機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第12講

第三節(jié)孔加工一、鉆孔與擴(kuò)孔1.鉆孔麻花鉆頭有兩條主切削刃，兩條副切削刃和一條橫刃，如圖3-30所示。圖3-30麻花鉆的切削部分螺旋槽表面為鉆頭的前刀面，切削部分頂端的錐圖3-30麻花鉆的切削部分曲面為主后刀面，刃帶為副后刀面，橫刃是兩主后刀面的交線。導(dǎo)向部分有兩條對(duì)稱的螺旋槽和刃帶，螺旋槽用來形成切削刃和前角，并起排屑和輸送冷卻液的作用。刃帶起導(dǎo)向和修光孔壁的作用，其倒錐以減小鉆頭與孔壁的摩擦。鉆頭的柄部是用于與機(jī)床主軸聯(lián)接、傳遞扭矩和軸向力。麻花鉆的主要幾何角度有頂角2

、前角

o、后角

f、橫刃斜角

和螺旋角

，如圖3-31所示。圖3-31標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的幾何角度鉆頭的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度較低，定心性不好，鉆孔加工的精度一般只能達(dá)到IT13~IT11級(jí)；表面粗糙度Ra一般為50~12.5μm；但鉆孔的金屬切除率大、切削效率高。鉆孔主要用于加工質(zhì)量要求不高的孔。對(duì)于加工精度要求較高的孔，鉆孔后還需進(jìn)行擴(kuò)孔、鉸孔鏜孔或磨孔等加工。2．?dāng)U孔擴(kuò)孔是用擴(kuò)孔鉆對(duì)已經(jīng)鉆出、鑄出或鍛出的孔作進(jìn)一步加工以擴(kuò)大孔徑并提高孔的加工質(zhì)量。擴(kuò)孔鉆與麻花鉆相似，但刀齒數(shù)較多，沒有橫刃。圖3-32擴(kuò)孔圖3-33擴(kuò)孔鉆與鉆孔相比，擴(kuò)孔具有下列特點(diǎn)：1）擴(kuò)孔鉆齒數(shù)多（多為3~4個(gè)齒）、導(dǎo)向性好，切削比較穩(wěn)定；2）擴(kuò)孔鉆沒有橫刃、切削條件好；3）加工余量較小，容屑槽可以做得淺些，鉆芯可以做得粗些，刀體強(qiáng)度和剛性較好。擴(kuò)孔加工的精度一般為IT11~IT10級(jí)，表面粗糙度Ra值一般為12.5~6.3μm。擴(kuò)孔常用于直徑小于100mm孔的加工。在孔徑較大（≥φ30mm）時(shí)，常先預(yù)鉆孔，然后再擴(kuò)孔，這樣可提高孔的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。擴(kuò)孔除了可以加工圓柱孔之外，還可以用各種特殊形狀的擴(kuò)孔鉆（亦稱锪鉆）來加工各種沉頭座孔和锪平端面，如圖3-34所示。圖3-34锪鉆a）锪沉頭座孔b）锪錐孔c）锪端面二、鉸孔鉸孔是對(duì)較小直徑孔的精加工方法之一，由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，故在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。1．鉸刀鉸刀一般分為手用鉸刀及機(jī)用鉸刀兩種。鉸刀不僅可加工圓形孔，也可用錐度鉸刀加工錐孔。鉸刀主要用于對(duì)中、小孔的半精加工和精加工。圖3-35鉸刀鉸刀的結(jié)構(gòu)與擴(kuò)孔鉆相似，有工作部分、柄部和頸部組成。工作部分又分為切削部分與校準(zhǔn)（修光）部分。圖3-36鉸刀的結(jié)構(gòu)鉸刀齒數(shù)較多（硬質(zhì)合金鉸刀4~8個(gè)齒，高速鋼鉸刀6~12個(gè)齒），其校準(zhǔn)部分起校準(zhǔn)孔徑、修光孔壁及導(dǎo)向作用。對(duì)于手用鉸刀，為增加導(dǎo)向作用，校準(zhǔn)部分應(yīng)做得長(zhǎng)些；對(duì)于機(jī)用鉸刀，為減少摩擦，校準(zhǔn)部分應(yīng)做得短些。校準(zhǔn)部分包括圓柱部分和倒錐部分。被加工孔的加工精度和表面粗糙度取決于圓柱部分的尺寸精度和形位精度；倒錐部分的作用是減少鉸刀與孔壁的摩擦。2．鉸孔的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用鉸孔余量對(duì)鉸孔質(zhì)量的影響很大，余量太大，鉸刀的負(fù)荷大，切削刃很快被磨鈍，不易獲得高的表面質(zhì)量，尺寸精度也不易保證；余量太小，不能去掉上道工序留下的刀痕。一般粗鉸余量取為0.15~0.35mm，精鉸取為0.05~0.15mm。鉸孔通常采用較低的切削速度（高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時(shí)vc＜8m/min）以避免產(chǎn)生積屑瘤。進(jìn)給量的取值與被加工孔徑有關(guān)，孔徑越大，進(jìn)給量取值越大，高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時(shí)進(jìn)給量常取為0.3~1.0mm/r。鉸孔時(shí)必須用適當(dāng)?shù)那邢饕哼M(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑和清洗，以防止產(chǎn)生積屑瘤并減少切屑在鉸刀和孔壁上的粘附。鉸孔比磨孔和鏜孔生產(chǎn)率高，容易保證孔的尺寸精度；但鉸孔不能校正孔軸線的位置誤差，孔的位置精度應(yīng)由前工序保證。鉸孔尺寸精度一般為IT9~IT7級(jí)，表面粗糙度值Ra一般為3.2~0.8μm。鉸孔不宜加工階梯孔和盲孔。對(duì)于中等尺寸，精度要求較高（IT7級(jí)左右）的孔，鉆—擴(kuò)—鉸工藝是生產(chǎn)中常用的典型加工方案。四、珩磨孔1．珩磨原理及珩磨頭圖3-41珩磨原理附圖

珩磨機(jī)圖3-43珩磨頭1-螺母2-彈簧3-調(diào)整錐4-磨條5-本體6-砂條座7-頂銷8-彈簧卡箍為保證珩磨余量均勻，減少機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，珩磨頭和機(jī)床主軸之間大都采用浮動(dòng)連接。珩磨頭磨條的徑向伸縮調(diào)整有手動(dòng)、氣動(dòng)和液壓等多種結(jié)構(gòu)形式。2．珩磨的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1）珩磨能獲得較高的尺寸精度和形狀精度，加工精度為IT7~IT6級(jí)，孔的圓度和圓柱度誤差可控制在3~5μm的范圍之內(nèi)，但珩磨不能提高被加工孔的位置精度。2）珩磨能獲得較高的表面質(zhì)量，表面粗糙度Ra為0.2~0.025μm，表層金屬的變質(zhì)缺陷層深度極微（2.5~25μm）。3）與磨削速度相比,珩磨頭的圓周速度雖不高,但由于砂條與工件的接觸面積大，往復(fù)速度相對(duì)較高，所以珩磨仍有較高的生產(chǎn)率。珩磨在大批大量生產(chǎn)中廣泛用于各種精密孔的加工，孔徑范圍一般為

15~500mm或更大，并可加工長(zhǎng)徑比大于10的深孔。但珩磨不適于加工有色金屬工件上的孔，也不能加工帶鍵槽的孔、花鍵孔等斷續(xù)表面。五、拉孔1.拉削與拉刀拉孔是一種高生產(chǎn)率的精加工方法，它是用特制的拉刀在拉床上進(jìn)行的。拉削時(shí)拉刀只作低速直線運(yùn)動(dòng)。圖3-44是在臥式拉床上拉削圓孔的加工示意圖。圖3-44在臥式拉床上拉孔1-壓力表2-液壓缸3-活塞拉桿4-隨動(dòng)支架5-夾頭6-床身7-拉刀8-靠板9-工件10-滑動(dòng)托架11-球面支承墊圈圖3-45表示拉刀刀齒尺寸逐齒增大切下金屬的過程。圖3-45拉刀的切削部分齒升量相鄰兩刀齒半徑上的高度差稱為齒升量。齒升量一般根據(jù)被加工材料、拉刀類型、拉刀及圖3-45拉刀的切削部分工件剛性等因素選取。刀齒切下的切屑落在兩齒間的空間內(nèi)，此空間稱為容屑槽。容屑槽拉削加工時(shí)，拉刀同時(shí)工作的刀齒數(shù)一般應(yīng)不少于3個(gè)，且也不應(yīng)超過6~8個(gè)。拉孔有三種不同的拉削方式，分述如下：（1）分層式拉削其特點(diǎn)是拉刀將工件加工余量一層一層順序地切除。為了便于斷屑，刀齒上磨有相互交錯(cuò)的分屑槽。按分層式拉削方式設(shè)計(jì)的拉刀稱作普通拉刀。圖3-46分層式拉削a）拉削圖形b）切削部分齒形c）切屑分屑槽（2）分塊式拉削其特點(diǎn)是加工表面的每一層金屬是由一組尺寸基本相同但刀齒相互交錯(cuò)的刀齒（通常每組由2~3個(gè)刀齒組成）切除的。每個(gè)刀齒僅切去一層金屬的一部分。按分塊拉削方式設(shè)計(jì)的拉刀稱為輪切式拉刀。圖3-47分塊式拉削（3）綜合式拉削這種方式集中了分層式及分塊式拉削的優(yōu)點(diǎn)，粗切齒部分采用分塊式拉削，精切齒部分采用分層式拉削。這樣既可縮短拉刀的長(zhǎng)度，提高生產(chǎn)率，又能獲得較好的工件表面質(zhì)量。按綜合拉削方式設(shè)計(jì)的拉刀稱為綜合式拉刀。圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)如圖3–48所示，它由頭部、頸部、過渡錐部、前導(dǎo)部、切削部、校準(zhǔn)部、后導(dǎo)部以及支承部等部分組成。圖3-48圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)拉刀切削部分的幾何參數(shù)有:齒升量af、齒距p、刃帶寬度ba1、前角

o、后角

o。圖3-45拉刀的切削部分拉刀常用W18Cr4V牌號(hào)的高速鋼材料制造，切削部分熱處理后的硬度一般為63~66HRC。2.拉孔的工藝特征及應(yīng)用范圍1）拉刀是多刃刀具，在一次拉削行程中就能順序完成孔的粗加工、精加工和光整加工工作，生產(chǎn)效率高。2）拉孔精度主要取決于拉刀的精度，在通常條件下，拉孔精度可達(dá)IT9~IT7級(jí)，表面粗糙度Ra可達(dá)6.3~1.6μm。3）拉孔時(shí)，工件以被加工孔自身定位，不易保證所加工孔與其它表面的相互位置精度。4）拉刀不僅能加工圓孔，而且還可以加工成形孔、花鍵孔。5）拉刀是定尺寸專用刀具，形狀復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不適合于加工大孔。拉孔常用在大批大量生產(chǎn)中加工孔徑為φ10~80mm、孔深不超過孔徑5倍的中小零件上的通孔。第四節(jié)平面及復(fù)雜曲面加工一、概述平面是箱體類、盤類零件上的主要表面之一。加工平面的方法很多，常用的有銑、刨、車、拉、磨削等方法。其中銑平面是平面加工最常用的方法。刨平面所用的機(jī)床、刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，通用性好。通過粗刨—精刨后，尺寸精度可達(dá)IT9~IT7級(jí)，表面粗糙度Ra可達(dá)6.3~1.6μm，直線度可達(dá)0.04~0.08mm/m。刨削為斷續(xù)切削，往復(fù)運(yùn)動(dòng)換向時(shí)有較大的慣性沖擊,因此,刨削速度較低；另外，刨削還有空行程損失，致使刨平面的生產(chǎn)效率較低。刨平面一般只適于在單件小批量生產(chǎn)中應(yīng)用，尤其適于加工狹長(zhǎng)平面，例如床身導(dǎo)軌等。平面加工中的車、拉、磨削等加工方法，其工藝特點(diǎn)與在外圓表面及孔加工中的論述基本相同。車平面主要用于加工軸、套、盤等回轉(zhuǎn)體零件的端面。當(dāng)端面直徑較大時(shí)，一般在立式車床上加工。在車床上加工端面容易保證端面與軸線的垂直度要求。拉平面是一種加工精度高、生產(chǎn)效率高的先進(jìn)加工方法，適用于在大批大量生產(chǎn)中加工質(zhì)量要求較高，但面積不大的平面。磨平面適于精加工，尤適于磨削加工淬硬工件的表面。二、銑平面銑削時(shí)，銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給速度vf是指單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移量。圖3-49a和圖3-49b、c是在臥式銑床和立式銑床上上銑平面的加工示意圖。圖3-49銑平面銑削時(shí)，將平行于銑刀軸線方向測(cè)量的切削層尺寸稱為背吃刀量ap（銑削深度）；將垂直于銑刀軸線方向測(cè)量的切削層尺寸則稱為側(cè)吃刀量ac（銑削寬度）。圖3-49銑平面背吃刀量（銑削深度）背吃刀量（銑削深度）背吃刀量（銑削深度）側(cè)吃刀量（銑削寬度）側(cè)吃刀量（銑削寬度）側(cè)吃刀量（銑削寬度）1.銑削方式銑平面有端銑和周銑兩種方式。端銑是指用分布在銑刀端面上的刀齒進(jìn)行銑削的方法。周銑是指用分布在銑刀圓柱面上的刀齒進(jìn)行銑削的方法。端銑周銑由于端銑的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率比周銑高，因此在大批量生產(chǎn)中端銑比周銑用得多。但周銑可使用多種形式的銑刀來銑槽或銑成形表面，并可同時(shí)安裝幾把刀具加工幾個(gè)表面，故在生產(chǎn)中用得也比較多。圖5-22用組合銑刀銑床身導(dǎo)軌面按照銑平面時(shí)主運(yùn)動(dòng)方向與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)關(guān)系，周銑有順銑和逆銑之分。工件進(jìn)給方向與銑刀的旋轉(zhuǎn)方向相反稱為逆銑；工件進(jìn)給方向與銑刀的旋轉(zhuǎn)方向相同稱為順銑。順銑和逆銑各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)加工的具體條件合理選擇。圖3-50順銑與逆銑逆銑順銑（1）從切屑截面形狀分析逆銑時(shí)，刀齒的切削厚度由零逐漸增加，由于切削刃鈍圓半徑的影響，刀齒在已加工表面上滑擦一段距離后才能真正切入工件，因而刀齒磨損快，加工表面質(zhì)量較差。順銑時(shí)則無此現(xiàn)象。順銑時(shí)銑刀壽命比逆銑高2~3倍，加工表面質(zhì)量也比較好，但順銑不宜銑帶硬皮的工件。圖3-50順銑與逆銑逆銑順銑（2）從工件裝夾可靠性分析逆銑時(shí)，刀齒對(duì)工件的垂直作用力Fv向上，容易使工件的裝夾松動(dòng)；順銑時(shí)，刀齒對(duì)工件的垂直作用力Fv向下，使工件壓緊在工作臺(tái)上，加工比較平穩(wěn)。圖3-50順銑與逆銑逆銑順銑（3）從工作臺(tái)絲杠、螺母間隙分析逆銑時(shí)，工件承受的水平銑削力FH與進(jìn)給速度vf的方向相反，銑床工作臺(tái)絲杠始終與螺母接觸。vfvFHFvⅠ圖3-51銑削時(shí)絲杠和螺母的間隙a）逆銑螺母固定絲杠移動(dòng)順銑時(shí)，工件承受的水平銑削力FH與進(jìn)給速度vf

相同，由于絲杠螺母間有間隙，銑刀會(huì)帶動(dòng)工件和工作臺(tái)竄動(dòng)，使銑削進(jìn)給量不均勻，容易打刀。采用順銑法加工時(shí)必須采取措施消除絲杠與螺母之間的間隙。vfFHFVv圖3-51銑削時(shí)絲杠和螺母的間隙b）順銑螺母固定絲杠移動(dòng)端銑時(shí)，銑刀刀齒切入切出工件階段會(huì)受到很大的沖擊。由圖3-52可知，從減小刀齒切入工件時(shí)圖3-52對(duì)稱銑和不對(duì)稱銑a）對(duì)稱銑b）不對(duì)稱銑受到的沖擊考慮，圖3-52b所示的不對(duì)稱銑比圖3-52a所示的對(duì)稱銑較為有利。2.銑刀及其幾何角度銑刀的種類很多，如圖3-53所示。圖3-53銑刀的類型圓柱銑刀面銑刀三面刃銑刀圖3-53銑刀的類型鋸片銑刀立銑刀鍵槽銑刀圖3-53銑刀的類型模具銑刀角度銑刀成形銑刀下面主要介紹圓柱銑刀和面銑刀。（1）圓柱形銑刀的結(jié)構(gòu)刀齒排列在刀體圓周上的銑刀稱為圓柱形銑刀。整體圓柱銑刀它的結(jié)構(gòu)形式分為由高速鋼制造的整體圓柱形銑刀（圖3-53a）和鑲焊硬質(zhì)合金刀片的鑲齒圓柱形銑刀（圖3-54）。圖