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1、第二节孔加工 孔加工的技术要求 主要有 尺寸精度 孔的直径和深度的尺寸精度 形状精度 孔的圆度 圆柱度及轴线的直线度 位置精度 孔与孔或孔与外圆表面的同轴度 孔与孔之间的尺寸精度 平行度和垂直精度等 表面质量 表面粗糙度等 根据孔的结构和用途 可以将孔分为以下几种类型 紧固孔和辅助孔 回转体零件的轴心孔 箱体支架类零件的轴承孔 孔的加工方法较多 常用的有钻 扩 铰 镗 拉 磨 研磨和珩磨等 孔加工方案的选用 拟定孔加工方案的原则与外圆面相同 即首先要满足加工表面的技术要求 同时还要考虑经济性和生产率 但拟定孔的加工方案要比外圆面复杂得多 因为 1 孔的类型很多 各种孔的功用不同 使得孔径 长径
2、比及技术要求各方面差异很大 加工孔要比加工同样质量要求的外圆困难 2 加工外圆面的基本方法只有车削 磨削和光整加工几种 而常用的孔加工方法则有钻 扩 铰 镗 拉 磨和光整加工等多种 每一种方法都有一定的应用范围和局限性 因而在拟定加工方案时 要根据孔的尺寸 技术条件 零件材料以及生产条件等众多因素作综合考虑 才能选择出合理的加工方法 3 带孔零件的结构和尺寸是多种多样的 除回转体零件外 还有大量其客观存在类型的零件 相同的孔加工方法 又可在不同的机床上进行 因而在拟定方案时 还要根据具体情况才能选出合适的机床和装夹方式 一 钻孔 1 钻孔方法用钻头在零件的实体部位加工孔叫钻孔 钻孔是一种最基本
3、的孔加工方法 钻孔的加工精度较低 只能用作粗加工 对要求不高的孔 如螺栓过孔 螺纹底孔和油孔 将其钻出即可 对要求较高的孔 如轴承孔和定位孔等 钻孔后还需采用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工 才能达到要求的精度和表面粗糙度 钻孔可以在车床 钻床或镗床上进行 也可以在铣床上进行 钻孔最常用的刀具是麻花钻头 它是由工作部分 颈部和柄部组成 图5 19 图5 19a为直柄麻花钻 图5 19b为锥柄麻花钻 图5 19麻花钻 图钻头引偏 2 钻孔的工艺特点 易引偏 引偏是孔径扩大或孔轴线偏移和不直的现象 由于钻头横刃定心不准 钻头的刚性和导向作用较差 切入时钻头易偏移 弯曲 在钻床上钻孔易引起孔的轴线偏
4、移和不直 图a 在车床上钻孔易引起孔径扩大 图b 引偏产生的原因有 钻头细长 刚性差 为了形成切削刃和容屑空间 必须具备的两条螺旋槽使钻芯变得更细 使刚性更差 为减少与孔壁的摩擦 钻头只有两条很窄的刃带与孔壁接触 接触刚度和导向作用也很差 钻头的两条主切削刃制造和刃磨时 很难作到完全一致和对称 图 导致钻削时作用在两条主切削刃上的径向分力大小不一 钻头横刃处的前角呈很大的负值 图中未示出 且横刃是一小段与钻头轴线近似垂直的直线刃 因此钻头切削时 横刃实际上不是在切削 而是挤刮金属 导致横刃处的轴向分力很大 横刃稍有偏斜 将产生相当大的附加力矩 使钻头弯曲 工件材料组织不均匀 加工表面倾斜等 也
5、会导致切削时钻头 引偏 图钻头 排屑困难 钻孔的切屑较宽 在孔内被迫卷成螺旋状 流出时与孔壁发生剧烈摩擦而划伤己加工表面 甚至会卡死或折断钻头 切削温度高 刀具磨损快 主切削刃上近钻心处和横刃上皆有很大的负前角 切削时产生的切削热多 加之钻削为半封闭切削 切屑不易排出 切削热不易传散 使切削区度很高 上述工艺特点使钻孔加工精度很低 同时 钻孔不易采用较大的切削用量 所以钻孔生产率低 实际生产中为提高孔加工精度 可采取以下措施 仔细刃磨钻头 使两个切削刃的长度相等 从而使径向切削力互相抵消 减少钻孔时的歪斜 在钻头上修磨出分屑槽 图a 将较宽的切屑分成窄条 以利于排屑 用大直径 小锋角 90 1
6、00 的短钻头预钻一个锥形孔 可以起到钻孔时的定心作用 图b 用钻模为钻头导向 图c 这样可减少钻孔开始时的引偏 特别是在斜面或曲面上钻孔时更为必要 图提高孔加工精度的措施a 修磨分屑槽b 预钻定心孔c 用钻模为钻头导向 二 扩孔 扩孔是用扩孔钻对工件上已有 铸出 锻出或钻出 孔进行的扩大加工 提高孔的精度 减小表面粗糙度Ra值 属于半精加工 扩孔方法如图所示 扩孔时 加工余量比钻孔时小得多 因此扩孔钻的结构和切削情况比钻孔时要好 图扩孔 如图所示 扩孔钻与麻花钻在结构上相比有以下特点 刚性较好 由于扩孔的切削深度小 切屑少 容屑槽可做得浅而窄 使钻心比较粗大 增加了工作部分的刚性 导向性较好
7、 由于容屑槽浅而窄 可在刀体上做出3 4个刀齿 这样一方面可提高生产率 同时也增加了刀齿的棱边数 从而增强了扩孔时刀具的导向及修光作用 切削比较平稳 切削条件较好 扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心 无横刃避免了横刃和由横刃引起的不良影响 轴向力较小 可采用较大的进给量 生产率较高 此外 切屑少 排屑顺利 不易刮伤已加工表面 图5 24扩孔钻 由于上述原因 扩孔比钻孔的精度高 表面粗糙度Ra值小 且在一定程度上可校正原有孔的轴线偏斜 扩孔常作为铰孔前的预加工 对于质量要求不太高的孔 扩孔也可作最终加工工序 三 铰孔 铰孔是在扩孔或半精镗的基础上进行的 是应用较普遍的孔的精加工方法之一 铰孔采用
8、铰刀进行加工 铰刀可分为手铰刀和机铰刀 手铰刀如图a所示 用于手工铰孔 柄部为直柄 机铰刀如图b所示 多为锥柄 装在钻床上或车床上进行铰孔 铰刀 铰刀由工作部分 颈部 柄部组成 工作部分包括切削部分和修光部分 切削部分为锥形 担负主要切削工作 修光部分有窄的棱边和倒锥 以减小与孔壁的摩擦和减小孔径扩张 同时校正孔径 修光孔壁和导向 手铰刀修光部分较长 以增强导向作用 铰孔的工艺特点 铰孔余量小 粗铰为0 l5mm 0 35mm 精铰为0 05mm 0 l5mm 切削速度低 比钻孔和扩孔的切削速度低得多 以避免积屑瘤的产生和减少切削热 一般粗铰vc 4m min l0m min 精铰vc l 5
9、m min 5m min 适应性差 铰刀属定尺寸刀具 一把铰刀只能加工一定尺寸和公差等级的孔 不宜铰削阶梯孔 短孔 不通孔和断续表面的孔 如花键孔 需施加切削液 为减少摩擦 利于排屑 散热 以保证加工质量 应加注切削液 一般铰钢件用乳化液 铰铸铁件用煤油 钻头 扩孔钻和铰刀都是标准刀具 市场上均易买到 对于 80mm以下较精密孔 采用钻一扩一铰这种典型的加工方案进行加工非常方便 而且 此加工方案在单件小批乃至大批大量生产中均可采用 钻一扩一铰多在钻床和车床上进行 也可在铣床和镗床上完成 钻一扩一铰只能保证孔本身的精度 难以保证孔与孔之间的尺寸精度和位置精度 为了解决这一问题 可以利用夹具 如钻
10、模 进行加工 或者采用镗孔 四 镗孔 或在车床上车孔 镗孔是用镗削方法扩大工件孔的方法 是常用的孔加工方法之一 对孔内环槽等内成形表面 直径较大的孔 D 80mm 镗削是唯一适宜的加工方法 1 镗孔方法镗孔可在镗床上或车床上进行 回转体零件上的轴心孔适宜在车床上加工 图 主运动和进给运动分别是工件的回转和车刀的移动 a b c 图在车床上车孔a 车通孔b 车不通孔c 车槽 箱体类零件上的孔和孔系 有若干个相互间有平行度或垂直度要求的孔 适宜在镗床上加工 图 根据结构和用途不同 镗床分为卧式镗床 坐标镗床 立式镗床 精镗床等 应用最广的是卧式镗床 镗孔时 镗刀刀杆随主轴一起旋转 完成主运动 进给
11、运动可由工作台带动工件纵向移动 也可由主轴带动镗刀刀杆轴向移动来实现 图在镗床上镗孔 镗孔所用刀具为镗刀 镗刀分单刃镗刀和浮动镗刀 单刃镗刀的刀头结构与车刀类似 使用时 用紧固螺钉将其装夹在镗杆上 如图所示 其中图a为不通孔镗刀 刀头倾斜安装 图b为通孔镗刀 刀头垂直于镗杆轴线安装 图单刃镗刀a 不通孔镗刀b 通孔镗刀1 刀头2 紧固螺钉3 调节螺钉4 镗杆 浮动镗刀 图 在对角线的方位上有两个对称的切削刃 属多刃镗刀 两个切削刃间的尺寸D可以调整 以镗削不同直径的孔 调整时 先松开螺钉1 再旋动螺钉2以改变刀块3的径向位移尺寸 并用千分尺检验两切削刃间尺寸 使之符合被镗孔的孔径尺寸 最后拧紧
12、螺钉1即可 镗孔时 浮动镗刀插在镗杆的长方孔中 但不紧固 因此 它能沿镗杆径向自由滑动 依靠作用在两个对称切削刃上的径向切削力 自动平衡其切削位置 图浮动镗刀 2 镗孔的工艺特点 镗孔的适应性广 镗孔可在钻孔 铸孔和锻孔的基础上进行 可达尺寸精度等级和表面粗糙度Ra值的范围较广 除直径很小且较深的孔以外 各种直径及各种结构类型的孔均可镗削 镗孔可有效地校正原孔的轴线偏斜 但由于镗刀杆直径受孔径的限制 一般刚性较差 易弯曲变形和振动 故镗孔质量的控制 特别是细长孔 不如铰削方便 镗孔的生产率低 为减小镗杆的弯曲变形 需采用较小的切削深度和进给量进行多次走刀 镗床和铣床镗孔 需调整镗刀在刀杆上的径
13、向位置 操作复杂 费时 镗孔广泛用于单件小批生产中各类零件的孔加工 大批量生产中镗削支架 箱体的支承孔 需要使用镗模 五 磨孔 磨孔是用高速旋转的砂轮精加工孔的方法 1 磨孔方法磨孔是用磨削方法加工工件的孔 磨孔多在内圆磨床上进行 也可在外磨床上完成 磨内孔视频 磨孔时 图 砂轮旋转为主运动 工件低速旋转为圆周进给运动 其旋转方向与砂轮旋转方向相反 砂轮直线往复为轴向进给运动 切深运动为砂轮周期性的径向进给运动 磨孔多采用纵磨法 只在个别情况下 短孔及内成形面 采用横磨法 原因是受孔径限制 砂轮轴很细 刚性差 当然 更难以采用深磨法 在内圆磨床上 可磨通孔 不通孔 图a b 还可在一次装夹中同
14、时磨出孔内的端面 图c 以保证孔与端面的垂直度和端面圆跳动公差的要求 在外圆磨床上 除可磨孔 端面外 还可在一次装夹中磨出外圆 以保证孔与外圆的同轴度公差的要求 a b c 图磨孔示意图a 磨通孔b 磨不通孔c 磨孔内端面 2 磨孔的工艺特点磨孔与铰孔或拉孔比较 可磨淬硬孔 这是磨孔的最大优势 不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量 还可以提高孔轴线的直线度 同一个砂轮 可以磨削不同直径的孔 生产率比铰孔低 比拉孔更低 磨孔与磨外圆比较 表面粗糙度Ra值大 其原因 一是砂轮受孔径限制 直径小 故线速度低 砂轮工件接触面积大 且深入在孔内 切削液不易进入磨削区 冷却润滑效果差 生产率低 砂轮轴悬伸
15、长且细 刚性差 不易采用较大的进给量和切削深度 砂轮直径小 单位时间内磨粒磨损快 且易堵塞砂轮 须经常修整砂轮或更换砂轮 使辅助时间增加 六 拉孔 拉孔是用拉削方法加工工件的孔 1 拉孔方法用拉刀可以拉削各种截形的通孔 图5 31 也可以拉削平面 沟槽等 拉刀的结构如图5 32所示 图5 31拉削的典型内孔截形 图5 32拉刀的结构 拉孔时 工件的预制孔不必精加工 钻或粗镗后即可 工件也不需夹紧 只以工件端面作支承面 这就需要原孔轴线与端面间有垂直度要求 若孔的轴线与端面不垂直 应将工件端面贴在球面垫板上 图5 33 这样 在拉削力作用下 工件连同球形垫板能略作转动 使工件孔的轴线自动调整到与
16、拉刀轴线一致的方向 图5 33拉孔方法1 球面垫板2 工件3 拉刀 2 拉削的工艺特点 加工精度高 表面粗糙度Ra值小 原因是 拉削速度低 一般v l8m min 每齿的切削厚度小 故拉削过程平稳 无积屑瘤 有校准齿校正和修光孔壁 生产率高 拉刀一次行程即可完成粗 半精和精加工 拉刀寿命长 因其切削速度低 刀具磨损慢 刃磨一次可加工上千个工件 且拉刀可多次刃磨 拉刀成本高 刃磨复杂 仅适于大批大量生产 不能加工台阶孔 不通孔和薄壁孔 七 研孔 研孔是用研磨方法加工工件的孔 用于对精铰 精镗或精磨后的孔进一步光整加工 其尺寸公差等级可达1T7 1T6 表面粗糙度Ra值可达0 1 0 008 m 形状精度也有所提高 所用研磨材料 研磨余量以及研磨方法和特点等 均与研磨外圆相似 八 珩孔 珩孔是用珩磨方法加工工件的孔 珩磨工具 珩磨头 对工件表面施加一定压力 珩磨工具同时作相对旋转和直线往复运动 切除工件上极小余量的精加工方法 见图a 图珩磨孔 1 珩孔方法工作时 安装在机床工作台上的工件固定不动 珩磨头 由几条磨料粒度很细的磨条组成 下端插入精加工过的孔中 上端与机床主轴浮动联接 由主轴带
