05第五章 钻削、镗削、铰削与拉削.doc

5-36一、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。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0.011000mm，加工精度可达到IT13IT5，表面粗糙度Ra12.50.006m；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IT13IT12Ra12.56.3m扩孔IT12IT10Ra6.33.2m钻削可以在各种钻床上进行，也可以在车床、铣床、镗床和组合机床、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。适合于加工单件或小批量的中小型工件加工，钻孔直径为1680mm，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25125mm，如Z3040、Z3050A等。3、钻削加工中心一般以钻孔、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0.180mm，加工精度为IT12左右，表面粗糙度在Ra12.56.3m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。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0.260mm，硬度在5862HRC。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螺旋角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。顶角2顶角大，钻头强度增大；标准麻花钻2=118；加工钢、铸铁、硬青铜时，2=116120；加工硬铸铁、不锈钢、耐热钢时，2=120150。刃倾角SX和端面刃倾角tx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。主偏角r每一点上的主偏角也不相同，越靠近外缘处越大。前角OX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。后角fx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。横刃角度标准麻花钻的横刃斜角=5055。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、钻削要素切削速度C：钻头外缘处的线速度进给量：每转进给量f，每齿进给量fz，进给速度f；f=nf=znfz。背吃刀量p：切削厚度hD和切削宽度bD： 切削面积AD： 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。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。 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。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？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34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34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510以上的孔称为深孔。直径比在20以下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：刀具细长，刚性很差排屑困难冷却、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：切削刃不对称；加工面不平；钻头横刃过长；钻头与夹具间隙过大；设计或工序不合理。（2）采取措施：预加工孔端面；尽量工件回转；先钻中心孔；适当小的进给量；切削刃修磨对称；修磨横刃；调整机床；选用合适钻套；钻深孔时用支承架。2、钻头的崩刃和折断（1）产生原因：进给量、进给力变化大；切屑缠绕或堵塞；堵塞冷却不充分；磨损过大；夹持不稳定；孔将钻通时，力过大。（2）采取措施：及时修磨钻头；及时修磨横刃；改善断屑、排屑条件；采用分级进给加工；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？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、小批量生产的场合。镗孔加工精度一般为IT9IT7，表面粗糙度为Ra6.30.8um；高精度镗床可达到精度IT6，表面粗糙度为Ra1.60.8um，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后支承后立柱、工作台、镗轴、平旋盘、刀具溜板箱、前立柱、主轴箱、床身、滑座等。后立柱、工作台可沿导轨作纵向移动（Y轴）；主轴箱、主轴沿前立柱导轨作垂直移动（Z轴）；工作台在下滑座上作横向移动（X轴）和360回转；后支承在后立柱上还能作垂直移动（Z轴）。主轴箱内有主运动和进给运动的变速机构和操纵机构。卧式铣镗床的主运动有：镗轴和平旋盘的回转运动。卧式铣镗床的进给运动有：镗轴的轴向进给运动，平旋盘溜板的径向进给运动，主轴箱的垂直进给运动，工作台的纵向和横向进给运动。卧式铣镗床的辅助运动有：工作台的转位，后立柱纵向调位，后支承架的垂直方向调位，主轴箱沿垂直方向和工作台沿纵、横方向的快速调位运动。3、卧式铣镗床上的典型加工功能各种轴向移动进行孔加工（a、b、d、f），加工端面（c、e），加工螺纹（g、h）。若被加工零件形状复杂、加工精度要求很高在卧式铣镗床上加工，难度较大，此时可在数控加工中心上加工。三、常用镗刀1、概述镗刀是指在镗床、车床、铣床、组合机床以及加工中心上用以镗孔的刀具，类似外圆车刀。具有以下特点：镗刀和镗杆有足够的刚度夹持牢固、装卸方便、便于调整可靠的断屑、排屑条件。镗刀按切削刃数量可分为：单刃、双刃、多刃刀具；按加工表面可分为：内孔、端面刀具；按结构可分为：整体式、装配式、可调式刀具。2、常用镗刀的类型、结构和特点单刃镗刀：最简单一种镗刀；大多是可调式结构。 双刃镗刀：一对对称刀刃；可以消除背向力对镗杆的影响，但刀具刃磨次数有限；采用浮动结构。精度可达到IT7IT6，表面粗糙度为Ra1.60.4um。多刃镗刀：多刀刃刀具；适用于大批量加工；修磨麻烦；也可采用复合式镗刀。微调镗刀：结构简单，刚性好，调整方便，可达到0.01mm的调整量。3、镗床辅具用以连接刀具与机床的工具。镗床上主要用的是刀杆和镗杆。（1）刀杆一般与镗床主轴刚性连接，用于进行悬伸镗削。刀杆分A型、B型二种；A型径向装刀，B型斜向装刀；刀杆直径范围为2090mm，最大悬伸长度不超过260mm。（2）镗杆一般较长，需与镗模（镗套）配合使用，故一般为专用辅具。与镗床主轴连接多采用浮动连接。三、新课小结本节主要是使学生了解镗床的基本知识；掌握卧式镗床的结构、功能；掌握常用镗刀及辅具的结构和特点。四、布置作业1、镗床有哪些部件构成？有哪些运动？2、简述常见镗刀的类型、结构和特点。一、引入1、镗床有哪些部件构成？有哪些运动？2、简述常见镗刀的类型、结构和特点。二、讲授新课第三节 铰削一、概述铰孔是用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小其表面粗糙度值的半精加工或精加工方法。其加工精度一般可达到IT9IT6，表面粗糙度为Ra1.60.4um；可以加工圆柱孔或圆锥孔、通孔或盲孔；可以在钻床、镗床、车床、组合机床、数控机床、加工中心等多种机床上进行，也可用手工进行铰削；加工孔直径小至1，大至100；因此铰削是一种应用非常广泛的孔加工方法。二、铰刀1、铰刀的组成部分和类型铰刀的组成部分：由工作部分、颈部和柄部组成。工作部分还分为切削部分和校准部分。切削部分由导锥和切削锥构成，导锥起引导作用，切削锥起切削作用；机用铰刀导锥也起切削作用。校准部分分为圆柱和倒锥部分，圆柱圆柱部分起导向、校准和修光作用，倒锥主要减少与孔壁的摩擦和防止孔径扩大作用。颈部、柄部作用与麻花钻相同。常用铰刀的类型铰刀一般分为手用铰刀和机用铰刀。手用铰刀又分整体式与可调式；机用铰刀又可分带柄式和套式，又分为直柄和锥柄。材料有高速钢和硬质合金；高速钢切削部分用W18Cr4V（W18）和W6Mo5Cr4V2（M2）；硬质合金刀片可采用焊接式、镶齿式和机夹可转位式。特殊用途的有硬质合金枪铰刀、拉铰刀、硬质合金镗铰刀、金刚石铰刀等。2、铰刀主要结构要素对铰削过程的影响直径与公差：主要体现在校准部分的直径。确保加工孔的直径和公差；同时要考虑使用时应有足够的磨损储备量。齿数：齿数取决于孔径的尺寸；孔径大齿数多，孔径小齿数少。齿多工作稳定，导向好，孔质量高，但刀具的要求就高；齿数少，刀具强度好。为了便于测量铰刀直径，齿数一般取偶数。齿槽方向：有直槽和螺旋槽两种。直槽制造、刃磨和检验都比较简单，应用广泛；螺旋槽切削平稳，排屑性能好，刀具耐用度高，铰削质量好；螺旋槽分为右旋和左旋，右旋主要能加工盲孔，左旋为常用；螺旋角取决于工件材料，铸铁、硬钢取=78，一般材料取=1220，铝等取=35。3、铰刀切削部分的几何角度主偏角r：其大小要取决于加工条件和工件材料。手用铰刀一般取1左右；机用加工钢材取r=1215，盲孔取r=45，铸铁取r=35；加工盲孔时都不能取小值。前角p：一般取零度；校准部分取p=4。后角p和刃带宽度ba1：一般后角取p=610，校准部分刃口上有ba1=0.10.5mm；为了减少与孔壁之间摩擦，刃带宽度不宜太大，一般铰刀直径do大则ba1也大，do小则ba1也小。刃倾角s：一般磨出与轴线倾斜成1520的负刃倾角s。三、铰孔质量分析1、孔径的扩大与收缩一般采用以下措施：取合理的切削速度，钢材c=1.55m/min提高铰刀刃磨质量及时修磨铰刀及时消除机床、刀具、夹具等误差铰刀与机床采用浮动连接。2、刀齿的崩刃主要原因：铰削量过大工件材料硬度过高容屑槽过小或排屑不畅主偏角过小刀具磨损超过磨纯标准。采取措施：合理确定铰削加工余量较硬材料采用负前角减少铰刀齿数增大主偏角及时刃磨铰刀进行充分冷却和润滑。3、孔的表面粗糙度过大主要原因：铰削余量过大或过小过小的进给量和过小的主偏角切削速度过高切屑堵塞刀具磨损超过磨纯标准预制孔精度低、表面质量低。采取措施：合理铰削余量合理的切削速度和