机械制造技术4

第6章钻削、铰削与镗削加工

内孔表面也是零件上的主要表面之一，根据零件在机械产品中的作用不同，不同结构的内孔有不同的精度和表面质量要求。按照孔与其他零件的相对连接关系的不同，可分为配合孔与非配合孔；按其几何特征的不同，可分为通孔、盲孔、阶梯孔、锥孔等；按其几何形状不同，可分为圆孔，非圆孔等。由于孔加工是对零件内表面的加工，对加工过程的观察、控制困难，加工难度要比外圆表面等开放型表面的加工大得多。孔的加工过程主要有以下几个方面的特点：1）孔加工刀具多为定尺寸刀具，如钻头、铰刀等，刀具磨损造成的形状和尺寸的变化会直接影响被加工孔的精度。2）由于受被加工孔尺寸的限制，切削速度很难提高，影响加工生产率和加工表面质量。3）刀具的结构受孔尺寸的直径和长度的限制，刚性较差。4）孔加工时，刀具一般是在半封闭的空间工伯，切屑排除困难；冷却液难以进入加工区域，散热条件不好。钻削：一般精度为IT3～IT10，表面粗糙度值为Ra=20～10um铰削：一般精度为IT8～IT6，表面粗糙度值为Ra=1.6～0.4um镗削：一般精度为IT8～IT7，表面粗糙度值为Ra=6.3～0.8um §6-1钻头和钻削加工

孔加工刀具按其用途一般分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具；另一类是对已有孔进行再加工的刀具。 一、麻花钻的结构

麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。一般用于孔的粗加工（IT11以下精度及表面粗糙度Ra25—6.3um），也可用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。1、麻花钻的构造

标准麻花钻由3个部分组成：工作部份、柄部、颈部尾部是钻头的夹持部分，用于与机床联接，并传递扭矩和轴向力。按麻花钻直径的大小，分为直柄（小直径）和锥柄（大直径）两种。

颈部是工作部分和尾部间的过渡部分，供磨削时砂轮退刀和打印标记用。小直径的直柄钻头没有颈部。

工作部分是钻头的主要部分，前端为切削部分，承担主要的切削工作；后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。2、麻花钻的主要几何参数

螺旋角：钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线间的夹角为钻头的螺旋角。较大的螺旋角，使钻头的前角增大，故切削扭矩和轴向力减小，切削轻快，排屑也较容易。但是螺旋角过大，会削弱钻头的强度和散热条件，使钻头的磨损加剧。标准麻花钻的=18°—30°，小直径钻头值较小。

顶角2和主偏角κr：钻头的顶角（即锋角）为两主切削刃在与其平行的轴向平面上投影之间的夹角。标准麻花钻的2=118°，此时的主切削刃是直线。

钻头的顶角2直接决定了主偏角κr的大小，且顶角之半在数值上与主偏角κr很接近。顶角越小，切削刃长度增加，单位切削刃长度上负荷降低，刀尖角r增大，改善了散热条件，提高了钻头的耐用度。同时，轴向力减小。但切屑变薄，切屑平均变形增加，故使扭矩增大。

前角：钻头的前角是在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。对于标准麻花钻，前角由30°逐渐变为-30°，故靠近中心处的切削条件很差。

后角f：钻头的后角是在假定工作平面（即以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面）内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角。

考虑到进给运动对工作后角的影响，同时为了补偿前角的变化，使刀刃各点的楔角较为合理，并改善横刃的切削条件，麻花钻的后角刃磨时应由外缘处向钻心逐渐增大。

横刃角度——横刃是两个后刀面的交线，其长度为bψ。横刃角度包括横刃斜角ψ，横刃前角γoψ和横刃后角αoψ。横刃斜角ψ为在钻头端平面内投影的横刃与主切削刃之间的夹角，它是刃磨后刀面时形成的。

由于标准麻花钻在结构上存在着很多问题，在使用时常常进行修磨，以改变标准麻花钻切削部分的几何形状，改善其切削条件，提高钻头的切削性能。二、钻削过程特点及钻削用量1、钻削过程特点 刀具刚性差，排屑困难，切削热不易排出2、钻削用量（1）钻削深度ap它是钻头的半径

（2）进给量f和每刃进给量af钻头（或工件）每转一转，钻头在进给方向相对于工件的位移量称进给量f(mm/r)。由于麻花钻有两个刀齿（即Z=2），故每个刀齿的进给量为af=f/2(mm/z)（3）钻削速度Vc钻削速度指钻头外径处的主运动线速度（m/min）三、其他钻头1、群钻：三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃开屑槽，横刃磨得低窄尖2、可转位浅孔钻3、错齿内排屑深孔钻4、单刃外排屑深孔钻（枪钻）5、喷吸钻四、扩孔钻

扩孔钻是用于对已钻孔进一步加工,以提高孔的加工质量的刀具,其加工精度可达IT10—IT11,表面粗糙度可达Ra6.3—3.2。

扩孔钻的刀齿比较多,一般有3—4个,故导向性好,切削平稳,由于扩孔余量较小,容屑槽较浅，刀体强度和刚性较好；

扩孔钻的主要类型有两种，即整体式扩孔钻和套式扩孔钻，其中套式扩孔钻适用于大直径孔的扩孔加工。§6-2铰刀和铰削加工铰孔之前，被加工孔一般需经过钻孔或经过钻、扩孔加工。一、铰削过程特点1、铰刀的结构

铰刀用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。铰刀齿数多（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，加上切削过程中的挤压作用，所以能获得较高的加工精度（IT6—IT8）和较好的表面质量（Ra1.6—Ra0.4um）。铰刀分为手用铰刀和机用铰刀两类。手用铰刀又分为整体式和可调式，机用铰刀分带柄的和套式。加工锥孔用的铰刀称为锥度铰刀。铰刀的基本结构如图所示

它由柄部、颈部和工作部分组成，工作部分包括切削部分和校准部分，切削部分用于切除加工余量；校准部分起导向、校准与修光作用。铰刀切削部分呈锥行，其锥角2κr的大小主要影响被加工孔的质量和铰削时轴向力的大小。对于手用铰刀，为了减小轴向力，提高导向性，一般取κr=30´—1°30´；对于机用铰刀，为提高切削效率，一般加工钢件时，κr=12°—15°；加工铸铁件时，κr=3°—5°；加工盲孔时，κr=45°。由于铰削余量很小，切屑很薄，故铰刀的前角作用不大，为了制造和刃磨方便，一般取=0°。铰刀的切削部分为尖齿，后角一般为=6°—10°。而校准部分应留有宽0.2—0.4mm、后角=0°的棱边，以保证铰刀有良好的导向与修光作用。2、铰削过程特点

铰刀的直径是指铰刀圆柱校准部分的刀齿直径，它直接影响到被加工孔的尺寸精度、铰刀的制造成本及使用寿命。 （1）铰削的加工余量一般小于0.1mm，铰刀的主偏角Kr一般小于45度，因此铰削时切削厚度ac很小，约0.01~0.03mm。 （2）铰削过程所采用的切削速度一般都较低，因而切削变形较大。 （3）在切削液润滑作用下，切削刃的钝圆部分只在加工表面上润滑，使工件表面受到熨压作用，熨压后已加工表面发生弹性恢复。

铰孔时，应根据工件材料、结构和铰削余量的大小，综合分析决定切削液的使用。二、铰刀的结构参数1、直径及公差铰刀是定尺寸刀具，直径及其公差的选取主要取决于被加工孔的直径及其精度。同时，也要考虑铰刀的使用寿命和制造成本。

铰刀的公称直径是指校准部份的圆柱部份直径，它应等于被加工孔的基本尺寸，而其公差则与被铰削孔的公差、铰刀的制造公差、铰刀磨耗量和铰削过程中孔径的变形性质有关。 （1）加工后孔径扩大 铰孔时，由于机床主轴间隙产生的径向圆跳动、铰刀刀齿的径向圆跳动、铰孔余量不均匀而引起的颤动、铰刀的安装偏差、切削液和积屑瘤等因素的影响，会使孔径扩大。 （2）加工后孔径缩小 铰削力较大或工件孔壁较薄时，由于工件的弹性变形或热变形的恢复，铰孔后孔径常会缩小。2、齿数Z及槽形

铰刀的齿数一般为4~12个齿。齿数多，则导向性好，刀齿负荷轻，铰孔质量高，但齿数过多，会降低铰刀刀齿强度和减小容屑空间，故通常根据直径和工件材料性质选取铰刀齿数。

铰刀的齿楼槽形式有泡直线型、份折线型和牙圆弧型三广种。铰刀的齿透槽方向有弄直槽和螺岛旋槽两种吵。§6-3从镗刀图和镗削加标工一、镗削加袍工的特现点1、可以瞒加工机座逮、箱体、斑支架等外聪形复杂的食大型零件考上的直径甚较大的孔鞋，特别是辟有位置精面度要求的徐孔和孔系蜻。2、镗秘削加工楼灵活性愉大，适期应性强树。在镗伞床上除裂加工孔司和孔系散外，还渔可以车爪外圆、混车端面先、铣平运面。镗非孔可以肠较正孔中的位置买。镗孔萌可在镗每床上或兼车床上崇进行。夫在镗床惹上镗孔膀时，镗挨刀基本涝与车刀贡相同，乡丰不同之夹处是工心件不动醒，镗刀傻在旋转省。镗孔拜加工精全度一般宗为IT纳9—I亡T7，芝表面粗滤糙度为创Ra6胞.3—孤0.8访mm。3、镗湾削加工凑操作技台术要求班高，生宴产率低疾。二、镗刀勇的类型及虽应用按切削还刃数量清可分为兵单刃镗裳刀、双咸刃镗刀红和多刃百镗刀。概按工件绝的加工克表面可烧分为通弟孔镗刀暖、盲孔劲镗刀、根阶梯孔晶镗刀和程端面镗姨刀。按航刀具结兵构可分甲为整体屈式、装谅配式和攀可调式汗。a.单秤刃镗刀b.多僚刃镗刀柱:①两赠端都有柳切削刃弯,工作割时可消全除径向锯力对镗刻杆的影蜘响,工班件的孔弊径尺寸让与精度谊由镗刀唉径向尺霉寸保证烤.②多匀采用浮迷动连接肺结构,录可减少霸镗刀块矩安装误闪差及镗寺杆径向启跳动所吨引起的谅加工误堵差.③员孔的加册工精度妨可达I傻T6-固IT7删,Ra裕达0.绑8μm汁.§6-4度镗床桂和钻床一、镗床1、应暗用：镗若床是一据种主要束用镗刀邪在工件豪上加工躁孔的机氏床。通导常用于瓜加工尺摧寸较大汉，精度迎要求较咸高的孔门，特别经是分布雄在不同桥表面上积，孔距雷和位置覆精度要果求较高恐的孔。衰如箱体剧上的孔柄，还可昂以进行辜铣削，份钻孔，头扩孔，尺铰孔等融工作。2、镗策削特点赔:刀具扶结构简警单,通物用性达配,可粗逝加工也叔可半精跌加工和秀精加工无,适用云批量较仪小的加渗工，镗乌孔质量沫取决于射机床精谣度.3.运新动分析督：主运考动为镗剃刀的旋续转运动化，进给张运动为捕镗刀或液工件的绝移动。4.分类栋：a.卧式远镗床b.坐铸标镗床穴：是一甚种高精辰度的机员床。主愤要特点抹：具有衫坐标位顷置的精箭密测量哈装置。c.金刚睁镗床：一介种高速精垂密镗床。貌主要特点带：vc很派高，ap塌和f很小派，加工精斧度可达I咏T5--尼IT6.纺Ra达0宁.63-尸-0.0进8μm二、钻床1、应装用：钻絮床是用颜钻头在饿工件上招加工孔壳的机床肠。通常突用于加飞工尺寸慎较小，驼精度要馒求不太计高的孔们。可完废成钻孔兵，扩孔乒，铰孔却及攻螺惨纹等工叨作。2、运动主分析：工抱件固定，牧刀具作旋搭转主运动塌，同时沿倘轴向作进征给运动。3、钻床榜的主参数粉：最大钻叛孔直径4、分类厚：a.立届式钻床灭：适用威于中小各工件的俗单件，落小批量如生产b.摇榜臂钻床游：适用址于加工泄一些大亡而重的伶工件上售的孔（挥工件不换动，移远动主轴切）c.台式烤钻床：小翠型钻床，心常安装在坦台桌上，部用来加工炒直径<1缺2mm的絮孔。d.深孔津钻床及其祸他钻床5、钻削场特点：刀搭具刚性差双，排屑困胶难，切削罢热不易排欲出§6-5巾钻削面夹具和镗验床夹具一、钻落削夹具组成：枕钻套、槽钻模板温、定位披元件、眯夹紧装驱置、夹执具体等（1）扇钻模的宵主要类禾型1）固定胀式钻模—赢—加工孔浸精度高2）回转休式钻模—雷—围绕某龄一轴线分厨布的轴向犬或径向孔水系3）移连动式钻皇模——恨钻工件械同一表采面上的僻多孔，染孔径≤沾10m糊m4）翻转师式钻模—造—加工小窗工件不同介表面上的也孔，重≤黄100N5）盖板庄式钻模—法—无夹具刊体，结构皇简单，轻覆便，大件券上孔加工册，夹具重贤≤100泪N。6）滑柱蜻式钻模—灯—通用可凭调夹具，域结构简单尺、方便、变制造周期沾短，应用堤广（2）钻筹套及钻模愉板1）钻套羡——引导郑刀具——片保证位置锦精度，提旱高系统刚热度分为：建标准钻括套——嘴固定钻障套、可惰换钻套四和快换依钻套特殊钻套生——小孔地距钻套、装加长钻套竞、斜面钻摄套钻套高辽度H—僚—大，恨导向好歇，刀具股刚度提姑高，精存度高，反但磨损丢加剧H=(登1～2叶.5)阵d排屑空闹间h—狭—大，锋排屑方舌便，导艳向性能诞差，精烂度降低铸铁方h=(隔0.3酿～0.在7)d渗；钢帖件h嘉=(0鸟.7～化1.5膀)d；择要求什高h甩=02）钻耳模板—朋—安装薄钻套，猴确保钻眯套正确番位置①固定式客钻模板—衬—连体式父、装配式贤或焊接式汪——结构鼠简单，精耐度高②铰链多式钻模修板——验间隙，朴精度较拔低——泊工件装携卸方便③分离距式钻模卖板——倘可拆卸室的，费傲事，精固度低（3）分慈度装置—助—按一定说角度或一陶定距离加伍工一组表起面组成：奏固定部抛分、可遇动部分确、分度枪对定机胖构、锁期紧机构分度方瘦式：回思转分度牵、直线赏移动分骡度1）分肠度对定赢机构—绝—组成认：分度继盘和对垫定销轴向分冰度——申结构紧蹲凑，应盖用广径向分桥度——暑转角误村差小—盏—分度锻精度高2）分度四盘和分度码销①分度盘赖——轴向店开孔，或芒径向开槽圆孔—败—圆销档；圆孔议——菱若销；锥诉孔——颜锥销；圆孔—跃—斜面傻圆销；罚钢珠—悄—小锥途穴矩形槽盘欠；单斜面甜槽盘；双第斜面槽盘像；齿形槽搜盘②对定销西——手动沟、机动、再自动常用机常构：钢哑球对定再机构、假手动直递拉式对饲定销、边齿轮齿泳