钻镗床及其加工

    第一节　钻镗床及其加工

    前面几章详细介绍几类在生产实践中比较常用的机床结构及其加工方法，在本章中将简单介绍几种其它类的通用机床结构及其加工方法。本节将介绍钻镗床及其加工。

    钻床和镗床都是加工内孔的机床，主要用于加工外形复杂、没有对称旋转轴的工件，如杠杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔或孔系。

    一、钻床及钻削

    （一）钻床

    钻床一般用于加工直径不大、精度要求较低的孔，其基本方法是用钻头在实心材料上钻孔。此外还可以扩孔、铰孔、拉孔、锪孔及攻螺纹等的加工。加工时，工件固定不动，刀具旋转作主运动，同时沿轴向移动作进给运动。其常见的加工方法如图8－1所示。

    

    

    图8－1　钻床的加工方法

    钻床的种类很多，下面主要介绍几种常见的类型。

    1．台式钻床

    台式钻床是一种常见的小型钻床，它一般是放置在台桌上使用，结构如图8－2所示。主要用于钻削中小型零件上的小孔，其最大钻孔直径有2mm、6mm、12mm、16mm、20mm等几种。

    2．立式钻床

    立式钻床也是应用较广的一种钻床，其特点是为主轴垂直布置，而且其位置是固定的。加工时，为使刀具旋转中心线与被加工孔的中心线重合，必须移动工件，对于大型笨重的零件，控制很不方便。所以该类钻床只适合于加工单件、小批量生产中的中小型零件上的孔。

    

    

    1—塔轮　2—V型带　3—丝杠架　4—电动机　5—立柱　6—锁紧手柄　7—工作台

    

    8—升降手柄　9—钻夹头　10—主轴　11—进给手柄　12—主轴架

    

    图8－2　台式钻床

    3．摇臂钻床

    摇臂钻床是摇臂可绕立柱回转和升降，主轴箱在摇臂上可做水平移动的钻床，其结构如图8－3所示。因为主轴不仅可水平移动且可上下移动，可以很方便调整主轴的位置，使其移动到零件加工所需的位置。该类钻床适用于加工大型零件上的孔及多孔零件的钻孔、扩孔、铰孔、锪平面及攻螺纹等的加工。

    （二）钻削刀具与钻削

    钻削加工是用钻头在工件上加工孔的一种加工方法。在钻床上加工时，工件固定不动，刀具作旋转运动的同时沿轴向移动。钻削加工的工艺范围较广，在钻床上采用不同的刀具，可以完成钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔和锪平面等，如图8－1所示。在钻床上钻孔精度低，但也可通过钻孔—扩孔—铰孔加工出精度要求很高的孔（IT6～IT8，表面粗糙度为1．6～0．4μm），还可以利用夹具加工有位置要求的孔系。

    1．钻削刀具

    钻削常用的刀具就是钻头，下面将详细介绍钻头的结构。

    （1）麻花钻的组成　标准麻花钻如图8－4所示，由柄部、颈部和工作部分组成。

    柄部　柄部是钻头的夹持部分，钻孔时用于传递转矩。

    颈部　麻花钻的颈部凹槽是磨削钻头柄部时的砂轮退刀槽，槽底通常刻有钻头的规格及厂标。

    工作部分　麻花钻的工作部分是钻头的主要部分，由切削部分和导向部分组成。

    切削部分　担负着切削工作，由两个前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃及一个横刃组成。

    导向部分　是当切削部分切入工件后起导向作用，也是切削部分的备磨部分。

    

    

    1—底座　2—内立柱　3—外立柱　4—摇臂　5—主轴箱　6—主轴　7—工作台

    

    图8－3　Z3040型摇臂钻床

    

    

    图8－4　麻花钻的结构

    （2）麻花钻的几何角度

    ①前角γ_O　主切削刃上选定点的前角是在该点的正交平面内测量的。由于钻头前刀面是螺旋面，且各处的基面和正交平面位置也不相同，所以主切削刃上各点的前角随着直径的大小而变化，钻头外缘处的前角大，钻心处前角最小。

    ②后角α_o　主切削刃上选定点的后角，是在以钻头轴线为轴且过该点圆柱面的切平面内测量的。跟前角一样，各点的后角也不相等。钻头外缘处后角最小，钻心处前角最大。

    ③顶（锋）角2φ　钻头顶角是在与两条主切削刃平行的平面内测量的两条主切削刃在该平面内投影间的夹角，记为2φ。标准麻花钻的2φ＝118°。

    

    

    图8－5　为麻花钻的角度

    ④螺旋角β　钻头螺旋沟表面与外圆柱表面的交线为螺旋线，该螺旋线与钻头轴线的夹角称钻头螺旋角。由于主切削刃上各点半径不同，所以钻头各点的螺旋角也不一样了，钻头主切削刃上外缘处的螺旋角最大，越靠近钻头中心处螺旋角越小。螺旋角越大，侧前角越大，钻头切削刃越锋利。但螺旋角过大，会使钻头刃口处强度削弱，散热条件变差。标准麻花钻的名义螺旋角一般在18°～30°之间，大直径钻头取大值。从切削原理角度出发，钻不同工件材料需要不同的螺旋角。如：钻青铜、黄铜时，β＝8°～12°；钻紫铜、铝合金时，β＝35°～40°；钻高强度钢、铸铁时，β＝10°～15°。

    ⑤横刃斜角ψ　两个主后刀面的交线即为横刃。在端面投影图中测量的、横刃相对于主切削刃倾斜的角度，称横刃斜角。它是刃磨钻头主后刀面时自然形成的。后角大时，ψ减小，一般情况下，ψ＝50°～55°。

    2．切削用量

    钻削用量包括背吃刀量（钻削深度）a_p、进给量f、切削速度v_c三要素，由于钻头有两条主切削刃，所以

    钻削深度（单位为mm）　　　　　　　a_p＝d／2

    每刃进给量（单位为mm／z）　　　　　fz＝f／2

    钻削速度（单位为m／min）　　　　　vc＝πdn／1000

    3．钻削加工

    （1）钻孔方法

    

    

    图8－6　钻削加工

    钻孔前先要在工件上划线，打样冲眼，以便钻孔时起定位作用。较小的工件用台虎钳夹紧，大的工件用螺栓、压板装夹。钻孔时，应根据孔径的大小选择钻头。用直径较大的钻头钻孔时，钻床主轴转速应低些，以免钻头很快磨钝；用较小的钻头钻孔时，钻床主轴转速可高些，但进给量应小些，以免钻头会折断。钻孔开始时，应先钻一浅坑，检查孔的位置是否正确；钻深孔时应经常提起钻头，排出切屑和使钻头冷却。大批量钻孔时，为了提高生产率和质量，可先按照工件的形状和尺寸制成钻模，钻孔时按照钻模位置进行加工，这样加工前就不必在工件上划线。

    （2）钻头装夹

    

    

    图8－7　钻头装夹

    直柄钻头，用带锥柄的钻夹头夹紧，再将钻夹头插入主轴锥孔中。如果钻夹头的锥柄不够大，可套上钻套后再插入主轴锥中。对于柄钻头若其锥柄规格与主轴锥孔规格相同，可将直接插入主轴锥孔中，不相符时也可加用钻套。

    （3）工件的装夹

    对孔径较小的小型工件，用平口虎钳装夹；当孔径较大时，应采用压板、螺栓和V形块等装夹。

    （4）钻削加工的工艺特点

    ①钻头在半封闭的状态下进行切削的，切削量大，排屑困难。

    ②摩擦严重，产生热量多，散热困难。

    ③转速高、切削温度高，致使钻头磨损严重。

    ④挤压严重，所需切削力大，容易产生孔壁的冷作硬化。

    ⑤钻头细而悬伸长，加工时容易产生弯曲和振动。

    ⑥钻孔精度低，尺寸精度为IT13～IT12，表面粗糙度Ra为12．5～6．3μm。

    4．扩孔和铰孔

    （1）扩孔

    

    

    图8－8　工件装夹

    

    

    图8－9　扩孔钻

    扩孔常用于已铸出、锻出或钻出孔的扩大。扩孔可作为铰孔、磨孔前的预加工，也可以作为精度要求不高的孔的最终加工。扩孔比钻孔的质量好，生产效率高。护孔对铸孔、钻孔等预加工孔的轴线的偏斜，有一定的校正作用。扩孔精度一般为IT10左右，表面精糙度R_a值可达6．3μm～3．2μm。

    扩孔钻如图8－9所示，它与麻花钻的区别是刀具数多（3～4个），故导向性好，切削平稳；刀体强度和刚性较好；没有横刃，改善了切削条件。因此，扩孔钻大大提高了切削效率和加工。

    （2）铰孔

    铰孔是利用铰刀从工件孔壁切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小表面粗糙度值的方法。它适用于孔的半精加工及精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。铰孔精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度Ra值为3．2μm～1．6μm，精细铰尺寸公差等级最高可达IT6，表面粗糙度Ra值为1．6μm～0．4μm。

    铰刀如图8－10所示，它的刀齿数多（6～12个），故导向性好，切削平稳；刀体强度和刚性较好（容屑槽浅，芯部直径大）；因此，铰孔的加工质量更好。

    

    

    图8－10　铰刀类型

    此外还有深孔钻、锪孔钻、复合钻等，这里就不再介绍，这类加工可以参看相关资料。

    二、镗床及镗削

    镗床主要是用镗刀在零件上加工孔的机床。下面将简单介绍常用的卧式镗床及其加工。

    （一）镗床

    镗削加工是用各种镗床对孔进行镗削加工的加工手段，是对已有孔进行扩大孔径并提高质量的加工方法。与钻床比较，镗床可以加工直径较大的孔，精度较高，且孔与孔的轴线的同轴度、垂直度、平行度及孔距的精确度均较高。

    镗床的种类很多，图8－11是比较常见的卧式镗床。

    

    

    图8－11　卧式镗床

    （二）镗削工艺

    镗削加工的工艺范围较广，它可以镗削单孔或孔系，锪、铣平面，镗盲孔及镗端面等，如图8－12所示。机座、箱体、支架等外形复杂的大型工件上直径较大的孔，特别是有位置精度要求的孔系，常在镗床上利用坐标装置和镗模加工。镗孔精度为IT7～IT6级，孔距精度可达0．015mm，表面粗糙度值Ra为1．6μm～0．8μm。利用镗床还可以切槽、车螺纹、镗锥孔和加工球面等。

    

    

    图8－12　卧式镗床的典型加工方法

    镗削加工是以镗刀的旋转运动为主运动，工件随工作台的移动（或镗刀的移动）为进给运动，切去工件上多余金属层的一种加工方法。它与以工件旋转为主运动的加工方式相比，避开了大型工件作旋转运动的弊端。如零件外形大而孔径小，不能高速切削；孔在工件上处于不对称位置，工件旋转时，就会产生失衡问题。镗削加工适应能力较强。这是因为镗床的多种部件都能作进给运动，使其具有加工上的多功能性。但镗刀后刀面与工件内孔表面摩擦较大，镗杆悬伸较长，故切削条件较差，容易引起振动。镗削加工生产率不高，要求工人技术水平高。

    （三）镗刀

    镗刀是指在镗床上用以镗孔的刀具。下面介绍几种常用的镗刀类型、结构及特点。

    1．单刃镗刀　图8－13（a）所示的单刃镗刀为镗通孔用的通孔镗刀，图8－13（b）所示的单刃镗刀为镗盲孔用的盲孔镗刀。

    

    

    图8－13　单刃镗刀

    2．双刃镗刀　双刃镗刀就是镗刀的两端有一对对称的切削刃同时参与切削，切削时可以消除径向切削力对镗杆的影响，工件孔径的尺寸精度由镗刀来保证。双刃镗刀分为固定式和浮动式两种。固定式镗刀块及其安装如图8－14所示。浮动式镗刀结构如图8－15所示，它与固定式的镗刀不同的是其镗刀块以间隙配合装入镗杆的方孔中，无需夹紧，而是靠切削时作用于两侧切削刃上的切削力来自动平衡定位。该种镗刀的特点是，能自动补偿由于镗刀块安装误差和镗杆径向圆跳动所产生的加工误差，用该镗刀加工出的孔径精度可达IT7～IT6表面粗糙度Ra为1．6μm～0．4μm。缺点是无法纠正孔的直线度误差和相互位置误差。

    

    

    图8－14　固定镗刀

    

    

    图8－15　浮动镗刀