屑深孔钻；（3）喷吸钻。八、钻孔质量分析主要问题有：孔径扩大和孔轴线偏斜、钻头的崩刃和折断。1、孔径扩大和孔轴线偏斜（1）产生原因：①切削刃不对称；②加工面不平；③钻头横刃过长；④钻头与夹具间隙过大；⑤设计或工序不合理。5-16宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲（2）采取措施：①预加工孔端面；②尽量工件回转；③先钻中心孔；④适当小的进给量；⑤切削刃修磨对称；⑥修磨横刃；⑦调整机床；⑧选用合适钻套；⑨钻深孔时用支承架。2、钻头的崩刃和折断（1）产生原因：①进给量、进给力变化大；②切屑缠绕或堵塞；③堵塞冷却不充分；④磨损过大；⑤夹持不稳定；⑥孔将钻通时，力过大。5-17宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲（2）采取措施：①及时修磨钻头；②及时修磨横刃；③改善断屑、排屑条件；④采用分级进给加工；⑤减小工艺系统的弹性变形。三、新课小结本节主要是使学生了解扩孔和锪削的基本知识；了解深孔加工的工艺；掌握钻孔质量分析的基本方法。四、布置作业1、深孔加工比一般孔难度大很多，主要原因是什么？2、为防止钻孔时孔径扩大和孔轴线偏斜，一般应采取哪些措施？3、为防止钻孔时钻头折断，一般应采取哪些措施？5-18宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲一、引入1、深孔加工比一般孔难度大很多，主要原因是什么？2、为防止钻孔时孔径扩大和孔轴线偏斜，一般应采取哪些措施？3、为防止钻孔时钻头折断，一般应采取哪些措施？二、讲授新课第二节镗削一、概述镗孔是一种应用非常广泛的孔加工方法。可以用于孔的粗加工、半精加工、精加工；可以加工通孔和盲孔；可以加工各种工件材料。镗孔可以在各种镗床上进行加工，也可以在卧式车床、回轮或转塔车床、铣床、数控机床、加工中心上进行。在镗床上镗孔的突出优点：可以用一种镗刀加工一定范围内各种不同直径的孔，尤其是大直径的孔；可以修正上一工序所产生的孔的相互位置误差。但生产率低，适合于单件和中、小批量生产的5-19宁波技师学院机械技术系《机械制造技术》胡岗主讲场合。镗孔加工精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～0.8um；高精度镗床可达到精度IT6，表面粗糙度为Ra1.6～0.8um，甚至达到Ra0.2um。二、卧式铣镗床1、概述一般用于大尺寸、大重量的工件上的大直径孔加工；或相互有一定联系的若干孔系。除能镗孔外，还能钻孔、扩孔、铰孔、车螺纹、铣平面等加工。主要类型有卧式铣镗床、精镗床和坐标镗床，其中卧式铣镗床应用最为广泛，型号有T68、T611等。2、机床的运动和主要部件主要有