学习情境3.1 钻削孔加工幻灯片.ppt

,学习情境三孔加工,四、教学过程设计,一、本项目任务描述,拉臂的钻、扩、铰加工。工件的主要尺寸与技术要求如图3-1所示。,图3-1拉臂零件图,3.1.1工作任务,二、本项目教学目标,【知识目标】熟悉钻削的工艺特点及应用；能够熟练操作常用钻床；合理选择钻头类型并能够正确安装；熟悉钻套、钻模的类型并能正确使用；掌握钻孔、扩孔、铰孔加工工艺。【能力目标】能运用相关资源，查阅、收集、理解完成工作任务的信息；能使用已有信息资源制订正确的加工工艺方案；能独立使用各种资源条件完成工作任务；能对工作结果进行适当评价与改进；培养发散思维和创新的能力。【素质目标】培养学生的知识应用能力、学习能力和动手能力；培养学生团队协作能力、成员协调能力和决策能力；具备良好的沟通能力及评价自我和他人的能力；强烈的责任感和良好的工作习惯；培养节约及保护环境的意识。,重点：钻头类型的选择及安装；钻套、钻模的使用；钻削加工工艺；难点：钻削加工工艺；制定钻削加工孔加工过程。,三、重点、难点,四、教学过程设计,钻削加工是粗加工孔时的一种重要成形方法，主要是指在钻床上完成的钻孔、扩孔、铰孔等切削工作。3.1.3.1知识链接1钻削加工概述因为钻孔时，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。其特点概况如下：（1）容易产生“引偏”“引偏”是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆以及孔的轴线歪斜，如图3-2所示。,图3-2钻孔引偏,钻孔时产生引偏，主要原因有以下几方面：麻花钻直径和长度受所加工孔的限制，一般呈细长状，刚性较差。为形成切屑刃和容纳切屑，必须做出两条较深的螺旋槽，致使钻心变细，进一步削弱了钻头的刚性。为减少导向部分与已加工孔壁的摩擦，钻头仅有两条很窄的棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。钻头横刃处的前角具有很大的负值，切削条件极差，而实际上不是在切削，而是在挤刮金属，加上由钻头横刃产生的轴向力很大，稍有偏斜，将产生较大的附加力矩，致使钻头弯曲。钻头的两个主切削刃，很难磨的完全对称，加上工件材料的不均匀性，钻孔时的径向力不可能完全抵消。因此，在钻削力的作用下，刚性差且导向性不好的钻头，很容易弯曲，致使钻出的孔产生“偏斜”，降低了孔的加工精度，甚至造成废品。,四、教学过程设计,在实际加工中常采用如下措施来减少引偏：预钻锥形的定心坑，如图3-3(a)所示。首先用小顶角大直径短麻花钻预先钻一个锥形坑，然后再用所需的钻头钻孔。由于预钻时钻头的刚性好，锥形坑不易偏，以后再用所需的钻头钻孔时，这个坑就可以起定心作用。用钻套为钻头导向，如图3-3(b）所示。此方法可以减少钻孔开始时的“引偏”，特别是在斜面或者曲面上钻孔时，更为重要。刃磨时，尽量把钻头的两个主切削刃磨得对称一致，使两主切削刃的径向切削力相互抵消，从而减少钻头的“引偏”。,四、教学过程设计,（2）排屑困难钻削时，切屑较宽，容屑槽的尺寸又受到限制，切屑与工件表面产生较大摩擦，刮伤已加工表面，并且可能阻塞在容屑槽中，卡死钻头。因此，排屑问题是钻削时需要首先解决的问题，为了改善排屑条件，可在钻头上磨出分屑槽（如图3-4所示），将宽的切屑分成窄条，以利于排屑。当钻深孔（L/D5)时，应该采用合适的深孔钻进行加工。,图3-3减少引偏的措施,图3-4分屑槽,四、教学过程设计,（3）切削热不易传散钻削是一种半封闭式的切削形式，钻削时所产生的热量大部分被工件吸收。例如用标准麻花钻，不加切削液钻钢料时，工件吸收的热量约占52.5%，钻头约占14.5%，切屑约占28%，而介质仅占5左右。切削时，大量高温切屑不能及时的排出，切削液难以注人切削区，切屑、刀具与工件之间的摩擦力很大。因此，切削温度较高，致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生产率的提高。,四、教学过程设计,3.1.3.2知识链接2钻削工艺装备,钻削过程中一般需要用到钻床、钻头以及导向和固定装置。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。,四、教学过程设计,（1）台式钻床单件和小批量生产中，中小型工件上的小孔（直径小于13mm）常用台式钻床加工，如图3-5所示。台钻的进给运动由手转动进给手柄，使主轴轴向移动来实现，主轴下端有锥孔，用来安装钻夹头。,图3-5台式钻床,（2）立式钻床中小型工件上直径较大的孔（直径小于50mm）常用立式钻床加工，如图3-6所示。立式钻床的规格用最大钻孔直径表示，常用的有25mm、35mm、40mm等几种。,图3-6立式钻床,立式钻床主要由底座、立柱、主轴、工作台和电动机组成。立式钻床的主轴位置在水平方向相对于工作台是固定的，为了使钻头与工件上孔的中心重合，必须移动工件，因此操作不便，生产率不高，常用于小型工件的单件、小批量加工。,四、教学过程设计,（3）摇臂钻床大中型工件上的孔通常采用摇臂钻床加工，如图3-7所示。摇臂钻床主要由底座、工作台、立柱、主轴箱和主轴组成。摇臂钻床可以调整主轴的位置，使刀具对准工件上被加工孔的中心，尤其是加工同一工件上的组孔时更加方便，不需要移动工件，如果工件较大，还可移走工作台，将工件直接安装在底座上。因此摇臂钻床适用于各种批量的大、中型工件和多孔工件的加工。,图3-7摇臂钻床,四、教学过程设计,2钻头在钻床上用来钻孔的刀具称为钻头，钻头的种类繁多，常用的钻头有麻花钻、精孔钻、斜面钻等。（1）麻花钻麻花钻是最常用的钻头，其结构如图3-8所示。,图3-8麻花钻的结构,四、教学过程设计,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。锥柄的扁尾既可传递较大扭矩，又可避免钻头在主轴锥孔或钻套中转动，并便于拆卸钻头。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2为118士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。,四、教学过程设计,图3-9钻夹头,麻花钻头在安装时，直柄麻花钻一般用钻夹头装夹，如图3-9所示。钻夹头的锥柄安装在钻床主轴锥孔中，麻花钻的直柄装夹在钻夹头的三个能自动定中心的夹爪中,四、教学过程设计,锥柄麻花钻一般用过渡套筒安装，如图3-10所示。如用一个过渡套仍无法与主轴锥孔配合，还可以用两个或多个套筒作过渡连接。套筒上端接近扁尾处的长方形横孔，是卸钻头时打入楔铁用的。若钻头锥柄尺寸合适，也可直接安装在钻床主轴的锥孔中。,图3-10用过渡套安装钻头,四、教学过程设计,（2）精孔钻钻削直径为2-16mm的内孔时，可将钻头修磨成图3-11所示的几何形状，使其具有较长的修光刃和较大的后角，刃口十分锋利，类似铰刀的刃口和较大的容屑槽，可进行钻孔和扩孔，使孔获得较高的加工精度和表面质量。,图3-11精孔钻,四、教学过程设计,（3）半孔钻工件上原来就有的圆孔，要扩孔成腰形孔，若采用一般的钻头进行钻削，会产生严重的偏斜现象，甚至无法钻削加工。这时可将钻头的钻心修整成凹形，如图3-12所示，突出两个外刃尖，以低速手动进给，即可钻削。,图3-12半孔钻,四、教学过程设计,（4）斜面钻在斜面上钻孔时，若采用一般几何形状的麻花钻，在钻头切削刃的径向力的作用下，容易使钻头的轴线偏斜，很难保证孔的正确位置。若采用图3-13所示的钻头，先有类似中心钻尖的钻头钻入工件，起定心作用，然后由钻头两外刃进行钻削。为了减小外侧刃的径向切削分力，使钻孔质量得到保证，在入刀和出刀时，要慢点进刀。,图3-13斜面钻,四、教学过程设计,（5）群钻由于麻花钻有轴向力大、钻尖易烧损等缺陷，我国经过多年的实践，通过修磨的方法，发明了一种先进的钻头，这就是群钻，如图3-14所示，其特点可用下面四句话概括：三尖七刀锐当先，月牙弧槽分两边。一侧外刃开屑槽，横刃磨低窄又尖。对于不同的加工条件和加工材料，群钻有各种结构形式，其几何参数已经标准化。,图3-14群钻,四、教学过程设计,3钻套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。钻套按结构和使用情况，可分为以下4种类型。（1）固定钻套：如图3-15（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。（2）可换钻套：如图3-15(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。（3）快换钻套：如图3-15(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。,四、教学过程设计,图3-15标准钻套,四、教学过程设计,（4）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，图3-16所示为几种特殊钻套结构。如图3-16（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。如图3-16（b）所示为斜面钻套，用于在斜面或圆弧面上钻孔，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。如图3-16（c）所示为小孔距钻套，用圆销确定钻套位置。如图3-16（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。,图3-16特殊钻套,四、教学过程设计,4.钻模一般由钻套和钻模板组成。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：如图3-17所示，钻模直接固定在夹具体上。钻模板与夹具体的连接可以用销钉对定、螺钉紧固，对于简单的钻模也可采用整体铸造或焊接结构。由于钻套的位置固定，所以其加工孔的位置精度较高，但有时装卸工件较不方便。常用于在立式钻床上加工较大的单孔或者在摇臂钻床上加工平行孔系。,图3-17固定式钻模,四、教学过程设计,（2）盖板式钻模：这类钻模没有夹具体，钻模板上除钻套外，一般还装有定位元件和夹紧装置，只要将它覆盖在工件上即可加工，如图3-18所示,图3-18盖板式钻模,四、教学过程设计,3.1.3.3知识链接3钻孔加工工艺,1工件的安装小型工件通常用虎钳或平口钳装夹；较大的工件可用压板螺栓直接安装在工作台上；在圆柱形工件上钻孔可放在v形铁上进行，如图3-19所示。,图3-19钻孔时工件的安装,钻孔前需要对工件进行固定，孔的位置和要求不同，使用的方法不同。,四、教学过程设计,2钻孔的方法孔的类型有很多种，对于不同的孔，所使用的钻孔方法也不同。下面将介绍几种常见的孔的钻削方法。（1）钻通孔如图3-20所示是在轴1端头钻偏心通孔的方法。用两个v形块3将轴1调好偏心，将一个夹具2的一端接触台面，在一端钻孔。然后将轴1和夹具2一起转180，仍使夹具2原来与台面接触的角部接触台面，即可在另一端钻出位于一条线上的通孔。,图3-20钻偏心通孔,1一轴；2夹具；3-V形块,四、教学过程设计,如图3-21所示是用销子定位钻大件通孔的方法。如果孔太深，不能在工件4一边钻通时，可按划线钻进一半以上的孔1后，将工件撤出，在其他一切条件不变的情况下，钻头3继续向下在垫板5上钻个孔，在孔内插人一个滑配销子2，将工件反过来，将所钻的半孔插到销子2上，则钻头在另一边钻的孔可保证与先前钻的半孔位于同一条直线上。,3-21钻大件通孔,1孔；2一滑配销子；3一钻头f4一工件；5一垫板,四、教学过程设计,（2）轴上钻横孔的方法如图3-22所示是在两个直径不同的轴上同时钻横孔的方法。对两个直径大小不同而要求钻通过圆心的通孔时，可将小轴放在V形块上后，两边各放上一块厚度经过计算的垫板2，再放上与垫板相切的大轴1，夹紧后一次钻出通孔。,图3-22同时钻横孔,1一大轴；2一垫板,四、教学过程设计,如图3-23所示是轴件钻横孔装置。要求通过轴线钻横孔的轴件5，用夹具4紧固在有V形槽的底座1上。与V形槽配合的锥块2上用螺钉和销子固定一个小V形块3，用其校准钻头位置后，将锥块2后撤，对轴件钻孔。还可以在锥块2上固定一个上下可调节的钻套，钻头通过钻套钻孔。,1-底座；2-锥块；3-小V形块；4-夹具；5-轴件,图3-23轴件钻横孔,四、教学过程设计,（3）曲面上钻孔工艺如图3-24所示是在曲板上自动钻孔的方法。飞行器薄板只有在骨架上才能更准确地一起钻孔。图示是上机械手3按程序将钻孔装置自动送到曲板1上后，开启小电动机2将钻具下行，待钻头接触板面时，开动电动机4钻孔。如图3-25所示在球上钻孔的方法。将一个螺纹管接头1的端头车平，加工出倒角，拧入插座4上。将球2放在倒角口上，拧螺纹盖3将其紧固后，钻头通过盖3的导孔对球钻孔。产量大时，在盖上加个钻套。在管1内加个厚壁衬套，可对小直径球钻孔。,图3-24曲板钻孔,1-曲板；2-小电动机；3-上机械手；4-电动机,图3-25球上钻孔,1-螺纹管接头；2-球；3-螺纹盖；4-插座,四、教学过程设计,（4）钻深孔的加工方法当切削孔的深度与直径之比大于5时称为深孔钻削。直径大的深孔钻，为了便于控制冷却液的循环和出屑，特别是对称的工件，一般是钻头不动，用转动的工件进行加工。如图3-26所示，钻头2不动，工件4转动的深孔钻，冷却液在压力下从钻杆内孔1进人，从钻头溢出后，连同钻屑3从钻杆向外排出。,图3-26钻深孔,1一钻杆内孔；2一钻头；3一钻屑；4一工件,四、教学过程设计,钻削速度v是指钻头最外缘处的线速度，即v=d0n/1000(m/s或m/min)式中d0钻头直径（mm)；n钻头转度（r/s或r/min）。钻头每转一转，钻头轴向移动的距离称为每转的进给量f(mm/r)；而钻头每转过一个刀刃时，钻头的轴向位移称每齿进给量fz(mm/Z)。每个刀刃和工件的接触长度称为背吃刀量ap(mm)，即ap=do/2(mm)。,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，如图3-27所示。,图3-27钻削用量,四、教学过程设计,3.1.3.4知识链接4扩孔、铰孔加工工艺,使用钻削加工出来的孔，一般精度不高，粗糙度也达不到要求，这时常需要用扩孔和铰孔的方法提高其精度。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。扩孔的原理如图3-28所示，扩孔钻的结构如图3-29所示。,图3-28扩孔原理图3-29扩孔钻的结构,四、教学过程设计,直径315mm的扩孔钻做成整体带柄式，直径25100mm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。扩孔的质量比钻孔高，一般尺寸精度可达IT10IT7，表面粗糙度Ra值为6.33.2m。扩孔的加工余量为0.54mm，比钻孔时小得多，因此扩孔钻的结构和切削情况比钻孔时要好。扩孔钻与麻花钻在结构上相比有以下特点:（1）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。（2）导向性较好。由于容屑槽浅而窄，可在刀体上做出34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。（3）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。,四、教学过程设计,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IT8IT6，表面粗糙度Ra为1.60.4m。铰孔所用的刀具叫铰刀，铰刀可分为手铰刀和机铰刀。手铰刀如图3-30（a）所示，用于手工铰孔，柄部为直柄；机铰刀如图3-30（b）所示，多为锥柄，装在钻床上或车床上进行铰孔。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。,（a）手铰刀（b）机铰刀,图3-30铰刀,四、教学过程设计,铰刀铰孔的工艺特点如下:铰孔余量小。粗铰为0.150.35mm；精铰为0.050.15mm。切削力较小，零件的受力变形小。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。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）。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。铰孔时的注意事项有以下几点: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。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。机铰时要选择较低的切削速度、较大的进给量。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。,四、教学过程设计,零件加工工艺过程：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。为了使8+0.070mm二连孔在钻削时钻