教材钻中心孔.doc

教学单元三：车削套类零件
课题一： 钻孔、扩孔、铰孔
学习目标
1．能正确刃磨、选用、安装麻花钻。
2．掌握套类零件的加工方法。
任务提出：
掌握套类零件常用加工方法，学会麻花钻的刃磨与装夹。
课时安排与教学组织形式
本课题 50 学时完成,讲授 15 学时, 操作训练 35 学时，一体化教学。

工作准备
一、 车套类零件的工艺准备
（一）、套类零件的车削要求
1.尺寸精度 指套的尺寸按用途不同达到不同的要求。
2.形状精度 指套的外圆及内孔表面的圆度、圆柱度等。
3.位置精度 指套的各表面之间的互相位置精度、如径向圆跳动、同轴度及垂直度等。
4.表面粗糙度 指套筒各表面应达到设计的表面粗糙度。
本项目要加工的齿轮坯外表面对内孔轴线的跳动度误差≤0.05mm，端面对内孔轴线的垂直度误差≤0.02mm；内孔尺寸公差0.03 mm，表面粗糙度值Ra≤1.6μｍ，其余表面为Ra≤3.2μｍ。
（二）、套类零件在车床上的加工方法
套类零件孔的加工根据使用的刀具不同，可分为钻孔（包括钻孔、锪孔、钻中心孔）、车孔和铰孔等。
钻孔是低精度孔的成形加工方法，也常用于车孔前的粗加工（如图2.1-2a所示）。车孔是应用较为广泛的一种孔的加工方法，车孔可作为铰孔前的半精加工，也可在单件小批生产中对尺寸较大的高精度孔作精加工（如图2.1-2b所示）,因此，车孔经常是高精度孔加工的重要手段。铰孔在大批量生产中用于对尺寸不大的高精度孔作精加工(如图2-1.2c所示)。

图2.1-2 孔的加工方法

（三）、套类零件的装夹
套类工件是机械零件中精度要求较高的工件之一。套类工件的主要加工表面是内孔、外圆和端面。这些表面不仅有尺寸精度和表面粗糙度的要求，而且彼此间还有较高的形状精度和位置精度要求。因此，应选择合理的装夹方法。
尽可能在一次装夹中完成车削车削套类工件时，如单件小批量生产，可在一次装夹中尽可能把工件全部或大部分表面车削完毕。这种方法不存在因装夹而产生的定位误差，如果车床精度较高，可获得较高的形位公差精度。但采用这种方法车削时，需要经常转换刀架。车削如图2.1-3所示的工件，可轮流使用90°车刀、45°车刀、麻花钻、铰刀和切断刀等刀具加工。如果刀架定位精度较差，则在一次装夹中完成车削。常见的定位方法如下。

图2.1-3在一次装夹中完成

1、2－软卡爪 3－定位圆柱
图2.1-4软卡爪的形状

1.以外圆为基准保证位置精度
在加工外圆直径很大、内孔直径较小、定位长度较短的工件时，多以外圆为基准来保证工件的位置精度。此时，一般应用软卡爪装夹工件。软卡爪用未经淬火的45钢制成，这种卡爪是在本车床上车削成形的，因而可确保装夹精度。其次，当装夹已加工表面或软金属时，不易夹伤工件表面。另外，还可根据工件的特殊形状相应地加工软卡爪，以装夹工件。因此，软卡爪在工厂中已得到越来越广泛的使用。软卡爪的形状如图2.1-4所示。
2.以内孔为基准保证位置精度
车削中小型的轴套、带轮和齿轮等工件时，一般可用已加工好的内孔为定位基准，并根据内孔配置一根合适的心轴，再将套装工件心轴支顶在车床上，精加工套类工件的外圆、端面等。常用的心轴个胀力心轴等。
（1）实体心轴
实体心轴分不带台阶和带台阶两种。不带台阶的实体心轴又称小锥度心轴（如图2.1-5a所示），其锥度C＝1：5 000～1：1 000，这种心轴的特点是制造容易、定心精度高，但轴向无法定位，承受切削力小，工件装卸时不太方便。带台阶的心轴如图2.1-5b所示，其配合圆柱面与工件孔保持较小的配合间隙，工件靠螺母压紧，常用来一次装夹多个工件。若装上块换垫圈，则装卸工件就更加方便，但其定心精度较低，只能保证0.02mm左右的同轴度。
（2）胀力心轴
胀力心轴依靠材料弹性变形所产生的胀力来胀紧工件，图2.1-5c所示为装夹在机床主轴锥孔中的胀力心轴，胀力心轴的圆锥角最好为30°左右，最薄部分的壁厚可为3～6mm。为了使胀力均匀，槽可做成三等分。使用时先把工件套在胀力心轴上，拧紧锥堵的方？，使胀力心轴胀紧工件。长期使用的胀力心轴可用65Mn弹簧钢制成。胀力心轴装卸方便，定心精度高，故应用广泛。

a)小锥度心轴 b)台阶心轴 c)胀力心轴
1、4、8－工件 2－小锥度心轴 3－台阶心轴 5－开口垫圈 6－螺母7－胀力心轴 9锥堵
图2.1-5常用心轴

二、刃磨麻花钻
用钻头在实体材料上加工孔的方法叫钻孔。钻孔的加工精度一般可达IT11～IT12。精度要求不高的孔，可以用钻头直接钻出。
钻头根据形状的不同，可以分为扁钻、麻花钻、中心钻、锪孔钻、深孔钻等。钻头一般用高速钢制成。近几年来，由于高速切削的发展，镶硬质合金的钻头也得到了广泛的使用。这里只介绍高速钢麻花钻。

(a) 锥柄麻花钻

(b)直柄麻花钻
图2.1-6　麻花钻的组成

（一）麻花钻三几何形状
1.麻花钻的组成（如图2.1-6所示）
（1）柄部 钻削时起传递扭矩和钻头的夹持定心作用。麻花钻有直柄和莫氏锥柄两种。直柄钻头的直径一般为0.3～13mm。莫氏锥柄钻头直径表2-1。为了节约高速钢，较大直径的麻花钻的柄部材料为碳素结构钢。
（2）颈部 直径较大的钻头在颈部标注商标、钻头直径和材料牌号。
（3）工作部分 这是钻头的主要部分，由切削部和导向部组成，其切削和导向的作用。

表2-1 莫氏锥柄钻头直径
莫氏锥度号
1
2
3
4
5
6
钻头直径
（mm）
6～15.5
15.6～23.5
23.6～32.5
32.6～49.5
49.6～65
70～80
2.麻花钻工作部的几何形状 如图2.1-7所示，麻花钻切削部分可以看作正反的两把车刀，所以它的几何角度的概念与车刀基本相同，但也有其特别性。

(b)
（1）螺旋槽 钻头的工作部有两条螺旋槽，它的作用是构成削刃、排出切削和通过切削液。
（2）螺旋角（β） 螺旋角指螺旋槽上最外缘的螺旋线展开成直线后与轴线之间的夹角。由于同一钻头螺旋一致，所以不同直径处的螺旋角大小不同，越靠近中心螺旋角越小。钻头的名义螺旋角是指边缘处的螺旋角。标准麻花钻的螺旋角在18°～30°之间。

(a)

图2.1-7 麻花钻的各部分名称

（3）前面 指螺旋槽面。
（4）后面 指钻顶的螺旋圆锥面。
（5）顶角（2kr） 钻头两主切削刃之间的夹角。顶角大、主切削刃短、定心差，钻出的孔容扩大。但顶角大、前角也增大、切削省力些。顶角小则反之。一般标准麻花钻的锋角为118°。
当麻花钻顶角为118°时，两主切削刃为直线，如果顶角不为118°时，主切削刃就变为曲线，（如图2.1-8所示）。麻花钻头基本上可以根据图2-1.8所示的切削刃形状来鉴别顶角的大小。

(a) (b) (c)
a) 2kr=118° b) 2kr>=118° c) 2kr<=118°
图2.1-8麻花钻顶角大小对主切削刃的影响

（6）前角（γ0） 前角是基面与前面的夹角。麻花钻前角的大小与螺旋角、顶角、钻心直径等有关，而其中影响最大的是螺旋角。螺旋角越大，前角也越大。由于螺旋角随直径的大小而改变，所以切削刃上各点的前角也是变化的，如图图2.1-9所示。前角靠近外缘处最大，自外缘向中心逐渐减小，并约在D/3以内开始为负前角。前角变化范围大约为＋30°～－30°。

图2.1-10麻花钻后角的测量

(a) (b)
图2.1-9麻花钻的前角变化

（7)后角（0） 后角是切削平面与后刀面的夹角。为了测量方便，后角在圆柱面内测量。麻花钻主切削刃上各点的后角数值也是变化的。靠近外缘处的后角最小，靠近中心处的后角最大，外缘处后角一般为8°～10°（见图2.1-10）。
（8)横刃 钻头两切削刃的连线，也是两个主后面的交线。横刃太短会影响麻花钻钻尖的强度，横刃太长使轴向力增大，对钻削不利。
（9)横刃斜角（ψ） 在垂直于钻头轴线端面的投影中，横刃与主切削之间的夹角。它的大小由后角的大小决定。后角大时，横刃斜角就减小，横刃变长。后角小时情况相反。横刃斜角一般为55°
(10)棱边和倒锥 麻花钻的导向部在切削过程中能保持钻削方向、修光孔壁以及作切削部分的后备部分。在切削过程中，为了减少与孔壁间的摩擦，在麻花钻上特地制出了两条略带倒锥形的刃带（即棱边）。
（二）麻花钻的刃磨
1.麻花钻刃磨的要求
麻花钻的刃磨质量直接关系到钻孔的质量和钻孔效率。麻花钻刃磨时一般只刃磨两个主后面，但同时要保证后角、顶角和横刃斜角正确。所以麻花钻刃磨是比较困难的。
麻花钻刃磨必须达到以下要求：
（1）麻花钻的两条主切削刃应该对称，也就是两主切削刃与钻头轴线成相同的角度，并且长度相等。
（2）横刃斜角为55°
2.刃磨麻花钻常见的问题 刃磨时常出现：顶角不对称，顶角和切削刃长度都不对称等。

a)刃磨正确 b)顶角不对称 c)切削刃长度不等
图2.1-11钻头刃磨不正确对加工的影响
(1）用顶角磨得不对称的钻头钻削时，只有一个切削刃在切削，而另一个切削刃不起作用。两边受力不平衡，结果使钻头的孔扩大和倾斜,如图2.1-11a所示。
(2）钻头顶角磨得对称，但切削刃长度也不一样时，钻孔的情况如图2.1-11b所示。钻头的工作轴线由O-O移到O’-O’，钻出的孔径必定大于钻头直径。
钻头顶角磨得不对称，切削刃长度也不同时，如果短刃的顶角大，就会钻出台阶底部的扩大孔如图2.1-11c所示。
刃磨得不正确的钻头，由于切削刃不平均，会使钻头横快磨损。

2.1-12麻花钻的刃磨方法

3.麻花钻的刃磨方法和步骤
（1）刃磨前，钻头切削刃应放置再砂轮中心平面上，活稍高些。钻头中心线与沙论外圆柱面母线再水平面内的夹角等于顶角2Φ的一半，同时钻尾向下倾斜，见图2.1-12a。
（2）钻头刃磨时用右手握住前端作支点，左手握钻尾，以钻头前端支点为圆心，钻尾作上下摆动（如图2.1-12b所示），并略带旋转；但不能转动过多，或上下摆动太大，以防磨出负后角，或把另一面切削刃磨掉。特别是再刃磨小麻花钻时更应注意。
（3）当一个主切削刃磨削完毕后，把钻头转过180°刃磨另一个主切削刃，人和手要保持原来的位置和姿势，这样容易达到两刃对称的目的。
4.麻花钻的角度检查
（1）目测法 当麻花钻磨好后，通常采用目测法检查。其方法是，把钻头垂直竖再与眼等高的位置上，在明亮的背景下用肉眼观察两刃的长短和高低及后角等（如图2.1 -13所示）。但由于视差关系，往往会感到左刃高，右刃低，此时就要把钻头转过180°。再进行观察。这样反复观察对比，最后觉得两刃基本对称，就可使用。如果发生两刃右偏差，必须继续进行修磨。

图2.1-13 目测法检查麻花钻后角 图2.1-14用样板检查顶角、刃长和对称性

图2.1-15用量角器检查麻花钻的刃长和对称性
（2）使用角度样板检查 用事先制作好的标准角度样板检查钻头的顶角是否合格、钻头转过180°看两主切削刃是否等长，并通过观察钻头中心与样板底线是否垂直来判断两主偏角是否对称（如图2.1-14所示）。
（3）使用量角器检查 使用量角器检查时，只需要将角尺的一边贴在麻花钻的棱边上，另一边搁在钻头的刃扣上，测量其刃长和角度（见图2.1-15）。然后转过180°，以同样方法检查即可。

三、钻孔
（一）钻孔时的注意事项
1.钻孔前，现先把工件端面车平，否则会影响正确定心。
2.必须找正尾座，使钻头轴线跟工件回转轴线重合，以防孔径扩大和钻头折断。
3.用较长的钻头钻孔时，为了防治钻头跳动，可以在刀架上夹一铜棒或挡铁（图2.1-16），轻轻支顶住钻头头部，使它对准工件的回转中心。然后缓慢进给，当钻头在工件上已正确定心，并正常钻削以后，把铜棒退出。

图2.1-16采用档块钻孔

4.对于小孔，可先用中心钻定心，再用麻花钻钻孔，这样钻出的孔同轴度好，尺寸正确。
5.当钻了一段孔以后，应把钻头退出，停车测量孔径，检查时候符合要求。
6.钻较深的孔时，切屑不易排出，必须经常退出钻头，清除切屑。如果是很长的通孔，可以采用掉头钻孔的方法。
7.当孔将钻穿时，因为钻头的横刃不再参加工作，阻力大大减小，进给时就会觉得手轮摇起来很轻松，这时进给量必须减小，否则会使钻头的切削刃“咬”在工件孔内而损坏钻头，或者使钻头的锥柄在尾座锥孔内打转，把锥柄和锥孔拉毛。
8.钻孔时，为了防治钻头发热，应充分使用切削液降温，防治麻花钻退火。
在车床上钻孔时，切削液很难深入刀切削区，特别是深孔就更加困难，钻削中应经常摇出钻头，以利排屑和冷却钻头。
（二）钻孔时的切削用量
(1)背吃刀量 ap＝D钻/2（D钻为钻头直径）
(2)切削速度 c 钻孔的切削速度一般指钻头主切削刃外缘处的线速度。
c＝πD钻n/1000 m/min
式中c――切削速度（m/min）;
n――工件转速（r/min）
D钻――钻头直径（mm）.
用高速钢钻头钻钢料时，切削速度一般为0.3～0.6m/min，钻铸铁时应稍低些。根据切削速度计算公式可知，在相同的切削速度下，钻头直径越小，转速应越高。
(3)进给量（f） 在车床上钻孔时，工件每转一转，钻头和工件间的轴向相对位移，称为每转进给量（mm/r）。钻孔时，一般式用手慢慢转动车床尾座手轮实现进给，进给量太大会使钻头折断。如用Φ30mm的钻头钻钢料时，进给量一般选取f=0.1～0.3mm/r为宜，钻铸铁时进给量取f=0.15～0.35mm/r为宜。
四、扩孔和铰孔
用扩孔刀具扩大工件孔径使之达到技术要求的方法称为扩孔，常用的扩孔刀具有麻花钻和扩孔钻。
(一)、用麻花钻扩孔
用麻花钻扩孔，适用于一般精度的孔扩大加工。由于麻花钻横刃不参加切削，故轴向切削力小，进给省力。但因麻花钻外缘处的前角较大，容易将麻花钻拉出，使麻花钻在尾座套筒内打滑。
用麻花钻扩孔时，应将麻花钻外缘处的前角修磨得小些，并对进给量加以适当的控制。

a)高速钢扩孔钻 b)硬质合金扩孔钻
（二）、用扩孔钻扩孔
1.扩孔钻按切削部分的材料分类
2.扩孔钻的结构
扩孔钻按切削部分的材料分类可分为高速钢扩孔钻(如图a)和硬质合金扩孔钻(图b)两种。扩孔钻由工作部分、切削部分、导向部分、颈部、柄部、扁尾6部分组成(见图4-2-2)。
3.扩孔钻的主要特点
(1) 扩孔钻的齿数较多(一般有3-4齿)，导向性好，切削平稳。
(2)切削刃不必自外缘一直到中心，横刃不参加工作，可避免横刃对切削的不利影响。
(3)扩孔钻钻心粗，刚度高，可选较大的切削用量，生产效率高。
4.切削用量的选择
(1)扩孔时的进给量为钻孔时的1.5-2倍，切削速度是钻孔时的0.5倍。
(2)扩孔时背吃刀量可用下列公式计算(见图4-2-3):