任务2.3 认知钻削加工方法
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孔是各种机器零件上出现最多的几何表面之一。孔加工的方法很多，除了常用的钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔外，还有金刚镗、珩磨、研磨、挤压以及孔的特种加工等。
钻削是在实体材料上一次钻成孔的工序，钻孔加工的孔精度低，表面较粗糙。扩孔是对已有的孔眼（铸孔、锻孔、预钻孔等）再进行扩大，以提高其精度或降低其表面粗糙度的工序。锪孔是在钻孔孔口表面上加工出倒棱、平面或沉孔的工序，锪孔属于扩孔范围。铰孔是利用铰刀对孔进行半精加工和精加工的工序。滚压挤光是利用钢球或滚压头对孔作光整加工，校准孔的几何形状，降低表面粗糙度，同时还有强化金属表面层的作用。
2.3.1 认知钻床
钻床是主要用钻头在实体工件上加工孔的机床。钻床主要用来加工外形比较复杂的工件上的孔，如箱体、机架等零件上的孔。钻床可完成钻孔、扩孔、铰孔、锪平面、攻螺纹等工作。在钻床上加工时，工件不动，刀具旋转为主运动，刀具轴向移动为进给运动。钻床的加工精度不高，仅用于加工一般精度的孔。如果配合钻床夹具，可以加工精度较高的孔。
1.台式钻床
台式钻床实质上是加工小孔的立式钻床，简称台钻，其钻孔直径一般在16mm以下，主要用于小型零件上各种小孔的加工。台钻的自动化程度较低，通常采用手动进给，但其结构简单，小巧灵活，使用方便。其结构如图2-3-1所示。
图2-3-1 台钻
2.立式钻床
图2-3-2所示为立式钻床的外形。其特点为主轴轴线垂直布置，且位置固定。主轴箱中装有主运动和进给运动的变速传动机构、主轴部件以及操纵机构等。主轴箱固定不动，用移动工件的方法使刀具旋转中心线与被加工孔的中心线重合，进给运动由主轴随主轴套筒在主轴箱中作直线移动来实现。利用装在主轴箱上的进给操纵机构，可以使主轴实现手动快速升降、手动进给以及接通或断开机动进给。被加工工件可直接或通过夹具安装在工作台上。工作台和主轴箱都装在方形立柱的垂直导轨上，可上下调整位置，以适应加工不同高度的工件。立式钻床适用于中小型工件孔的加工，且加工孔数不宜过多。
3.摇臂钻床
在大型零件上钻孔时，因工件移动不便，就希望工件不动，而钻床主轴能在空间任意调整其位置，这就产生了摇臂钻床。图2-3-3为摇臂钻床的外形图。主轴箱5可沿摇臂4的导轨横向移动。摇臂4可沿外立柱3上下移动，同时外立柱3及摇臂4还可以绕内立柱2在-180°～180°范围内任意转动。因此，主轴6的位置可在空间任意地调整。被加工工件可以安装在工作台上，如果工件较大，还可以卸掉工作台，直接安装在底座1上，或直接放在周围的地面上。摇臂钻床改变加工位置灵活方便，被广泛应用于一般精度的各种批量的大、中型零件的加工。
图2-3-2 立式钻床
图2-3-3 摇臂钻床
1—底座；2—内立柱；3—外立柱；4—摇臂；5—主轴箱；6—主轴
4.其他钻床
（1）深孔钻床：深孔钻床是用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪管、炮筒和机床主轴等零件）的专门化机床，为便于排屑及避免机床过于高大，一般为卧式布局，常备有冷却液输送装置（由刀具内部输入冷却液至切削部位）及周期退刀排屑装置等。
（2）中心孔钻床：中心孔钻床用于加工轴类零件两端的中心孔。
（3）铣钻床：铣钻床是工作台可纵、横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。
（4）卧式钻床：卧式钻床是主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。
2.3.2 认知钻床用刀具
钻床上常用的刀具分为两类：一类用于在实体材料上加工孔，如麻花钻、扁钻、中心钻及深孔钻等；另一类用于对工件上已有的孔进行再加工，如扩孔钻、铰刀等。其中麻花钻是最常用的孔加工刀具。
1.麻花钻
麻花钻刀体结构如图2-3-4（a）所示。标准高速钢麻花钻主要由工作部分、颈部和柄部等三部分组成。工作部分担负切削与导向工作，柄部是钻头的夹持部分，用于传递扭矩。麻花钻的工作部分如图2-3-4（b）所示。切削部分有两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃；两条螺旋槽钻沟形成两条主切削刃的前刀面，两主后刀面在钻头端表面上，分布于横刃两边；钻头外缘上两小段窄棱边形成的刃带是副后刀面，在钻孔时刃带起导向作用且控制孔的廓形和直径；为减小与孔壁的摩擦，刃带向柄部方向有减小的倒锥量，从而形成副偏角；在钻头中心部分连接两个刀瓣且与两螺旋钻沟底部相切的回转体称为钻芯，为保证钻头具有必要的刚性和强度，钻芯直径d0向柄部方向递增。在钻芯上的切削刃称为横刃，它与两主切削刃相连。
图2-3-4 麻花钻
2.扩孔钻
扩孔钻的形式随直径不同而不同。直径为ф10～ф32的扩孔钻为锥柄扩孔钻，如图2-3-5（a）所示；直径为ф25～ф80的扩孔钻为套式扩孔钻，如图2-3-5（b）所示。
图2-3-5 扩孔钻
3.铰刀
铰削是一种常用的孔的精加工方法，通常在钻孔和扩孔之后进行，加工孔精度达IT6～IT7，加工表面粗糙度可达Ra0.4～1.6μm。
根据使用方法不同，铰刀可分为手用铰刀与机用铰刀。手用铰刀可做成整体式[见图2-3-6（a）]，也可做成可调式的[见图2-3-6（b）]，在单件小批和修配工作中常使用尺寸可调的铰刀。机用铰刀直径小的做成直柄或锥柄的[见图2-3-6（c）]，直径较大常做成套式结构[见图2-3-6（d）]。
根据加工孔的形状不同铰刀可分为柱形铰刀和锥度铰刀。锥度铰刀因切削量较大做成粗铰刀和精铰刀，一般两把或3把一套，如图2-3-6（e）所示。
铰刀过去多数使用高速钢制造，现在在成批大量生产中已普遍地使用硬质合金铰刀[见图2-3-6（d）]，不仅加工效率高而且加工孔的质量也很高。
图2-3-6 不同种类的铰刀
图2-3-7所示为常用的手用铰刀，它由工作部分、颈部及柄部三部分组成。工作部分主要由切削部分及校准部分构成，其中校准部分又分为圆柱部分和倒锥部分。对于手用铰刀，为增强导向作用，校准部分应做得长些；对机用铰刀，为减小机床主轴和铰刀不同心的影响和避免过大的摩擦，校准部分应做得短些。当切削部分的锥角2φ≤30°时，为了便于切入，在其前端常制成引导锥。
图2-3-7 铰刀的构造
铰削加工余量很小，刀齿容屑槽很浅，因而铰刀的齿数比较多，刚性和导向性好，工作更平稳。由于铰削的加工余量小，切削厚度ac很薄，而刀刃具有一定的刃口圆弧半径rn，因此铰刀有时会在ac<rn的情况下切削，此时工作前角为负值，挤压作用很大，实际上铰削过程是切削与挤刮的联合作用过程。由于铰削的切削余量小，同时为了提高铰孔的精度，通常铰刀与机床主轴采用浮动连接，所以铰刀只能修正孔的形状精度，提高孔径尺寸精度和减小表面粗糙度，而不能修正孔的位置误差。
工作时，2/3切削液经内、外管之间的间隙输入到切削区，用于冷却和润滑。其余1/3的切削液经内管壁上的月牙小槽窄缝喷入管内，使内管的前端与后端形成压力差产生“吸力”，加速切削液和切屑排出。
2.3.3 分析钻削加工工艺特性
1.钻削加工工艺范围
钻床类机床属孔加工机床，一般用于加工直径不大，精度要求不高的孔。其主要加工方法是用钻头在实心材料上钻孔，此外还可在原有孔的基础上进行扩孔、铰孔、锪平面、攻螺纹等加工，如图2-3-8所示。
图2-3-8 钻削加工工艺范围
钻床上加工时，工件固定不动，刀具作旋转运动（主运动）的同时沿轴向移动（进给运动）。
2.钻削加工特点
（1）钻头在半封闭的状态下进行的切削，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IT10～IT13，表面粗糙度Ra值为6.3～12.5μm。
任务练习
1.填空题
（1）钻削由切削运动和__________运动组成。
（2）钻孔时加切削液的主要目的是__________。
（3）钻孔时，钻头绕本身轴线的旋转运动称为运动。
（4）钻削是在实体材料上一次钻成孔的工序，钻孔加工的孔精度__________，表面较粗糙度__________。
（5）扩孔是对已有的孔眼（铸孔、锻孔、预钻孔等）再进行扩大，以提高孔__________或降低其表面粗糙度的工序。
（6）锪孔是在钻孔孔口表面上加工出__________的工序，锪孔属于扩孔范围。
（7）铰孔是利用铰刀对孔进行__________的工序。
（8）滚压挤光是利用钢球或滚压头对孔作光整加工，校准孔的几何形状，降低表面粗糙度，同时还有____________________的作用。
（9）深孔一般指孔的长径比大于__________倍以上的孔。
（10）钻深孔时，必须要解决____________________问题。
2.判断题
（1）锪孔的切削速度一般比钻削的切削速度高。（ ）
（2）工作完毕后，应切断电源，卸下钻头，将横臂下降到立柱的下部边端，并刹好车，以防止发生意外。同时清理工具，做好机床保养工作。（ ）
（3）修磨钻头横刃时，其长度磨得愈短愈好。（ ）
（4）钻床的通用夹具主要用于大批量生产。（ ）
（5）钻孔时加切削液的主要目的是提高孔的表面质量。（ ）
3.选择题
（1）孔将钻穿时，进给量必须（ ）。
A.减小 B.增大 C.保持不变 D.无所谓
（2）铰孔的加工精度可高达（ ）。
A.IT6～IT7级 B.IT1～IT2
（3）在钻壳体与衬套之间的螺纹底孔时，钻孔中心的样冲眼应打在（ ）。
A.略偏软材料一边 B.略偏硬材料一边
C.两材料中间 D.两边均可以
（4）用以扩大已加工的孔叫（ ）。
A.扩孔 B.钻孔
（5）麻花钻刃磨时，其刃磨部位是（ ）。
A.前刀面 B.后刀面 C.副后刀面 D.韧带
（6）立钻适用于单件小批量生产中加工（ ）零件。
A.中小型 B.大型
（7）一般情况下多以（ ）作为判别金属强度高低的指标。
A.抗压强度 B.抗拉强度
C.抗扭强度 D.抗剪切强度
（8）铰孔结束后，铰刀应（ ）退出。
A.正转 B.反转 C.正反转均可 D.停车
（9）Z35摇臂钻床是万能性机床，主要用于加工中小型零件，不可以进行（ ）加工。
A.钻孔 B.铰孔 C.扩孔 D.镗孔
（10）在零件加工过程中，为满足加工和测量要求而确定的基准叫（ ）。
A.设计基准 B.工艺基准 C.测量基准 D.尺寸基准