《钳工实训（初级）》课件 项目七 孔加工

1．掌握麻花钻的结构和几何角度。2．掌握标准麻花钻的刃磨方法和注意事项。3．能正确刃磨麻花钻。接到一批φ20mm锥柄麻花钻的刃磨任务。刃磨后的麻花钻应具有正确的切削角度和表面质量，如图7-1所示。任务1刃磨麻花钻麻花钻是指容屑槽由螺旋面构成的钻头，钻体部分形状像麻花一样，它是钳工常用的钻孔刀具。麻花钻的规格用直径表示（靠近钻尖处测量），主要用来在实体材料上钻削直径在100mm以下的孔。一、麻花钻的组成麻花钻由钻柄和钻体组成，如图7-2所示。1．钻柄钻柄是麻花钻的夹持部分，主要用来连接钻床主轴并传递动力，有直柄和锥柄两种。一般直径小于13mm的麻花钻做成直柄，用钻夹头夹持；直径大于13mm的麻花钻做成锥柄，通过莫氏圆锥（或变径套）与钻床主轴锥孔连接，具体规格见表7-1。在莫氏圆锥的小端有一扁尾，以备嵌入锥孔的槽中，用以顶出麻花钻。2．钻体麻花钻的钻体包括切削部分（又称钻尖）、由两条刃带形成的导向部分和空刀，如图7-2所示。切削部分是指由产生切屑的诸要素（主切削刃、横刃、前面、后面、刀尖）所组成的工作部分，它承担着主要的切削工作。麻花钻的导向部分用来保持麻花钻钻孔时的正确方向并修光孔壁，在麻花钻刃磨时可作为切削部分的后备。两条容屑槽的作用是形成切削刃，便于容屑、排屑和切削液输入。为了减少刃带与孔壁的摩擦，便于导向，麻花钻的导向部分直径略有倒锥。空刀是钻体上直径减小的部分，它的作用是在磨制麻花钻时作为退刀槽，通常锥柄麻花钻的规格、材料和商标也打印在此处。二、标准麻花钻的几何角度1．确定麻花钻切削角度的辅助平面（1）基面：麻花钻主切削刃上任一点的基面就是通过该点且垂直于该点切削速度方向的平面，实际上是通过该点与钻心连线的径向平面。由于麻花钻两主切削刃不通过钻心，所以主切削刃上各点的基面也就不同，如图7-4b所示。（2）切削平面：麻花钻主切削刃上任一点的切削平面，是由该点的切削速度方向与该点切削刃的切线所构成的平面。（3）正交平面：正交平面是通过主切削刃上任一点并垂直于基面和切削平面的平面。（4）柱剖面：通过主切削刃上任一点作与麻花钻轴线平行的直线，该直线绕麻花钻轴线旋转所形成的圆柱面即柱剖面，如图7-5所示。2．标准麻花钻的切削角度标准麻花钻的切削角度如图7-6所示。标准麻花钻切削角度的定义、作用及特点见表7-2。三、麻花钻的刃磨方法1．麻花钻的刃磨要求图7-8所示为用刃磨正确的麻花钻钻削时的情形。图7-9所示为用刃磨不正确的麻花钻钻削时的情形：图7-9a中麻花钻顶角不对称，钻削时受力不平衡，会使钻出的孔扩大和倾斜；图7-9b中麻花钻顶角对称但主切削刃长度不等，使钻出的孔径扩大；图7-9c中顶角和刃磨长度不对称，钻出的孔径不仅扩大，而且还会产生台阶。刃磨麻花钻时，主要是刃磨两个主后面。麻花钻两个主后面要刃磨得光滑，同时要保证后角、顶角、横刃斜角正确。麻花钻的刃磨要求如下。（1）刃磨出正确的顶角2φ，钻削一般中等硬度的钢和铸铁时，2φ为118°±2°。（2）两条主切削刃必须对称，即主切削刃的长度应相等，它们与轴线的夹角也应相等。主切削刃应为直线。（3）后角应适当，以获得正确的横刃斜角，一般ψ=50°～55°。（4）主切削刃、刃尖和横刃应锋利，不允许有钝口、崩刃。2．麻花钻的刃磨步骤（1）修整砂轮：刃磨麻花钻前，应先检查砂轮表面是否平整，如砂轮表面不平或有跳动现象，必须先修整砂轮。麻花钻一般用高速钢材料制成，选择白色氧化铝砂轮刃磨。（2）刃磨方法1）用右手握住麻花钻前端作为支点，左手紧握麻花钻柄部；摆正麻花钻与砂轮的相对位置，使麻花钻轴线与砂轮外圆柱面母线在水平面内的夹角约等于顶角的1/2，即φ=59°；同时钻尾向下倾斜1°～2°。麻花钻的刃磨位置如图7-10所示。2）以麻花钻前端支点为圆心，缓慢地使麻花钻绕其轴线由下向上转动，右手配合左手的向上摆动缓慢地同步下压（略带转动），逐渐增大刃磨压力，磨出主切削刃和主后面。为保证在麻花钻近中心处磨出较大的后角，还应适当做右移运动。具体刃磨方法如图7-11所示。3）当刃磨一个主后面后，将麻花钻转过180°刃磨另一个主后面，操作者的站立位置和手的姿势保持不变，这样才能使磨出的两条主切削刃对称。按此法不断反复，两主后面交替刃磨，边磨边检查，直至达到要求为止。4）将横刃磨短，并将钻心处前角磨大。通常6mm以上的横刃需要修磨，修磨后的横刃长度为原长的1/5～1/3。一般情况下，工件材料较软时，横刃可修磨得短些；工件材料较硬时，横刃可少修磨些。修磨横刃时，麻花钻轴线在水平面内相对砂轮侧面左倾约15°，在竖直平面内与刃磨点的砂轮半径方向约成55°下摆角，修磨方法如图7-12所示。（3）麻花钻角度的检查1）目测法。将麻花钻竖立在与操作者眼睛等高的位置，在明亮的背景下用肉眼观察两条主切削刃的长短、高低及后角等，如图7-13所示。由于视差的原因，往往会感到左刃高、右刃低，此时应将麻花钻转过180°，再观察是否仍是左刃高、右刃低，经反复对比观察，直至觉得两刃基本对称时方可使用。2）用角度样板检查。用角度样板检查麻花钻的顶角和横刃斜角，如图7-14所示，然后转过180°再检查。四、刃磨麻花钻的注意事项1．刃磨时，用力要均匀，不能过大，应经常目测检查磨削情况，随时修正。2．刃磨时，麻花钻切削刃位置应略高于砂轮中心水平面，以免磨出负后角，致使麻花钻无法切削。3．刃磨时，不要由刃背磨向刃口，以免造成刃口退火。4．刃磨时，应注意磨削温度不应过高，要经常在水中冷却麻花钻，以防因退火而降低硬度，降低切削性能。一、准备工作1．工量具准备麻花钻图样、φ20mm直柄麻花钻（HSS）及任务测评表。工具：砂轮机。量具：角度样板。2．图样、工件、任务测评表准备外缘处后角αo=9°～12°，横刃斜角ψ=50°～55°，顶角2φ=118°±2°，两主切削刃相对麻花钻的轴线的对称度为0.1mm。3．刃磨要求二、操作步骤1．选择砂轮并启动砂轮机（1）由于麻花钻的材料为普通高速钢，因此采用粒度号为F60或F80的氧化铝砂轮进行刃磨。（2）按下砂轮机启动按钮，砂轮旋转。刃磨前，仔细观察砂轮表面是否平整或跳动过大，若不平整或跳动过大，需要用砂轮刀或砂条进行修整，使砂轮表面平整，转动 平稳。2．刃磨φ20mm直柄麻花钻（1）操作者右手握住麻花钻的头部，左手握住麻花钻的柄部，如图7-15所示。麻花钻轴线与砂轮轴线的夹角约为59°，钻尾向下倾斜1°～2°。（2）使主切削刃略高于砂轮中心水平面，先接触砂轮，缓慢地使麻花钻绕自身的轴线由下向上转动，刃磨压力逐渐加大，这样便于磨出后角，其下压速度及幅度随后角大小的变化而变化。刃磨时两手动作的配合要协调，两后面经常轮换，直到符合要求为止，如图7-16 所示。（3）刃磨过程中，将麻花钻切削部分向上竖立，两眼平视，观察两主切削刃的长短、高低和后角的大小，如有偏差，必须再进行修磨。按此法不断反复，直至两主切削刃对称，如 图7-17所示。（4）修磨横刃时，麻花钻与砂轮的相对位置如图7-18所示，麻花钻轴线在水平面内相对砂轮侧面左倾约15°，在竖直平面内与刃磨点的砂轮半径方向约成55°下摆角。1．了解常用钻床的结构和用途，掌握麻花钻的装拆方法。2．掌握各类工件在钻床上的装夹方法。3．掌握钻孔切削用量和切削液的选择。4．掌握钻孔的基本操作及操作钻床时的注意事项。5．学会应用钻床进行钻孔加工，并能进行钻孔质量分析。接到一项钻孔任务，在图7-19a所示板料（45钢，70mm×50mm×10mm）上，钻出φ3mm、2×φ6.8mm和φ11mm四个孔，保证图7-19b所示孔的位置尺寸要求。任务2钻孔用麻花钻在实体材料上加工出孔的方法，称为钻孔。钻孔的精度较低，一般加工后的尺寸标准公差等级为IT13～IT11，表面粗糙度为Ra50～12.5μm，常用于钻削要求不高的孔或螺纹孔的底孔。一、钻床钻床是最常用的钻孔设备，钻孔时将工件装夹在钻床工作台上使其固定不动，将麻花钻装在钻床主轴上或装在与主轴连接的钻夹头上。麻花钻的高速旋转运动为主运动，麻花钻的轴向上下移动为进给运动。（1）底座：底座中间有两条T形槽，用来固定工件或夹具。（2）立柱：立柱截面为圆形，用来支承工作台和机头。（3）工作台：工作台主要用来安放被加工工件，它可沿立柱上下移动，并能绕立柱转动到任意位置，同时工作台自身还可左右倾斜45°。1．台式钻床（4）机头：机头安装在立柱上，它可沿立柱上下调整到所需高度，并能绕立柱转动。在机头下方有一个支承保险环。（5）主轴：主轴下端制有莫氏锥孔，主要用来安装孔加工刀具及传递扭矩。（6）主轴变速机构：主轴变速机构采用的是塔轮变速方法，如图7-21所示。通过改变V带的位置，可实现5种不同的转速。V带初拉力的调整靠电动机前后移动来完成。（7）进给机构：台式钻床通常只有手动进给。如图7-22所示，三星进给手柄带动齿轮轴转动，再由齿轮轴带动与其啮合的主轴套筒产生移动。在主轴套筒下端的侧面装有进给标尺。在齿轮轴的另一端装有弹簧，可使主轴自动抬起复位。（8）电气控制部分：在机头的侧面装有控制开关，可使主轴正转或停止转动。（1）底座：底座是立式钻床的基础，也是钻床的冷却箱，较大型工件还可直接放在底座上进行加工。（2）立柱：Z525B型立式钻床的立柱为圆柱形，主要用来支承钻床的所有零部件。（3）工作台：该工作台为圆形，松开下面的锁紧手柄，能自身旋转。松开后面的锁紧手柄，可使工作台绕立柱转动±180°。2．立式钻床（4）主轴：主轴是钻床的重要部件，对其旋转精度要求较高。在主轴的下端有内锥孔，以便于安装刀具或辅具。主轴的重量由弹簧来平衡，可使主轴停在任意高度位置。（5）主轴变速机构：转动主轴变速手轮可以使主轴方便地获得6种不同的转速。但变速前必须停车，以免损坏传动链中的零件。（6）进给机构：该立式钻床可实现手动和自动进给。采用自动进给时，首先将进给量调节手轮转到所需的进给量挡位，再将端盖拉出，压下自动进给手柄，即可实现自动进给，如图7-24所示。（7）冷却系统：切削液由安装在底座内的切削液泵直接供给，切削液可循环使用。（8）机床照明：机床照明采用24V安全电压。（9）电气控制部分：该立式钻床有正转、反转和停止按钮，主轴的正反转通过改变电动机的转向实现。切削液泵由转换开关单独控制。3．摇臂钻床（1）底座：底座是摇臂钻床的基础，也是钻床的冷却箱。（2）立柱：立柱为圆柱形，由内立柱和外立柱两部分构成。内立柱固定在底座的一端，外立柱套在它的外面并可绕内立柱回转360°。立柱主要用来支承钻床的摇臂。（3）工作台：工作台为长方体，具有互相垂直的两个工作面，方便工件的装夹。（4）摇臂：摇臂的一端为套筒，套筒套装在外立柱上，可以上下移动。摇臂上有水平导轨。（5）主轴箱：主轴箱是一个复合部件，安装在摇臂的水平导轨上，可以通过转动手轮，使其在水平导轨上沿摇臂移动。二、麻花钻的装拆如图7-26a所示，直柄麻花钻用钻夹头夹持。先将麻花钻钻柄塞入钻夹头的三爪之内，夹持长度不能小于15mm，然后用钻夹头钥匙旋转外套，使环形螺母带动三个卡爪移动，做夹紧或放松动作。1．直柄麻花钻的装拆2．锥柄麻花钻的装拆如图7-26b、c、d所示，锥柄麻花钻的柄部锥体与钻床主轴锥孔直接连接，连接时必须将麻花钻锥柄和主轴锥孔擦干净，且使矩形舌部的长度方向与主轴的腰形孔中心线方向一致，利用加速冲力一次装接（图7-26b）。当麻花钻锥柄小于主轴锥孔时，则需加过渡套连接（图7-26c）。若拆卸过渡套内的麻花钻或钻床主轴上的麻花钻，将楔铁敲入过渡套或钻床主轴上的腰形孔内，楔铁的直边要放在上面，利用斜边的向下分力，使麻花钻与过渡套或钻床主轴分离（图7-26d）。三、各类工件在钻床上的装夹方法四、钻削用量和切削液的选择1．钻削用量的选择（1）钻削用量的概念钻削用量是指在钻削过程中，切削速度、进给量和背吃刀量的总称，如图7-28所示。1）钻削时的切削速度（vc）。指钻孔时麻花钻直径上一点的线速度。2）钻削时的进给量（f）。指主轴每转一周，麻花钻相对工件沿主轴轴线的移动量，单位是mm/r。3）背吃刀量（ap）。在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。（2）钻削用量的选择原则钻削用量的选用原则是：在允许范围内，尽量先选较大的进给量

f，当f

受到表面粗糙度和麻花钻刚度的限制时，再考虑选较大的切削速度vc。（3）钻削用量的选择方法1）背吃刀量的选择。直径小于30mm的孔可一次钻出，达到规定要求的孔径和孔深；直径为30～80mm的孔可分为两次钻削，先用（0.5～0.7）D（D为要求的孔径）的麻花钻钻底孔，然后用直径为D的麻花钻将孔扩大至要求尺寸。2）进给量的选择。当孔的尺寸精度、表面质量要求较高时，应选较小的进给量；钻小孔、深孔时，由于麻花钻细而长，强度和刚度较低，易扭断，故也应选较小的进给量。3）切削速度的选择。当麻花钻的直径和进给量确定后，切削速度应按麻花钻的使用寿命选取合理的数值，一般根据经验选取。孔较深时，应取较小的切削速度。2．切削液的选择1．钻孔时工件的划线按钻孔位置尺寸要求，划出孔的中心线，并在中心打上样冲眼，再按孔的大小划出孔的圆周线。钻削直径较大的孔时，应划出几个大小不等的检查圆，如图7-29a所示，以便钻孔时检查并校正钻孔位置。五、钻孔基本操作当钻孔的位置精度要求较高时，可直接划出以孔中心线为对称中心的几个大小不等的方格，如图7-29b所示，作为钻孔时的检查线。然后将中心处的样冲眼冲大，以便准确落钻定心，如图7-30所示。2．钻孔（1）起钻：钻孔时，先使麻花钻对准钻孔中心钻出一个浅坑，观察钻孔位置是否正确，并不断校正，使起钻浅坑与划线圆同轴。校正时，如偏位较少，可在起钻的同时用力将工件向偏位的相同方向推移，逐步校正。如偏位较多，可在校正方向打上几个样冲眼或用油槽錾錾出几条槽，以减小此处的切削阻力，达到校正目的。无论用何种方法校正，都必须在锥坑外圆小于麻花钻直径之前完成，如图7-31所示。（2）钻孔操作1）钻削通孔，当孔快要钻穿时，应减小进给力，以免发生“啃刀”现象，影响加工质量或导致麻花钻折断。2）钻不通孔时，应按钻孔深度调整好钻床上的撞块、深度标尺或采用其他控制措施，以免钻削过深或过浅，并注意排屑。3）通常，钻削深孔的钻削深度达到麻花钻直径3倍时，麻花钻应退出排屑，并注意冷却、润滑。4）钻φ30mm以上的大孔，一般分两次进行：第一次用50%～70%孔径的麻花钻钻削，第二次用所需直径的麻花钻钻削。1.操作钻床时严禁戴手套，清除切屑时尽量停车进行。2.开动钻床前，应检查是否有钻夹头钥匙或楔铁插在主轴上。5）钻φ1mm以下的小孔时，主轴转速可选为2000～3000r/min，进给力小且平稳，进给不宜过快，以防止麻花钻弯曲和滑移。应经常退出麻花钻排屑，并加注切削液。6）在斜面上钻孔时，可用中心钻先钻底孔，或用铣刀在钻孔处铣削出小平面，或用钻套导向。六、操作钻床时的注意事项3.钻通孔时，工件下面必须垫上垫铁或使钻头对准工作台上的T形槽，以免损坏工作台。4.操作钻床时，操作者头部不准与旋转的主轴靠得太近，钻床变速前应先停车。5.工件要夹紧，孔将钻穿时要减小进给量。6.清洁钻床或加注润滑油时，必须切断电源。七、钻孔质量分析一、准备工作1．工量具准备零件图样、70mm×50mm×10mm的毛坯工件（45钢）、任务测评表。工具：φ3mm、φ6.8mm、φ11mm直柄麻花钻，钻夹头、钻夹头钥匙，楔铁，机用虎钳，划针，划规，样冲，锤子，铜棒。量具：0～150mm游标卡尺。辅具：毛刷。2．图样、工件、任务测评表准备二、操作步骤1．划线根据图7-19所示尺寸，划出4个孔的中心线，并打上中心样冲眼，样冲眼要小，位置要准。2．装夹工件将机用虎钳安放在钻床的工作台上，擦净钳口的切屑，将工件放入钳口内，使划线表面朝上，按顺时针方向旋转螺杆将工件夹紧，并用铜棒或木锤敲击，听声音以检查工件是否放平夹紧。装夹时应使工件表面与麻花钻垂直，并将机用虎钳固定。3．安装麻花钻将φ3mm直柄麻花钻钻柄装入钻夹头的三卡爪内，使其被夹持长度大于15mm，再用钻夹头钥匙旋转外套夹紧。4．选择钻床的转速钻φ3mm孔时，钻床转速选择1420r/min；钻φ6.8mm孔时，钻床转速选择800r/min；钻φ11mm孔时，钻床转速选择480r/min。5．切削液的选择由于工件材料为45钢，可用毛刷加注3%～5%的乳化液进行冷却。6．钻孔（1）钻孔时，先将φ3mm麻花钻对准钻孔中心，钻出一个浅坑，观察钻孔位置是否正确，并不断校正，使起钻浅坑与划线圆同轴。（2）当起钻达到钻孔的位置要求后，夹紧工件完成钻孔。钻孔时用毛刷加注乳化液。手动进给操作钻孔时，进给力不宜过大，防止麻花钻弯曲，导致孔位不正。孔将被钻穿时，进给力必须减小，以防进给量突然过大，增大切削抗力，造成麻花钻折断，或使工件随着麻花钻转动而造成事故。（3）钻孔完毕，退出麻花钻，按上述方法加工其他3个孔。7．停机检查工作完毕，关闭钻床电源，卸下工件和麻花钻，对所使用过的工具、设备都应按要求进行清理、润滑，并检查工件尺寸是否符合图样要求。1．了解扩孔的特点和扩孔注意事项。2．了解锪钻的类型及锪孔方法。3．了解铰刀的结构和类型。4．掌握扩孔、锪孔与铰孔的方法。5．能进行扩孔、锪孔和铰孔加工，并能进行铰孔质量分析。任务3扩孔、锪孔和铰孔任务3扩孔、锪孔和铰孔用来扩大工件孔径的加工工具称为扩孔钻，如图7-34a所示。用扩孔工具对工件上原有的孔进行扩大加工的方法称为扩孔，如图7-34b所示。一、扩孔（1）扩孔钻无横刃，避免了横刃切削所引起的不良影响。（2）背吃刀量较小，产生的切屑体积小，切屑容易排出，不易擦伤已加工面。（3）扩孔钻强度高、齿数多（整体式扩孔钻有3～4条切削刃），因而导向性好、切削稳定，进给量一般为钻孔的1.5～2倍，切削速度约为钻孔的1/2。（4）加工质量较高。一般加工尺寸标准公差等级可达IT11～IT10，表面粗糙度可达Ra12.5～3.2μm，常作为孔的半精加工及铰孔前的预加工。1．扩孔的特点（1）扩孔钻多用于成批大量生产。小批量生产时常用麻花钻代替扩孔钻，此时，应适当减小钻头前角，以防止扩孔时扎刀。（2）用麻花钻扩孔，扩孔前钻孔直径为要求孔径的50%～70%；用扩孔钻扩孔，扩孔前钻孔直径为要求孔径的90%。（3）钻孔后，在不改变工件与钻床主轴相对位置的情况下，应立即换上扩孔钻进行扩孔，使麻花钻与扩孔钻的中心重合，保证加工质量。2．扩孔注意事项锪孔是指用锪削方法加工平底或锥形沉孔。锪孔使用的刀具称为锪钻，一般用高速钢制造。按孔口的形状，锪钻一般分为锥形锪钻、圆柱形锪钻和端面锪钻，可分别锪制锥形沉孔、圆柱形沉孔和孔口端面等。二、锪孔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表面质量的方法，称为铰孔。铰刀是精度较高的多刃刀具，具有切削余量小、导向性好、加工精度高等特点。铰孔尺寸标准公差等级一般为IT9～IT7，表面粗糙度一般为Ra3.2～0.8μm。三、铰孔1．铰刀（1）铰刀的基本结构如图7-35所示，铰刀由柄部和刀体组成。刀体是铰刀的主要工作部分，它包含导锥、切削锥、校准部分和空刀。（2）铰刀的类型2．铰削余量3．铰孔时的冷却与润滑4．铰孔方法（1）手铰时，两手用力要平衡，速度要均匀，以保持铰削的稳定性，避免出现喇叭口或将孔径扩大。（2）铰孔时，不论进刀还是退刀都不能反转，否则会使切屑卡在孔壁与刀齿后面形成的楔形腔内，将孔壁刮毛，甚至挤崩切削刃。（3）机铰时，应使工件一次装夹完成钻、扩、铰，以保证铰刀中心线与钻孔中心线同轴。铰孔完成后，要待铰刀退出后再停车，以防将孔壁拉出痕迹。（4）铰削尺寸较小的圆锥孔时，可先以小端直径钻出底孔，然后用圆锥铰刀铰削。对于锥度比较大或尺寸和深度较大的圆锥孔，为减小切削余量及刀齿负荷，铰孔前可先钻出阶梯孔，然后再用圆锥铰刀铰削，如图7-36所示。铰削过程中要经常用相配的锥销来检查铰孔尺寸，如图7-37所示。（1）铰刀是精加工刀具，切