孔加工关键技术专业资料.doc

第三节 孔加工与外圆表面加工相比，孔加工条件要差得多，加工孔要比加工外圆困难。这是由于：（1）孔加工所用刀具尺寸受被加工孔尺寸限制，刚性差，容易产生弯曲变形和振动；（2）用定尺寸刀具加工孔时，孔加工尺寸往往直接取决于刀具相应尺寸，刀具制造误差和磨损将直接影响孔加工精度；（3）加工孔时，切削区在工件内部，排屑及散热条件差，加工精度和表面质量都不易控制。一、钻孔与扩孔1 钻孔 钻孔是在实心材料上加工孔第一种工序，钻孔直径普通不大于。钻孔加工有两种方式（图3-27），一种是钻头旋转，例如在钻床、镗床上钻孔。另一种是工件旋转，例图3-27 两种钻孔方式a）钻头旋转 b）工件旋转如在车床上钻孔。上述两种钻孔方式产生误差是不相似。在钻头旋转钻孔方式中，由于切削刃不对称和钻头刚性局限性而使钻头引偏时，被加工孔中心线会发生偏斜或不直，但孔径基本不变；而在工件旋转钻孔方式中则相反，钻头引偏会引起孔径变化，而孔中心线仍是直。惯用钻孔刀具备：麻花钻、中心钻、深孔钻等。其中最惯用是麻花钻，其直径规格为。原则麻花钻构造如图3-28所示，其柄部是钻头夹持某些，并用图3-28 原则麻花钻构造 a）锥柄 b）直柄来传递扭矩；钻头柄部有直柄与锥柄两种，前者用于小直径钻头，后者用于大直径钻头。颈部供制造时磨削柄部退砂轮用，也是钻头打标记地方，为制造以便直柄麻花钻普通不设颈部。工作某些涉及切削某些和导向某些，切削某些肩负着重要切削工作，钻头有两条主切削刃，两条副切削刃和一条横刃，如图3-29所示；螺旋槽表面为钻头前刀面，切削图3-29 麻花钻切削某些某些顶端锥曲面为后刀面；刃带为副后刀面；横刃是两主后刀面交线。对称两主切削刃和两副切削刃可视为一正一反安装两把外圆车刀。如图中虚线所示。导向某些有两条对称螺旋槽和刃带，螺旋槽用来形成切削刃和前角，并起排屑和输送冷却液作用；刃带起导向和修光孔壁作用；刃带有很小倒锥，由切削某些向柄部每长度上直径减小，以减小钻头与孔壁摩擦。麻花钻重要几何角度有顶角、前角、后角、横刃斜角和螺旋角，如图3-30所示。顶角是两条主切削刃在与其平行平面上投影夹角，加工钢料和图3-30 原则麻花钻几何角度铸铁钻头顶角取为1182。前角是在剖面（正交剖面Po）内测量，由于前刀面是螺旋面，因而沿主切削刃上任一点前角大小是变化（由+30到-30），越接近钻心，前角越小。为测量以便，钻头后角规定为在轴向剖面内测量，主切削刃上各点后角也是变化，由钻头外缘向钻心后角逐渐增大。横刃斜角是在端面投影中横刃与主切削刃之间夹角，它是刃磨后角时形成，普通为5055。后角越大，越小，横刃越长，钻削时轴向力越大。螺旋角是钻头刃带棱边螺旋线展开成直线后与钻头轴线夹角，越大，钻削越容易，但过大，会削弱切削刃强度，使散热条件变差。原则麻花钻螺旋角普通取为2532。由于构造上限制，钻头弯曲刚度和扭转刚度均较低，加之定心性不好，钻孔加工精度较低，普通只能达到IT13IT11；表面粗糙度也较差， Ra普通为5012.5m；但钻孔金属切除率大、切削效率高。钻孔重要用于加工质量规定不高孔，例如螺栓孔、螺纹底孔、油孔等。对于加工精度和表面质量规定较高孔，则应在后续加工中通过扩孔、铰孔、镗孔或磨孔来达到。2 扩孔 扩孔是用扩孔钻对已经钻出、铸出或锻出孔作进一步加工（图3-31），以扩大孔径并提高孔加工质量，扩孔加工既可以作为精加工孔前预加工，也可以作为规定不高孔最后加工。扩孔钻与麻花钻相似，但刀齿数较多，没有横刃，图3-32为整体式扩孔钻构造。图3-31 扩孔图3-32 扩孔钻与钻孔相比，扩孔具备下列特点：（1）扩孔钻齿数多（38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。扩孔加工精度普通为IT11IT10级，表面粗糙度Ra为12.56.3。扩孔惯用于直径不大于孔加工。在钻直径较大孔时（），常先用小钻头（直径为孔径0.50.7倍）预钻孔，然后再用相应尺寸扩孔钻扩孔，这样可以提高孔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扩孔钻（亦称锪钻）来加工各种沉头座孔和锪平端面，如图3-33所示。锪钻前端常带有导向柱，用已加工孔导向。图3-33 锪钻二、铰孔铰孔是孔精加工办法之一，在生产中应用很广。对于较小孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用加工办法。1 铰刀 铰刀普通分为手用铰刀及机用铰刀两种。手用铰刀柄部为直柄，工作某些较长，导向作用较好。手用铰刀又分为整体式（图3-34a）和外径可调节式（图3-34b）两种。机用铰刀可分为带柄（图3-34c，为直柄，为锥柄）和套式（图3-34d）。铰刀不但可加工圆形孔，也可用锥度铰刀加工锥孔（图3-34e）。图3-34 铰刀铰刀由工作某些、颈部及柄部构成。工作某些又分为切削某些与校准（修光）某些，如图3-35所示。图3-35 铰刀构造铰刀切削某些主偏角对孔加工精度、表面粗糙度和铰削时轴向力大小影响很大。值过大，切削某些短，铰刀定心精度低，还会增大轴向力；值过小，切削宽度增宽，不利于排屑；手用铰刀值普通取为0.51.5，机用铰刀值取为515。校准某些起校准孔径、修光孔壁及导向作用，增长校准某些长度，可提高铰削时导向作用，但这会使摩擦增大，排屑困难。对于手用铰刀，为增长导向作用，校准某些应做得长些；对于机用铰刀，为减少摩擦，校准某些应做得短些。校准某些涉及圆柱某些和倒锥某些，被加工孔加工精度和表面粗糙度取决于圆柱某些尺寸精度和形位精度等；倒锥某些作用是减少铰刀与孔壁摩擦。2 铰孔工艺特点及应用 铰孔余量对铰孔质量影响很大，余量太大，铰刀负荷大，切削刃不久被磨钝，不易获得光洁加工表面，尺寸公差也不易保证；余量太小，不能去掉上工序留下刀痕，自然也就没有改进孔加工质量作用。普通粗铰余量取为0.350.15mm，精铰取为。铰孔普通采用较低切削速度（高速钢铰刀加工钢和铸铁时，）以避免产生积屑瘤。进给量取值与被加工孔径关于，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。铰孔时必要用恰当切削液进行冷却、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粘附。与磨孔和镗孔相比，铰孔生产率高，容易保证孔精度;但铰孔不能校正孔轴线位置误差，孔位置精度应由前工序保证。铰孔不适当加工阶梯孔和盲孔。铰孔尺寸精度普通为IT9IT7级，表面粗糙度Ra普通为3.20.8。对于中档尺寸，精度规定较高孔（例如IT7级精度孔），钻扩铰工艺是生产中惯用典型加工方案。三、镗孔镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大一种加工办法，镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。1. 镗孔方式镗孔有三种不同加工方式。(1) 工件旋转，刀具作进给运动 在车床上镗孔大都属于此类镗孔方式（图3-36）。它图3-36 工件旋转、刀具进给镗孔方式工艺特点是：加工后孔轴心线与工件回转轴线一致，孔圆度重要取决于机床主轴回转精度，孔轴向几何形状误差重要取决于刀具进给方向相对于工件回转轴线位置精度。这种镗孔方式适于加工与外圆表面有同轴度规定孔。(2) 刀具旋转，工件作进给运动 图3-37a所示为在镗床上镗孔状况，镗床主轴带动镗刀旋转，工作台带动工件作进给运动。这种镗孔方式镗杆悬伸长度一定，镗杆变图3-37 刀具旋转、工件进给镗孔方式1镗杆 2镗刀 3工件 4工作台5主轴 6拖板 7镗模形对孔轴向形状精度无影响。但工作台进给方向偏斜会使孔中心线产生位置误差。镗深孔或离主轴端面较远孔时，为提高镗杆刚度和镗孔质量。镗杆由主轴前端锥孔和镗床后立柱上尾座孔支承。图3-37b为用专用镗模镗孔情形，镗杆与机床主轴采用浮动联接，镗杆支承在镗模两个导向套中，刚性较好。当工件随同镗模一起向右进给时，镗刀离左支承套距离由变为；如果用普通镗刀来镗孔，则镗杆变形会使工件孔产生纵向形状误差；若改用双刃浮动镗刀（参见图3-40）镗孔，因两切削刃背向力可以互相抵消，可以避免产生上述纵向形状误差。在这种镗孔方式中，进给方向相对主轴轴线平行度误差对所加工孔位置精度无影响，此项精度由镗模精度直接保证。(3) 刀具旋转并作进给运动 采用这种镗孔方式（图3-38）镗孔，镗杆悬伸长度是图3-38 刀具既回转又进给镗孔方式1镗杆 2镗刀 3工件 4工作台 5主轴变化，镗杆受力变形也是变化，镗出来孔必然会产生形状误差，接近主轴箱处孔径大，远离主轴箱处孔径小，形成锥孔。此外，镗杆悬伸长度增大，主轴因自重引起弯曲变形也增大，孔轴线将产生相应弯曲。这种镗孔方式只适于加工较短孔。2. 高速细镗（金刚镗）与普通镗孔相比，高速细镗特点是背吃刀量小，进给量小，切削速度高，它可以获得很高加工精度（IT7IT6）和很光洁表面（Ra为0.40.05）。由于高速细镗最初是用金刚石镗刀加工，故又称金刚镗；当前普遍采用硬质合金、CBN和人造金刚石刀具进行高速细镗。高速细镗最初用于加工有色金属工件，当前也广泛用于加工铸铁件和钢件。高速细镗惯用切削用量为：背吃刀量预镗为，终镗为；进给量为；切削速度加工铸铁时为，加工钢时为，加工有色金属时为。为了保证高速细镗能达到较高加工精度和表面质量，所用机床（金刚镗床）须具备较高几何精度和刚度，机床主轴支承惯用精密角接触球轴承或静压滑动轴承，高速旋转零件须经精准平衡。此外，进给机构运动必要十分平稳，保证工作台能做平稳低速进给运动。高速细镗加工质量好，生产效率高，在大批大量生产中它被广泛用于精密孔最后加工。3. 镗刀按不同构造，镗刀可分为单刃镗刀和双刃镗刀。单刃镗刀（图3-39）构造与车图3-39 单刃镗刀a通孔单刃镗刀 b盲孔单刃镗刀刀类似，只有一种主切削刃。用单刃镗刀镗孔时，孔尺寸是由操作者调节镗刀头位置保证。双刃镗刀有两个对称切削刃，相称于两把对称安装车刀同步参加切削；孔尺寸精度靠镗刀自身尺寸保证。图3-40所示浮动镗刀是双刃镗刀一种，镗刀片插在镗杆槽中，图3-40 浮动镗刀依托作用在两个切削刃上背向力自动平衡其位置，可消除因镗刀安装误差或镗杆偏摆引起误差；但它与铰孔相似，只能保证尺寸精度，不能校正铰孔前孔轴线位置误差。4. 镗孔工艺特点及应用范畴镗孔和钻扩铰工艺相比，孔径尺寸不受刀具尺寸限制，且镗孔具备较强误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差，并且能使所镗孔与定位表面保持较高位置精度。镗孔和车外圆相比，由于刀杆系统刚性差、变形大，散热排屑条件不好，工件和刀具热变形比较大；因而，镗孔加工质量和生产效率都不如车外圆高。综上分析可知， 镗孔工艺范畴广，可加工各种不同尺寸和不同精度级别孔，对于孔径较大、尺寸和位置精度规定较高孔和孔系，镗孔几乎是唯一加工办法。镗孔加工精度为IT9IT7级，表面粗糙度Ra为。镗孔可以在镗床、车床、铣床等机床上进行，具备机动灵活长处。在单件或成批生产中，镗孔是经济易行办法。在大批大量生产中，为提高效率，常使用镗模。四、珩磨孔1. 珩磨原理及珩磨头珩磨是运用带有磨条（油石）珩磨头对孔进行精整、光整加工办法。珩磨时，工件固定不动，珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复直线运动。在相对运动过程中，磨条以一定压力作用于工件表面，从工件表面上切除一层极薄材料，其切削轨迹是交叉网纹（图3-41）。为使砂条磨粒运动轨迹不重复，珩磨头回转运动每分钟转数与珩磨头每分钟往复行程数应互成质数。图3-41 珩磨原理a）成形运动 b）砂条磨削轨迹展开图 c）合成速度珩磨轨迹交叉角与珩磨头往复速度及圆周速度关于，由图3-41知，。角大小影响珩磨加工质量及效率，普通粗珩时取，精珩时取。为了便于排出破碎磨粒和切屑，减少切削温度，提高加工质量，珩磨时应使用充分切削液。为使被加工孔壁都能得到均匀加工，砂条行程在孔两端都要超过一段越程量（图3-41中和），越程量过小，会导致两端孔径比中间偏小；越程量过大则使两端孔径偏大；越程量普通取为磨条长度30%50%。为保证珩磨余量均匀，减少机床主轴回转误差对加工精度影响，珩磨头和机床主轴之间大都采用浮动连接。珩磨头磨条径向伸缩调节有手动、气动和液压等各种构造形式，图3-42为手动调节构造，磨条4用结合剂与砂条座6固结在一起，装在本体5槽中，砂条座两端用弹簧卡箍8箍住。向下旋转螺母1时，推动调节锥3下移，调节锥3上锥面顶销7使砂条胀开，以调节珩磨头工作尺寸及磨条对工件孔壁工作压力。珩磨过程中，由于孔径扩大、砂条磨损等因素，砂条对孔壁工作压力逐渐减小，需随时调节。手动调节工作压力，不但操作费时，生产效率低，并且还不容易将工作压力调节得适当，只合用于单件小批生产。在大批大量生产中广泛采用气动或液动珩磨头。图3-42 珩磨头1螺母 2弹簧 3调节锥 4磨条 5本体 6砂条座 7销 8弹簧卡箍2. 珩磨工艺特点及应用范畴1）珩磨能获得较高尺寸精度和形状精度，加工精度为IT7IT6级，孔圆度和圆柱度误差可控制在范畴之内，但珩磨不能提高被加工孔位置精度。2）珩磨能获得较高表面质量，表面粗糙度Ra为，表层金属变质缺陷层深度极微（）。 3）与磨削速度相比，珩磨头圆周速度虽不高（vc=1660m/min），但由于砂条与工件接触面积大，往复速度相对较高(va=820m/min)，因此珩磨仍有较高生产率。珩磨在大批大量生产中广泛用于发动机缸孔及各种液压装置中精密孔加工，孔径范围普通为或更大，并可加工长径比不不大于10深孔。但珩磨不合用于加工塑性较大有色金属工件上孔，也不能加工带键槽孔、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精加工办法，它是用特制拉刀在拉床上进行。拉床分卧式拉床和立式拉床两种，以卧式拉床最为常用。图3-43，是在卧式拉床上拉削圆孔加工示意图3-43 在卧式拉床上拉孔a）卧式拉床 b）圆孔拉削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。拉孔时，先将拉刀1头部插入工件9待加工孔中，并把工件端面贴紧在拉床球面支承垫圈11上（参见图3-43b），然后由机床主轴上夹头5将拉刀7头部夹住，并强制使拉刀从工件孔中通过，让拉刀上尺寸逐齿增大刀齿顺序通过工件孔，从孔壁上一层一层地切除余量，最后加工出满足一定规定孔。拉削时拉刀只作低速直线运动（主运动）。图3-44表达拉刀刀齿尺寸逐齿增大切下金属过程。图中是相邻两刀齿半径上高度差，即齿升量。齿升量普通依照被加工材料、拉刀类型、拉刀及工件刚性等因素选用，用普通拉刀拉削钢件圆孔时，粗切刀齿齿升量为/齿，精切刀齿齿升量为图3-44 拉刀切削某些/齿。刀齿切下切屑落在两齿间空间内，此空间称为容屑槽。拉刀同步工作齿数普通应不少于3个，否则拉刀工作不平稳，容易在工件表面产生环状波纹。为了避免产生过大拉削力而使拉刀断裂，拉刀工作时，同步工作刀齿数普通不应超过68个。 拉孔有三种不同拉销方式，分述如下：(1) 分层式拉削 这种方式特点是拉刀将工件加工余量一层一层顺序地切除。图3-45所示为分层式圆孔拉刀切削某些、拉削图形及切屑形状。为了便于断屑，刀齿上磨有互相交错分屑槽。按分层式拉削方式设计拉刀称作普通拉刀。图3-45 分层式拉削a）拉削图形 b）切削某些齿形 c）切屑2分块式拉削 这种方式特点是加工表面每一层金属是由一组尺寸基本相似但刀齿互相交错刀齿（普通每组由2-3个刀齿构成）切除。每个刀齿仅切去一层金属一某些。图3-46为3个刀齿一组圆孔拉刀切削某些齿形及其拉削图形。第一齿与第二齿图3-46 分块式拉削1第一齿 2第二齿 3第三齿 4被第一齿切除金属层 5被第二齿切除金属层 6被第三齿切除金属层截形相似，但切削位置互相错开，各切除圆周上几段金属，剩余未切除某些由一组中第三个刀齿切除。第三个齿不开分屑槽，为使第三齿不切整圈材料，其外径应较同组其他刀齿直径小。按分块拉削方式设计拉刀称为轮切式拉刀。3综合式拉削 这种方式集中了分层及分块式拉削长处，粗切齿某些采用分块式拉削，精切齿某些采用分层式拉削。这样既可缩短拉刀长度，提高生产率，又能获得较好工件表面质量。按综合拉削方式设计拉刀称为综合式拉刀。圆孔拉刀构造如图3-47所示，它由下列几种某些构成:头部夹持刀具、传递动力某些；颈部连接头部与其后各某些，也是打标记地方；过渡锥部使拉刀前导部易于进入工件孔中，起对准中心作用；前导部工件此前导部定位进入切削部位；切削部肩负切削工作，涉及粗切齿、过渡齿与精切齿三某些；校准部校准和刮光已加工表面；后导部在拉刀工作即将结束时，由后导部继续支承住工件，防止因工件下垂而损坏刀齿和碰伤已加工表面；支承部当拉刀又长又重时，为防止拉刀因自重下垂，增设支承部，由它将拉刀支承在滑动托架上，托架与拉刀一起移动。图3-47 圆孔拉刀构造1头部 2颈部 3过渡锥部 4前导部5切削部 6校准部 7后导部 8支承部拉刀切削某些几何参数有：齿升量、齿距、刃带宽度、前角、后角（参见图3-44）。拉刀惯用牌号为W18Cr4V高速钢制造，切削部热解决后硬度规定为6366HRC。2. 拉孔工艺特性及应用范畴1）拉刀是多刃刀具，在一次拉削行程中就能顺序完毕孔粗加工、精加工和精整、光整加工工作，生产效率高。2）拉孔精度重要取决于拉刀精度，在普通条件下，拉孔精度可达IT9IT7，表面粗糙度Ra可达m 。3）拉孔时，工件以被加工孔自身定位（拉刀前导部就是工件定位元件），拉孔不易保证孔与其他表面互相位置精度；对于那些内外圆表面具备同轴度规定回转体零件加工，往往都是先拉孔，然后以孔为定位基准加工其他表面。4）拉刀不但能加工圆孔，并且还可以加工成形孔，花键孔。5）拉刀是定尺寸刀具，形状复杂，价格昂贵，不适合于加工大孔。拉孔惯用在大批大量生产中加工孔径为、孔深不超过孔径5倍中小零件上通孔。