机械制造技术基础第12讲

第三节孔加工一、钻孔与扩孔1.钻孔麻花钻头有两条主切削刃，两条副切削刃和一条横刃，如图3-30所示。图3-30麻花钻的切削部分螺旋槽表面为钻头的前刀面，切削部分顶端的锥图3-30麻花钻的切削部分曲面为主后刀面，刃带为副后刀面，横刃是两主后刀面的交线。导向部分有两条对称的螺旋槽和刃带，螺旋槽用来形成切削刃和前角，并起排屑和输送冷却液的作用。刃带起导向和修光孔壁的作用，其倒锥以减小钻头与孔壁的摩擦。钻头的柄部是用于与机床主轴联接、传递扭矩和轴向力。麻花钻的主要几何角度有顶角2

、前角

o、后角

f、横刃斜角

和螺旋角

，如图3-31所示。图3-31标准麻花钻的几何角度钻头的弯曲刚度和扭转刚度较低，定心性不好，钻孔加工的精度一般只能达到IT13~IT11级；表面粗糙度Ra一般为50~12.5µm；但钻孔的金属切除率大、切削效率高。钻孔主要用于加工质量要求不高的孔。对于加工精度要求较高的孔，钻孔后还需进行扩孔、铰孔镗孔或磨孔等加工。2．扩孔扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出的孔作进一步加工以扩大孔径并提高孔的加工质量。扩孔钻与麻花钻相似，但刀齿数较多，没有横刃。图3-32扩孔图3-33扩孔钻与钻孔相比，扩孔具有下列特点：1）扩孔钻齿数多（多为3~4个齿）、导向性好，切削比较稳定；2）扩孔钻没有横刃、切削条件好；3）加工余量较小，容屑槽可以做得浅些，钻芯可以做得粗些，刀体强度和刚性较好。扩孔加工的精度一般为IT11~IT10级，表面粗糙度Ra值一般为12.5~6.3µm。扩孔常用于直径小于100mm孔的加工。在孔径较大（≥φ30mm）时，常先预钻孔，然后再扩孔，这样可提高孔的加工质量和生产效率。扩孔除了可以加工圆柱孔之外，还可以用各种特殊形状的扩孔钻（亦称锪钻）来加工各种沉头座孔和锪平端面，如图3-34所示。图3-34锪钻a）锪沉头座孔b）锪锥孔c）锪端面二、铰孔铰孔是对较小直径孔的精加工方法之一，由于其经济实用，故在生产中应用很广。1．铰刀铰刀一般分为手用铰刀及机用铰刀两种。铰刀不仅可加工圆形孔，也可用锥度铰刀加工锥孔。铰刀主要用于对中、小孔的半精加工和精加工。图3-35铰刀铰刀的结构与扩孔钻相似，有工作部分、柄部和颈部组成。工作部分又分为切削部分与校准（修光）部分。图3-36铰刀的结构铰刀齿数较多（硬质合金铰刀4~8个齿，高速钢铰刀6~12个齿），其校准部分起校准孔径、修光孔壁及导向作用。对于手用铰刀，为增加导向作用，校准部分应做得长些；对于机用铰刀，为减少摩擦，校准部分应做得短些。校准部分包括圆柱部分和倒锥部分。被加工孔的加工精度和表面粗糙度取决于圆柱部分的尺寸精度和形位精度；倒锥部分的作用是减少铰刀与孔壁的摩擦。2．铰孔的工艺特点及应用铰孔余量对铰孔质量的影响很大，余量太大，铰刀的负荷大，切削刃很快被磨钝，不易获得高的表面质量，尺寸精度也不易保证；余量太小，不能去掉上道工序留下的刀痕。一般粗铰余量取为0.15~0.35mm，精铰取为0.05~0.15mm。铰孔通常采用较低的切削速度（高速钢铰刀加工钢和铸铁时vc＜8m/min）以避免产生积屑瘤。进给量的取值与被加工孔径有关，孔径越大，进给量取值越大，高速钢铰刀加工钢和铸铁时进给量常取为0.3~1.0mm/r。铰孔时必须用适当的切削液进行冷却、润滑和清洗，以防止产生积屑瘤并减少切屑在铰刀和孔壁上的粘附。铰孔比磨孔和镗孔生产率高，容易保证孔的尺寸精度；但铰孔不能校正孔轴线的位置误差，孔的位置精度应由前工序保证。铰孔尺寸精度一般为IT9~IT7级，表面粗糙度值Ra一般为3.2~0.8µm。铰孔不宜加工阶梯孔和盲孔。对于中等尺寸，精度要求较高（IT7级左右）的孔，钻—扩—铰工艺是生产中常用的典型加工方案。四、珩磨孔1．珩磨原理及珩磨头图3-41珩磨原理附图

珩磨机图3-43珩磨头1-螺母2-弹簧3-调整锥4-磨条5-本体6-砂条座7-顶销8-弹簧卡箍为保证珩磨余量均匀，减少机床主轴回转误差对加工精度的影响，珩磨头和机床主轴之间大都采用浮动连接。珩磨头磨条的径向伸缩调整有手动、气动和液压等多种结构形式。2．珩磨的工艺特点及应用范围1）珩磨能获得较高的尺寸精度和形状精度，加工精度为IT7~IT6级，孔的圆度和圆柱度误差可控制在3~5µm的范围之内，但珩磨不能提高被加工孔的位置精度。2）珩磨能获得较高的表面质量，表面粗糙度Ra为0.2~0.025µm，表层金属的变质缺陷层深度极微（2.5~25µm）。3）与磨削速度相比,珩磨头的圆周速度虽不高,但由于砂条与工件的接触面积大，往复速度相对较高，所以珩磨仍有较高的生产率。珩磨在大批大量生产中广泛用于各种精密孔的加工，孔径范围一般为

15~500mm或更大，并可加工长径比大于10的深孔。但珩磨不适于加工有色金属工件上的孔，也不能加工带键槽的孔、花键孔等断续表面。五、拉孔1.拉削与拉刀拉孔是一种高生产率的精加工方法，它是用特制的拉刀在拉床上进行的。拉削时拉刀只作低速直线运动。图3-44是在卧式拉床上拉削圆孔的加工示意图。图3-44在卧式拉床上拉孔1-压力表2-液压缸3-活塞拉杆4-随动支架5-夹头6-床身7-拉刀8-靠板9-工件10-滑动托架11-球面支承垫圈图3-45表示拉刀刀齿尺寸逐齿增大切下金属的过程。图3-45拉刀的切削部分齿升量相邻两刀齿半径上的高度差称为齿升量。齿升量一般根据被加工材料、拉刀类型、拉刀及图3-45拉刀的切削部分工件刚性等因素选取。刀齿切下的切屑落在两齿间的空间内，此空间称为容屑槽。容屑槽拉削加工时，拉刀同时工作的刀齿数一般应不少于3个，且也不应超过6~8个。拉孔有三种不同的拉削方式，分述如下：（1）分层式拉削其特点是拉刀将工件加工余量一层一层顺序地切除。为了便于断屑，刀齿上磨有相互交错的分屑槽。按分层式拉削方式设计的拉刀称作普通拉刀。图3-46分层式拉削a）拉削图形b）切削部分齿形c）切屑分屑槽（2）分块式拉削其特点是加工表面的每一层金属是由一组尺寸基本相同但刀齿相互交错的刀齿（通常每组由2~3个刀齿组成）切除的。每个刀齿仅切去一层金属的一部分。按分块拉削方式设计的拉刀称为轮切式拉刀。图3-47分块式拉削（3）综合式拉削这种方式集中了分层式及分块式拉削的优点，粗切齿部分采用分块式拉削，精切齿部分采用分层式拉削。这样既可缩短拉刀的长度，提高生产率，又能获得较好的工件表面质量。按综合拉削方式设计的拉刀称为综合式拉刀。圆孔拉刀的结构如图3–48所示，它由头部、颈部、过渡锥部、前导部、切削部、校准部、后导部以及支承部等部分组成。图3-48圆孔拉刀的结构拉刀切削部分的几何参数有:齿升量af、齿距p、刃带宽度ba1、前角

o、后角

o。图3-45拉刀的切削部分拉刀常用W18Cr4V牌号的高速钢材料制造，切削部分热处理后的硬度一般为63~66HRC。2.拉孔的工艺特征及应用范围1）拉刀是多刃刀具，在一次拉削行程中就能顺序完成孔的粗加工、精加工和光整加工工作，生产效率高。2）拉孔精度主要取决于拉刀的精度，在通常条件下，拉孔精度可达IT9~IT7级，表面粗糙度Ra可达6.3~1.6µm。3）拉孔时，工件以被加工孔自身定位，不易保证所加工孔与其它表面的相互位置精度。4）拉刀不仅能加工圆孔，而且还可以加工成形孔、花键孔。5）拉刀是定尺寸专用刀具，形状复杂，价格昂贵，不适合于加工大孔。拉孔常用在大批大量生产中加工孔径为φ10~80mm、孔深不超过孔径5倍的中小零件上的通孔。第四节平面及复杂曲面加工一、概述平面是箱体类、盘类零件上的主要表面之一。加工平面的方法很多，常用的有铣、刨、车、拉、磨削等方法。其中铣平面是平面加工最常用的方法。刨平面所用的机床、刀具结构简单、调整方便，通用性好。通过粗刨—精刨后，尺寸精度可达IT9~IT7级，表面粗糙度Ra可达6.3~1.6µm，直线度可达0.04~0.08mm/m。刨削为断续切削，往复运动换向时有较大的惯性冲击,因此,刨削速度较低；另外，刨削还有空行程损失，致使刨平面的生产效率较低。刨平面一般只适于在单件小批量生产中应用，尤其适于加工狭长平面，例如床身导轨等。平面加工中的车、拉、磨削等加工方法，其工艺特点与在外圆表面及孔加工中的论述基本相同。车平面主要用于加工轴、套、盘等回转体零件的端面。当端面直径较大时，一般在立式车床上加工。在车床上加工端面容易保证端面与轴线的垂直度要求。拉平面是一种加工精度高、生产效率高的先进加工方法，适用于在大批大量生产中加工质量要求较高，但面积不大的平面。磨平面适于精加工，尤适于磨削加工淬硬工件的表面。二、铣平面铣削时，铣刀的旋转运动是主运动。进给速度vf是指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。图3-49a和图3-49b、c是在卧式铣床和立式铣床上上铣平面的加工示意图。图3-49铣平面铣削时，将平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸称为背吃刀量ap（铣削深度）；将垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸则称为侧吃刀量ac（铣削宽度）。图3-49铣平面背吃刀量（铣削深度）背吃刀量（铣削深度）背吃刀量（铣削深度）侧吃刀量（铣削宽度）侧吃刀量（铣削宽度）侧吃刀量（铣削宽度）1.铣削方式铣平面有端铣和周铣两种方式。端铣是指用分布在铣刀端面上的刀齿进行铣削的方法。周铣是指用分布在铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削的方法。端铣周铣由于端铣的加工质量和生产效率比周铣高，因此在大批量生产中端铣比周铣用得多。但周铣可使用多种形式的铣刀来铣槽或铣成形表面，并可同时安装几把刀具加工几个表面，故在生产中用得也比较多。图5-22用组合铣刀铣床身导轨面按照铣平面时主运动方向与进给运动方向的相对关系，周铣有顺铣和逆铣之分。工件进给方向与铣刀的旋转方向相反称为逆铣；工件进给方向与铣刀的旋转方向相同称为顺铣。顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理选择。图3-50顺铣与逆铣逆铣顺铣（1）从切屑截面形状分析逆铣时，刀齿的切削厚度由零逐渐增加，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在已加工表面上滑擦一段距离后才能真正切入工件，因而刀齿磨损快，加工表面质量较差。顺铣时则无此现象。顺铣时铣刀寿命比逆铣高2~3倍，加工表面质量也比较好，但顺铣不宜铣带硬皮的工件。图3-50顺铣与逆铣逆铣顺铣（2）从工件装夹可靠性分析逆铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向上，容易使工件的装夹松动；顺铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向下，使工件压紧在工作台上，加工比较平稳。图3-50顺铣与逆铣逆铣顺铣（3）从工作台丝杠、螺母间隙分析逆铣时，工件承受的水平铣削力FH与进给速度vf的方向相反，铣床工作台丝杠始终与螺母接触。vfvFHFvⅠ图3-51铣削时丝杠和螺母的间隙a）逆铣螺母固定丝杠移动顺铣时，工件承受的水平铣削力FH与进给速度vf

相同，由于丝杠螺母间有间隙，铣刀会带动工件和工作台窜动，使铣削进给量不均匀，容易打刀。采用顺铣法加工时必须采取措施消除丝杠与螺母之间的间隙。vfFHFVv图3-51铣削时丝杠和螺母的间隙b）顺铣螺母固定丝杠移动端铣时，铣刀刀齿切入切出工件阶段会受到很大的冲击。由图3-52可知，从减小刀齿切入工件时图3-52对称铣和不对称铣a）对称铣b）不对称铣受到的冲击考虑，图3-52b所示的不对称铣比图3-52a所示的对称铣较为有利。2.铣刀及其几何角度铣刀的种类很多，如图3-53所示。图3-53铣刀的类型圆柱铣刀面铣刀三面刃铣刀图3-53铣刀的类型锯片铣刀立铣刀键槽铣刀图3-53铣刀的类型模具铣刀角度铣刀成形铣刀下面主要介绍圆柱铣刀和面铣刀。（1）圆柱形铣刀的结构刀齿排列在刀体圆周上的铣刀称为圆柱形铣刀。整体圆柱铣刀它的结构形式分为由高速钢制造的整体圆柱形铣刀（图3-53a）和镶焊硬质合金刀片的镶齿圆柱形铣刀（图3-54）。图