第三章 第四节 钻、铰、镗孔加工

第三章常用机械加工方法CONTENTS目录1234【车削加工】【铣削加工】【刨削、插削、拉削加工】【钻、铰、镗孔加工】56【磨削加工】【先进加工技术】04【钻、铰、镗孔加工】钻、铰、镗孔加工一二三钻削加工镗销加工铰销加工

一、钻削加工

钻削加工是用钻头或扩孔钻在工件上加工孔的方法。其中，用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔。钻孔是孔的粗加工方法，可加工直径0.05-125mm的孔，孔的尺寸精度在IT10以下，表面粗糙度只能控制在Ra12.5μm，因此钻孔主要用于加工螺纹底孔、铰削前预加工孔、镗孔前预加工孔及加工铆钉孔等精度低和表面质量要求不高的孔。

1.钻床

钻床指用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对低可钻通孔、盲孔，；更换特殊刀具，可扩孔、锪孔、铰孔、攻丝等。图3-54所示为钻床典型加工。加工过程中工件不动，刀具移动，刀具中心对正孔中心，刀具转动。钻床的主参数是最大的钻孔直径。钻、铰、镗孔加工（1）台式钻床

台式钻床，图3-55所示是小型钻床，是钳工装配和修理常用的设备。它大多安装在钳台上，一般可钻12mm以内的孔。钻床构造简单，操作容易，调整方便，适用于单件小批量生产。台钻的钻削过程，由电动机、塔轮、三角带传动使之变换速度，带动钻头旋转，扳动手柄使钻头直线运动，完成整个钻削工作。

钻、铰、镗孔加工（2）立式钻床

立式钻床，如图3-56所示，是主轴竖直布置，中心位置固定的钻床，简称立钻。常用于机械制造和修配加工中、小型工件的孔。立式钻床加工，须先调整工件在工作台上的位置，被加工孔中心线对准刀具轴线。加工时，工件固定不动，主轴在套筒中旋转并与套筒一起作轴向进给。工作台和主轴箱可沿立柱导轨调整位置，以适应不同高度的工件。

立钻适用于钻削中型工件，它有自动进刀机构，可采用较的切削用量，生产效率高，能得到较高的加工精度，能钻孔、锪孔、铰孔和攻丝等加工。钻、铰、镗孔加工

（3）钻削加工中心

钻削加工中心，如图3-57所示，又称钻削中心。它可以在工件的一次装夹中实现孔系加工，可自动换刀，实现不同类型和大小孔的加工，具有较高的加工精度和生产率。钻削加工中心适合多孔类零件，尤其是孔数多，且每个孔需经多道工序（如钻、扩、绞或攻螺纹等）加工的零件。

（4）摇臂钻床

摇臂钻床，如图3-58所示，摇臂钻床是摇臂可绕立柱回转和升降，通常主轴箱在摇臂上作水平移动的钻床。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产，加工体积和重量较大工件的孔。摇臂钻床加工范围广，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是机械加工车间常见的机床。钻、铰、镗孔加工

（5）深孔钻床

依靠先进的孔加工技术，一次连续的钻削，即可达到一般需钻、扩、铰工序才能达到的加工精度和表面粗糙度。加工孔孔径尺寸精度：IT7～IT11;加工孔偏斜度：≤0.5～1/1000（加工孔深）。

钻、铰、镗孔加工

2.钻头孔加工用得最多的是钻头。钻头是一种标准刀具，钻孔时，钻头通过两条对称排列的切削刃对材料进行切削，完成孔加工。钻头主要有麻花钻、深孔钻、扩孔钻、锪孔钻等。麻花钻是最常用的钻削刀具。

（1）麻花钻麻花钻是通过相对固定轴线的旋转切削工件圆孔的工具。因其容屑槽成螺旋状形似麻花而得名。麻花钻可夹持在手动、电动的手持式钻孔工具或钻床、铣床、车床乃至加工中心上。钻头材料一般为高速工具钢或硬质合金。麻花钻由柄部、颈部和工作部组成，如图3-60所示。柄部为钻头的夹持部分，来传递扭矩。刀柄有直柄和锥柄两种，直柄多用于小直径钻头，锥柄多用于大直径钻头；颈部在柄部和工作部分中间，用来磨柄部时退砂轮，也可用来打印标记。直柄麻花钻一般不制颈部；工作部分又分为切削和导向两部分，切削部分承担切削工作，导向部分起引导作用。麻花钻结构参数是指在钻头制造中控制的参数，是决定钻头几何形状的独立参数。钻、铰、镗孔加工

1）直径d0（。钻头两刃带间的垂直距离，它按标准尺寸系列或螺孔底径尺寸设计；

2）直径倒锥。直径做成沿钻柄方向逐渐减小的锥度，减少刃对孔壁间摩擦面积，相当于副偏角的作用。中等直径钻头倒锥量为（0.05～0.12mm）/100mm。

3）钻心直径。指钻心处与两螺旋槽沟底相切圆的直径，它影响钻头的刚性与容屑沟截面积。为提高钻头刚性，钻心直径做成向钻柄方向逐渐增大的正锥度，尽可能符合等强度的结构。钻心正锥量为（1.4～2mm）/100mm。

4）螺旋角β。指钻头刃带棱边螺旋线展开成直线与钻头轴线的夹角，它相当于副切削刃刃倾角，如图3-61所示。麻花钻螺旋角一般为25°～32°。增大螺旋角有利于排屑，能获得较大前角，切削轻快，但钻头刚性变差。为提高小直径钻头刚性，β角可设计小些。钻软材料如铝合金时，为改善排屑效果，β角可设计大些。

5）刃带参数。如图3-61，它包括刃带宽度bf、高度c和刃带后角。刃带后角相当于副切削刃后角，一般为0°。钻、铰、镗孔加工

钻、铰、镗孔加工6）麻花钻几何角度

麻花钻的几何角度如图3-62所示。钻、铰、镗孔加工6）麻花钻几何角度

①顶角。它是两主切削刃在中剖面内投影的夹角，是影响钻头刃磨质量的主要参数之一，通常顶角取118°，顶角对钻头切削效率、耐用度、轴向力等有明显影响。

②主偏角和端面刃倾角。主偏角在基面内测量，切削刃上各点基面不同，主偏角也不相同。主切削刃上不同的点其端面刃倾角是不等的，由内向外绝对值减小；各点端面刃倾角均为负值，切屑向钻尾排出。

③副偏角。钻头的副偏角以倒锥量表示，中等直径麻花钻的倒锥量为（0.05～0.12）/100mm。

④前角。切削刃上各点的螺旋角、端面刃倾角、主偏角不相同，各点的前角也不相同。切削刃上各点的前角变化大，从外缘到钻心前角逐渐减小。

⑤后角。如图3-62所示，后角是在柱剖面内测量的，方便反映主后刀面与过渡表面间的摩擦关系、进给运动对后角的影响。钻头的后角沿主切削刃是变化的，外缘最小（=8°～10°），在横刃与主切削刃的交接处最大（=20°～25°）。

⑥横刃角度。麻花钻后刀面磨成后，两个后刀面相交自然形成了横刃。横刃角度包括横刃斜角、横刃前角、横刃后角。钻、铰、镗孔加工

（2）深孔钻专门用于加工深孔的钻头，如图3-63。深孔一般指深径比L/d＞5～10的孔，必须使用特殊结构的深孔钻才能进行加工。相对普通孔来，深孔加工难度大，技术要求高。深孔钻削时，散热和排屑困难，钻杆细长而刚性差，易产生弯曲和振动。一般要借助压力冷却系统解决冷却和排屑问题。钻、铰、镗孔加工

（3）扩孔钻扩孔是用扩孔钻对工件已有的孔进行扩大加工，一般用于孔的半精加工或精度要求不高孔的终加工，也用于铰或磨前的预加工或毛坯孔的扩大，有3到4个刃带，无横刃，前角和后角沿切削刃的变化小，加工导向效果好，轴向抗力小，切削条件优于钻孔，在成批或大量生产时应用较广。扩孔钻的结构形式有高速整体式，图3-64（a），镶齿套式，图3-64（b）及硬质合金可转位式，图3-64（c）等。钻、铰、镗孔加工

（4）锪孔钻

锪孔是用锪钻在已加工孔上锪各种沉头孔和锪孔端面的突台平面。图3-65（a）所示为锪圆柱形沉头孔；图3-65（b）、（c）所示为锪圆锥形沉头孔；图3-65（d）所示为锪孔端面突台平面。根据锪钻直径的大小，可做成带柄锪钻或套式锪钻，可用高速钢制造，也可镶焊硬质合金刀片。硬质合金锪钻运用最为广泛。钻、铰、镗孔加工

3.钻削加工特点

钻孔在机械制造中比重大，受钻头结构和切削条件限制，加工孔的质量不高，适用粗加工。钻削加工的特点：

（1）钻头刚性差。钻头细长，有两条宽而深的容屑槽，刚性差；导向性很差，难定心，开始切削时就容易引偏，切入以后易产生弯曲变形，钻头偏离原轴线。

（2）排屑困难。切屑宽，容屑尺寸受限制，排屑时，与孔壁产生很大摩擦和挤压，拉毛和刮伤已加工表面，降低孔壁质量。

（3）切削热不易传散。钻削是一种半封闭式的切削，切削产生的大量热量不能及时排出，切削液难以注入切削区，切屑、刀具与工件之间摩擦大，切削温度高，刀具加剧磨损，钻削用量和生产效率受限制。钻、铰、镗孔加工

二、铰削加工

铰削是利用铰刀从已加工的孔壁切除薄层金属，获得精确的孔径和几何形状以及较低的表面粗糙度的切削加工。铰削在钻孔、扩孔、镗孔后进行，用于加工精密的圆柱孔和锥孔，是对中小型孔（一般d＜40mm）进行半精加工和精加工的方法，在钻床、车床和镗床上进行。铰刀的切削刃长，铰削时各刀齿同时参加切削，生产效率高，在精加工中应用较广。铰孔加工后孔的公差等级为IT9～IT7，表面粗糙度为0.63μm＜Ra≤5μm。

1.铰刀

铰刀有一个或多个刀齿，用以切除已加工孔表面薄层金属的旋转刀具。

钻、铰、镗孔加工

（1）铰刀的种类及结构

按使用分有手用铰刀和机用铰刀。手用铰刀分为整体式和外径可调整式两种，柄部为圆柱形直柄，端部制成方头，方便使用扳手，工作部分长，导向作用好。机用铰刀可分为带柄和套式两种。铰刀可加工圆形孔，还可用锥度铰刀加工锥孔。

如图3-66所示为手用铰刀。铰刀由工作部分、颈部及柄部组成。工作部分主要由切削部分及校准部分构成，其中校准部分又分为圆柱部分与倒锥部分。手用铰刀，为增强导向作用，校准部分长；机用铰刀，为减小机床主轴和铰刀同轴度误差和避免过大的摩擦，做的短些。铰刀直径小于3mm时，刀齿制成半圆形、三角形或五角形，如图3-67所示。钻、铰、镗孔加工

（2）铰刀结构参数

1）直径和公差。铰刀是定尺寸刀具，直径和公差的选择取决于被加工孔的直径及精度要求。还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分直径，它等于被加工孔的基本尺寸，公差则与被铰孔的公差、铰刀的制造公差G、铰刀磨耗备量N和铰削过程中孔径的变形性质有关。

2）齿数Z及槽形。铰刀齿数为4～12个齿。齿数多，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，容屑空间减小。通常根据直径和工件材料性质选取铰刀齿数。

钻、铰、镗孔加工

（3）铰刀的几何角度

1）主偏角。加工钢等韧性材料取=15°；加工铸铁等脆性材料取=3°～5°；粗铰和铰盲孔取=45°；手用铰刀取=0.5°～1.5°。

2）前角。铰孔时余量很小，切屑很薄，切屑与前刀面接触长度短，前角的影响不显著。为了制造方便，取均=0°。加工韧性材料时，为减小切屑变形，取=5°～10°。

3）后角。铰刀是精加工刀具，为使其重磨后径向尺寸不致变化太大，铰刀后角取=6°～8°。

4）刃倾角。铰刀刃倾角为0°。但刃倾角能使切削过程平稳，提高铰孔质量。铰削韧性较大的材料，可在铰刀的切削部分磨出=15°～20°的刃倾角，这样可使铰削切屑向前排出，不致于划伤已加工表面。加工盲孔，可在带刃倾角的铰刀前端开出凹坑，容纳切屑。钻、铰、镗孔加工

2.铰削加工特点

铰削适宜单件小批量的小孔、锥度孔、大批量生产中不宜拉削孔的加工，钻—扩—铰工艺是中等尺寸，公差等级为IT7孔的典型加工方法，其工艺特点有：

（1）铰削切削厚度，约0.01～0.03mm。

（2）铰削过程采用的切削速度低，切削变形大。加工塑性金属会产生积屑瘤，要使用切削液。

（3）在切削液的润滑作用下，加工表面受到熨压作用，熨压作用越大，表面粗糙度越小，铰刀钝化愈快。

（4）铰削加工适应性差。铰削能提高尺寸精度和形状精度，不能校正位置误差。钻、铰、镗孔加工

3.铰孔注意事项

（1）铰刀选择

铰孔精度决定于铰刀尺寸及公差。选择铰刀，应仔细测量铰刀直径是否与被铰孔相符，铰刀刃口必须尖锐，没有崩刃和毛刺。不用时，工作部分用塑料套和软夏布包裹。

（2）铰刀的安装

铰孔是精加工，切削余量小，铰刀安装很关键。铰刀和机床采用浮动连接，浮动夹头如图3-68所示。锥柄套3装在机床主轴4的锥孔中，铰刀锥柄装在浮动套1的锥孔中，浮动套1和锥柄套3之间有一定间隙。只要铰前孔的轴线不偏斜铰刀就能自由的循着工作内孔找正定心。主轴的转动通过锥柄套3上的螺钉2传递给浮动套1和铰刀。

钻、铰、镗孔加工

（3）铰削用量选择

合理选择铰削用量，可以提高孔径尺寸精度及已加工表面质量。合理选择铰削用量，可以提高孔径尺寸精度及已加工表面质量。精铰，半径上铰削余量为0.03～0.15mm，其值取决于工件材料对孔要求的精度和表面粗糙度。余量过小不能把前道工序的加工痕迹去除；余量过大切削负荷增大，容易破坏铰刀工作的稳定性，引起振动从而导致铰孔扩张现象，降低刀具使用寿命。

铰削速度和进给量选择。在保证质量的前提下，提高加工效率。提高铰削速度和增大进给量，会使铰孔精度下降，表面粗糙度值增大，铰刀磨损加剧，容易引起振动，甚至使硬质合金刃口崩裂。铰削钢件，切削速度Vc=1.5~5mm/min，切削铸铁件，切削速度Vc=8~10mm/min。控制铰孔的进给量时，铰削钢料取f=0.05~0.6mm/r；铰削铸铁f=0.2~2mm/r，孔加工要求高及孔小时应取小值。

（4）切削液的选用

正确选用切削液。铰制普通钢件，用乳化油和硫化油，铰削铸铁件，选用粘性较小的煤油。钻、铰、镗孔加工

三、铰削加工

镗削是用旋转的单刃镗刀把工件上的预制孔扩大到一定尺寸，使之达到要求精度和表面粗糙度的切削加工。镗削一般在镗床、加工中心和组合机床上进行，主要加工箱体、支架和机座等工件上的圆柱孔（见图）、螺纹孔、孔内沟槽和端面；采用特殊附件时，也可加工内外球面、锥孔等。镗床镗孔精度可以从IT11到IT7，甚至可以达到IT6，表面粗糙度为Ra从80μm到0.63μm，甚至更小。

1.镗床。

用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它主要用于高精度孔或孔系的加工，以及与孔有位置精度要求的其它表面：如螺纹、外圆和端面的加工。使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削，镗削的加工精度和表面质量要高于钻削。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。

钻、铰、镗孔加工

（1）卧式镗床卧式镗床是镗床中应用最广泛的一种，如图3-69。它主要是孔加工，镗孔精度可达IT7，，卧式镗床还能铣削平面、钻削、加工端面、凸缘的外圆、切螺纹等，主要用于单件小批量生产和修理车间。加工孔的圆度误差不超过5微米，表面粗糙度为Ra0.63～1.25微米。卧式镗床的主参数为主轴直径。加工时，刀具装在主轴、镗杆或平旋盘上，通过主轴箱可获得需要的各种转速和进给量，随着主轴箱沿前立柱导轨上下移动。工件安装在工作台上，工作台可随下滑座和上滑座作纵横向移动，可绕上滑座的圆导轨回转至需要的角度，以适应各种加工情况。镗杆较长，可用后立柱上的尾架来支承一端，增加刚度。加工大孔距工件或长箱体，加大卧式镗床工作台横向行程两倍左右，加大床身主导轨宽度和带辅助导轨，可增加下滑座刚度。卧式镗床主要加工方法如图3-70所示。钻、铰、镗孔加工

（2）坐标镗床坐标镗床，有精密坐标定位装置，用于加工高精度孔或孔系的一种镗床。坐标镗床上可进行钻孔、扩孔（见钻削）、铰孔（见铰削）、铣削、精密刻线和精密划线等工作，也可作孔距和轮廓尺寸的精密测量。坐标镗床适于加工钻模、镗模和量具等，也用加工精密工件，是用途较广泛的高精度机床，是高精度机床的一种。它的结构特点是有坐标位置精密测量装置。坐标镗床可分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床和卧式坐标镗床。

钻、铰、镗孔加工

1）单柱式坐标镗床。如图3-71（a）所示。主轴垂直布置，主轴套筒带动作上下移动实现垂直进给。有的主轴箱可沿立柱导轨上下移动，适应不同高度的工件。工作台沿滑座作纵向移动，滑座沿床身导轨作横向移动，配合坐标定位。工作台三面敞开，操作方便。中小型坐标镗床大多采用这种布局形式，坐标定位精度为2～4微米。主轴带动刀具作旋转主运动，主轴套筒沿轴向作进给运动。特点：结构简单，操作方便，适宜加工板状零件的精密孔，但刚性较差，适用于中小型坐标镗床。2）双柱式坐标镗床。如图3-71（b）所示，两立柱上部通过顶梁连接，横梁可沿立柱导轨上下调整位置。主轴箱沿横梁导轨作横向移动，工作台沿床身导轨作纵向移动，配合坐标定位。大型双柱坐标镗床在立柱上配有水平主轴箱，采用双柱框架式结构，刚度高，大中型坐标镗床多为这种形式，坐标定位精度为3～10微米。主轴上安装刀具作主运动，工件安装在工作台上随工作台沿床身导轨作纵向直线移动，刚性较好。双柱式坐标镗床的主参数为工作台面宽度。3）卧式坐标镗床。如图3-71（c）所示，主轴平行于工作台面，可在一次安装工件后方便加工箱体类零件四周所有的坐标孔，工件安装方便，生产效率高，适合箱体类零件加工。工作台能在水平面内旋转运动，进给运动由工作台纵向移动或主轴轴向移动来实现，加工精度高。钻、铰、镗孔加工钻、铰、镗孔加工

2.镗刀

镗刀是镗削刀具的一种，一般是圆柄的，也有方刀杆的，有一个或两个切削部分，用于对已有的孔进行粗加工、半精加工或精加工，镗刀可在镗床、车床或铣床上使用。