机械制造基础(第二版第6章z钻、铰、镗和拉削加工.ppt

第第六六章章 钻、铰、镗和拉削加工钻、铰、镗和拉削加工本章要点钻削加工铰削加工镗削加工拉削加工6.1 6.1 概述概述一、孔的类型一、孔的类型一、孔的类型一、孔的类型 钻削、铰削、镗削和拉削加工在机械加工中主要用来进行孔的加工它是用相应机床在加工实体材料上钻孔和扩大已有的孔，并达到一定技术要求的加工方法 Ø按照孔与其他零件的相对连接关系的不同，可分为配合孔与非配合孔；Ø按其几何特征的不同，可分为通孔、盲孔、阶梯孔、锥孔等；Ø按其几何形状不同，可分为圆孔、非圆孔等 6.1 6.1 概述概述二、孔的加工方法二、孔的加工方法二、孔的加工方法二、孔的加工方法Ø一类是对实体工件进行孔加工，即从实体上加工出孔；另一类是对已有的孔进行半精加工和精加工 非配合孔一般是采用钻削加工在实体工件上直接把孔钻出来 对于配合孔则需要在钻孔的基础上，根据被加工孔的精度和表面质量要求，采用铰削、镗削、拉削、磨削等精加工的方法作进一步的加工铰削、镗削是对已有孔进行精加工的典型的切削加工方法 Ø要实现对孔的精密加工，主要的加工方法就是磨削当孔的表面质量要求很高时，还需要采用精细镗、研磨、珩磨、滚压等表面光整加工方法；对非圆孔的加工则需要采用插削、拉削以及特种加工方法。

6.1 6.1 概述概述三、孔的加工特点三、孔的加工特点三、孔的加工特点三、孔的加工特点Ø孔加工刀具多为定尺寸刀具，刀具磨损造成的形状和尺寸的变化会直接影响被加工孔的精度 Ø由于受被加工孔尺寸的限制，切削速度很难提高，影响加工生产率和加工表面质量 Ø刀具的结构受孔的直径和长度的限制，刚性较差容易产生弯曲变形和振动，孔的长径比(孔深度与直径之比)越大，刀具刚性对加工精度的影响就越大 Ø孔加工时，刀具一般是在半封闭的空间工作，切屑排除困难；冷却液难以进入加工区域，散热条件不好切削区热量集中，温度较高，影响刀具的耐用度和钻削加工质量6.2 6.2 钻削加工钻削加工一、钻床一、钻床一、钻床一、钻床 钻削加工是用钻头或扩孔钻在工件上加工孔的方法其中用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔钻孔在机械制造中占有较大的比重，因受钻头结构和切削条件的限制，加工孔的质量不高，故用于孔的粗加工 钻床主要是用钻头在实体材料上钻孔，还可以进行扩孔、铰孔、攻螺纹、锪沉头孔、锪端面等，如图6－1所示 6.2 6.2 钻削加工钻削加工ØØ立式钻床立式钻床 立式钻床的外形如图6－2所示，其特点是主轴位置垂直布置，位置固定，加工时通过移动工件来找正孔的中心线。

适用于中小型工件的孔加工 6.2 6.2 钻削加工钻削加工ØØ摇臂钻床摇臂钻床 其结构如图6－3所示，主轴箱可在摇臂上左右移动，摇臂既可绕立柱转动，又可沿立柱垂直升降加工时，工件在底座或工作台上安装固定，通过调整摇臂和主轴箱的位置来对正加工孔的中心线适用于大型工件的孔加工 6.2 6.2 钻削加工钻削加工ØØ钻削中心钻削中心 图6－4是带有转塔式刀库的数控钻削中心的外形图它可以在工件的一次装夹中实现孔系加工，并可以通过自动换刀实现不同类型和大小的孔的加工，具有较高的加工精度和生产率 6.2 6.2 钻削加工钻削加工ØØ深孔钻床深孔钻床 深孔钻床如图6－5所示是专门化机床，专门用于加工深孔，例如用来加工枪管、炮管和机床主轴等零件的深孔为了减少中心线的偏斜，加工时通常是由工件旋转来实现主运动，深孔钻头并不转动，只作轴向进给运动此外由于被加工的孔深而且工件往往较长，为了便于排屑及避免机床过于高大，深孔钻床通常是卧式的布局在深孔钻床中备有切削液输送装置及周期退刀排屑装置 6.2 6.2 钻削加工钻削加工二、钻削刀具二、钻削刀具二、钻削刀具二、钻削刀具钻头的主要有麻花钻、深孔钻、扩孔钻、锪孔钻等，其中麻花钻是最常用的钻削刀具。

Ø麻花钻1. 结构麻花钻由工作部分、颈部及柄部三部分组成 6.2 6.2 钻削加工钻削加工标准高速钢麻花钻有两个前刀面、两个后刀面、两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃决定麻花钻结构的主要参数有： 外径d钻芯直径dc ；顶角2；螺旋角β6.2 6.2 钻削加工钻削加工2.角度6.2 6.2 钻削加工钻削加工6.2 6.2 钻削加工钻削加工3.麻花钻的修磨（1）标准高速钢麻花钻存在的问题 1）沿主切削刃上各点前角值相差悬殊(由+30o～-30o)，横刃处前角竟达-54o～-60o，造成很大进给力，切削条件差；2）棱边近似圆柱面(稍有倒锥)，副后角为零度，摩擦严重； 3）在主、副切削刃相交处的切削速度最大，发热量最多，而散热条件差，磨损太快；4）两条主切削刃过长，切屑宽，而各点的切屑流出方向和速度各异，切屑呈宽螺卷状，排出不畅，切削液也难于注人切削区域；5）高速钢的耐热性和耐磨性仍不够高 6.2 6.2 钻削加工钻削加工（2）标准高速钢麻花钻的修磨改进方法1）修磨横刃 6.2 6.2 钻削加工钻削加工2）修磨前面 3）修磨切削刃 6.2 6.2 钻削加工钻削加工4)磨出分屑槽 6.2 6.2 钻削加工钻削加工5）综合修磨 6.2 6.2 钻削加工钻削加工2.2.深孔钻深孔钻 深孔一般指深径比L/d＞5～10的孔，必须使用特殊结构的深孔钻才能进行加工。

深孔加工相对普通孔来说，加工难度更大，技术要求更高，这是深孔加工的特点决定的其特点如下：第一、孔的深径比大，钻杆细长，刚性差，工作时易产生偏斜和振动，因此孔的精度和表面质量难以控制；第二、排屑通道长，若断屑不好，排屑不畅，可能由于切屑堵塞而导致钻头破坏；第三、钻头在接近封闭的状态下工作，而且时间较长，热量大且不易散出，钻头极易磨损 基于深孔加工的上述特点，设计和使用深孔钻时应注意钻头的导向、防止偏斜；保证可靠的断屑和排屑；采取有效的冷却和润滑措施 6.2 6.2 钻削加工钻削加工1 1）外排屑深孔钻）外排屑深孔钻 外排屑深孔钻以单面刃的应用最多单面刃外排屑深孔钻最早用于加工枪管，故又名枪钻，主要用来加工直径3~20mm的小孔，孔深与直径之比可超过100 6.2 6.2 钻削加工钻削加工2 2）） 内排屑深孔钻内排屑深孔钻 内排屑深孔钻在工作中，切削是从钻杆内部排出而不与工件已加工表面接触，可获得好的已加工表面质量内排屑深孔钻适合于加工直径在20mm以上、孔深径比不超过100的深孔 6.2 6.2 钻削加工钻削加工3 3）） 喷吸钻喷吸钻 喷吸钻是一种效率高，加工质量好的内排屑深孔钻。

适用于加工深径比不超过100、直径为16～65mm的孔喷吸钻主要由钻头、内钻管、外钻管三部分组成 6.2 6.2 钻削加工钻削加工3.3.套料钻套料钻对于直径大于60mm的深孔，为了节约材料或取样，可采用套料钻钻孔因为套料钻钻孔时只切出一个环形孔，从而留下一个料芯(图6—19)，这样大大减小了切削工作量，提高了工作效率，中间留下料芯材料还可以利用，对材质要求高的工件，芯部材料还可以作工件之用 6.2 6.2 钻削加工钻削加工4.4.扩孔钻扩孔钻 扩孔是用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工它既可用作孔的最终加工，也可以作为铰孔或磨孔前的预加工，在成批或大量生产时应用较广扩孔钻与麻花钻比较，其特点是没有横刃且齿数较多，刀体刚性好，因此生产率及加工质量均比用麻花钻钻孔时高 6.2 6.2 钻削加工钻削加工5.5.锪孔钻锪孔钻 锪孔是用锪钻在已加工孔上锪各种沉头孔和锪孔端面的突台平面 6.2 6.2 钻削加工钻削加工三、钻削要素三、钻削要素三、钻削要素三、钻削要素1.钻削用量Ø切削速度c 钻削时的切削速度指钻头外缘处的线速度 Ø进给量f、每齿进给量fz及进给速度f Ø背吃刀量ap 对钻头而言，它就是钻头直径的一半 6.2 6.2 钻削加工钻削加工2.切削层截面尺寸钻削时切削层尺寸平面为过基点D的基面PDØ切削厚度hD 它是指在切削层尺寸平面内测量的切削层的厚度。

Ø切削宽度bD 在切削层尺寸平面内测量的切削层宽度 Ø切削面积AD 它是指切削层在切削层尺寸平面内实际横截面积，显然有 6.3 6.3 铰削加工铰削加工一、铰削过程的特点一、铰削过程的特点一、铰削过程的特点一、铰削过程的特点铰削加工是对中小型孔（一般d＜40mm）进行半精加工和精加工的方法一般是在钻床、车床和镗床上进行铰削加工后孔的公差等级一般为IT9～IT7，表面粗糙度为0.63μm＜Ra≤5μm 1、铰削的加工余量一般小于0.3mm，铰刀的主偏角一般小于45，因此，切削厚度很小，约0.01～0.03mm2、铰削过程所采用的切削速度一般较低，因而切削变形大加工塑性金属时会产生积屑瘤，铰削时要使用切削液 3、在切削液的润滑作用下，铰刀切削刃的钝圆部分只在加工表面上滑动，使加工表面受到熨压作用，熨压作用越大，表面粗糙度就越小，铰刀的钝化愈快 4、铰削的加工适应性差 5、铰削易保证尺寸和形状精度，但不能校正位置误差6.3 6.3 铰削加工铰削加工二、铰刀二、铰刀二、铰刀二、铰刀（一）铰刀的种类（一）铰刀的种类 a）机用锥柄和直柄铰刀 b）机用套式铰刀 c）手用直槽与螺旋槽铰刀 d）锥孔的粗铰刀和精铰刀6.3 6.3 铰削加工铰削加工（二）铰刀的结构和几何参数（二）铰刀的结构和几何参数 1.铰刀的结构6.3 6.3 铰削加工铰削加工2.铰刀的结构参数Ø直径和公差 铰刀是定尺寸刀具，直径和公差的选取主要取决于被加工孔的直径及其精度。

同时还要考虑铰刀的使用寿命和制造成本 铰刀的公称直径是指校准部分直径，它等于被加工孔的基本尺寸，其公差则与被铰孔的公差、铰刀的制造公差G、铰刀磨耗备量N和铰削过程中孔径的变形性质有关 ü加工后孔径变大ü加工后孔径缩小 d0max、domin－分别为铰刀的最大、最小极限尺寸；Dmax－孔的最大极限尺寸；Pmax－铰孔时孔的直径最大扩张量Pmin－铰孔后孔的直径最小收缩量 6.3 6.3 铰削加工铰削加工ØØ齿数齿数Z Z及槽形及槽形 铰刀齿数一般为4～12个齿齿数多，则导向性好，刀齿负荷轻，铰孔质量高但齿数过多，会降低铰刀刀齿强度和减小容屑空间，故通常根据直径和工件材料性质选取铰刀齿数 铰刀齿槽方向有直槽和螺旋槽两种直槽铰刀刃磨、检验方便，生产中常用；螺旋槽铰刀切削过程平稳加工铸铁等取β＝7～8；加工钢件取β=12～20；加工铝等轻金属取β=35～45 6.3 6.3 铰削加工铰削加工ØØ铰刀的几何角度铰刀的几何角度铰刀的几何角度铰刀的几何角度 ü前角γo和后角o 　一般取γo＝0粗铰塑性材料时，为了减少变形及抑制积屑瘤的产生，可取γo＝5~10；硬质合金铰刀为防止崩刃，取γo＝0~5。

为使铰刀重磨后直径尺寸变化小些，取较小的后角，一般取o＝6~8 ü切削锥角2 加工钢料时=30，加工铸铁等脆性材料时＝6～10，加工盲孔时＝90 ü刃倾角λs 高速钢直槽铰刀λs =15～20°形成刃倾角，它适用于加工余量较大的通孔硬质合金铰刀为便于制造，一般取λs＝0 ü主偏角r 对于铰刀，可把主偏角看成是切削部分锥角机用铰刀，加工钢件等韧性材料一般r＝12~15；加工铸铁等脆性材料，一般r=3~5；手用铰刀一般r=30′~130′ 6.3 6.3 铰削加工铰削加工三、铰孔时应注意事项三、铰孔时应注意事项三、铰孔时应注意事项三、铰孔时应注意事项1. 铰刀的选择铰刀的选择铰刀是定尺寸刀具，铰孔的精度在很大程度上决定于铰刀的精度故在使用铰刀前，应仔细测量铰刀的直径是否与被铰孔相符，刃口有无磨损、裂纹、缺口等缺陷，经试铰合格后方能使用 2. 铰刀的安装铰刀的安装铰孔作为精加工，切削余量很小若安装后铰刀轴线与原工件孔中心线发生偏斜，将会使孔径铰削后尺寸扩大超差和产生形状误差因此，铰刀与机床应采用浮动联接 6.3 6.3 铰削加工铰削加工3. 铰削用量的选择铰削用量的选择 　合理选择铰削用量，可以提高铰孔精度。

精铰时，一般半径上铰削余量为0.03~0.15mm，其值取决于工件材料及对孔要求的精度和表面粗糙度一般铰削钢体时，切削速度c=1.5~5m/min；铰铸铁件时c=8~l0m/min，进给量不能取得过小，否则切削厚度hd过薄，铰刀的挤压作用会明显加大，加速铰刀后刀面的磨损—般铰制钢件时f＝0.3~2mm/r，铰削铸铁件时f=0.5~3mm/r 4. 切削液的选用切削液的选用铰孔时正确选用切削液十分重要，它不仅能提高加工孔的表面质量与尺寸精度，还能提高铰刀的使用寿命，也能起到消声，减振的作用铰制一般钢件时，可用乳化油和硫化油；铰削铸铁件时，可选用粘性较小的煤油 6.4 6.4 镗削加工镗削加工 镗削加工是指在镗床上进行的加工，镗床的加工范围很广，镗孔是镗床重要工作镗床镗孔精度可以从IT11到IT7，甚至可以达到IT6，表面粗糙度为Ra 从80μm到0.63μm，甚至更小 6.4 6.4 镗削加工镗削加工一、镗削加工特点一、镗削加工特点一、镗削加工特点一、镗削加工特点1. 可以加工机座、箱体、支架等外形复杂的大型零件上的直可以加工机座、箱体、支架等外形复杂的大型零件上的直径较大的孔和孔系径较大的孔和孔系2. 镗削加工灵活性大、适应性强镗削加工灵活性大、适应性强在镗床上除加工孔和孔系外，还可以车外圆、车端面、铣平面。

加工尺寸可大亦可小，对于不同的生产类型和精度要求的孔都可以采用这种加工方法 3. 镗削加工操作技术要求高、生产率低镗削加工操作技术要求高、生产率低要保证工件的尺寸精度和表面粗糙度，除取决于所用的设备外，更主要的是与工人的技术水平有关，同时机床、刀具调整时间亦较多 6.4 6.4 镗削加工镗削加工二、镗床二、镗床二、镗床二、镗床1. 卧式镗床卧式镗床6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工2. 坐标镗床坐标镗床坐标镗床是一种高精度机床，其主要特征是具有测量坐标位置的精密测量装置这种机床的主要零部件的制造和装配精度很高，且具有良好的刚性和抗振性它主要用来镗削精密孔(IT5级或更高)和位置精度要求很高的孔系，如钻模，镗模等的孔系(定位精度达0.002mm) 坐标镗床除镗孔外，还可进行钻孔、扩孔、铰孔、铣端面以及精铣平面和沟槽等加工此外，因其具有很高的定位精度，故还可用于精密刻线和划线以及进行孔距和直线尺寸的精密测量工作坐标镗床按其布局形式有立式单柱、立式双柱和卧式等主要类型6.4 6.4 镗削加工镗削加工（1）立式单柱坐标镗床 这类镗床的工作台三向敞开，操作方便。

但是，工作台必须实现两个坐标方向的移动，使工作台和床身之间多了一层床鞍，加之主轴箱悬臂安装，从而影响刚度当机床尺寸较大时，难于保证加工精度因此，此种型式多为中、小型坐标镗床 6.4 6.4 镗削加工镗削加工（2）立式双柱坐标镗床两个立柱、顶梁和床身构成龙门框架，工作台和床身之间层次比单柱式的少，主轴中心线离横梁导轨画的悬伸距离也较小，所以刚度较高因此，双柱式一般为大、中型坐标镗床 6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工（（（（3 3）卧式坐标镗床）卧式坐标镗床）卧式坐标镗床）卧式坐标镗床卧式坐标镗床具有较好的工艺性能，工件高度不受限制，且安装方便，利用回转工作台的分度运动，可在一次安装中完成工件几个面上孔与平面等的加工所以近年来这种类型的坐标镗床应用得越来越多 6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工3. 3. 卧式镗铣加工中心卧式镗铣加工中心卧式镗铣加工中心卧式镗铣加工中心 6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工二、镗刀的类型及应用二、镗刀的类型及应用二、镗刀的类型及应用二、镗刀的类型及应用 按切削刃数量可分为单刃镗刀、双刃镗刀和多刃镗刀。

按工件的加工表面可分为通孔镗刀、盲孔镗刀、阶梯孔镗刀和端面镗刀按刀具结构可分为整体式、装配式和可调式 1. 单刃镗刀单刃镗刀普通单刃镗刀只有一条主切削刃在单方向参加切削，其结构简单、制造方便、通用性强，但刚性差，镗孔尺寸调节不方便，生产效率低，对工人操作技术要求高图6—29为不同结构的单刃镗刀加工小直径孔的镗刀通常做成整体式，加工大直径孔的镗刀可作成机夹式或机夹可转位 6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工6.4 6.4 镗削加工镗削加工双刃镗刀是定尺寸的镗孔刀具，通过改变两刀刃之间距离，实现对不同直径孔的加工常用的双刃镗刀有固定式镗刀、可调镗刀和浮动镗刀三种 2. 双刃镗刀双刃镗刀 （1）固定式双刃镗刀 如图6—30所示，工作时，镗刀块可通过斜楔或者在两个方向倾斜的螺钉等夹紧在镗杆上 6.4 6.4 镗削加工镗削加工（2）可调式双刃镗刀，采用一定的机械结构可以调整两刀片之间的距离，从而使一把刀具可以加工不同直径的孔，并可以补偿刀具磨损的影响 （3）浮动镗刀 其特点是镗刀块自由地装入镗杆的方孔中，不需夹紧，通过作用在两个切削刃上的切削力来自动平衡其切削位置，因此它能自动补偿由刀具安装误差、机床主轴偏差而造成的加工误差，能获得较高的孔的直径尺寸精度(1T7～IT6)。

6.5 6.5 拉削加工拉削加工 拉削是一种高效率的加工方法拉削可以加工各种截面形状的内孔表面及一定形状的外表面，如图6－37所示拉削的孔径一般为8～125 mm，孔的深径比一般不超过5拉削不能加工台阶孔和盲孔由于拉床工作的特点，复杂形状零件的孔（如箱体上的孔）也不宜进行拉削 6.5 6.5 拉削加工拉削加工6.5 6.5 拉削加工拉削加工一、拉削过程及特点一、拉削过程及特点一、拉削过程及特点一、拉削过程及特点1. 拉削过程拉削过程拉刀是加工内外表面的多齿高效刀具，它依靠刀齿尺寸或廓形变化切除加工余量，以达到要求的形状尺寸和表面粗糙度 6.5 6.5 拉削加工拉削加工2. 拉削的特点拉削的特点（1）生产率高 由于拉削时，拉刀同时工作的刀齿数多、切削刃长，且拉刀的刀齿分粗切齿、精切齿和校准齿，在一次工作行程中就能够完成工件的粗、精加工及修光，机动时间短，因此，拉削的生产率很高 （2）可以获得较高的加工质量 精度可以达到IT8～IT7级，表面粗糙度Ra值为1.6～0.4 m （3）拉刀耐用度高，使用寿命长 由于拉削时，切削速度低，切削厚度小；在每次拉削过程中，每个刀齿只切削一次，工作时间短，拉刀磨损慢。

（4）拉削属于封闭式切削，容屑、排屑和散热均较困难 （5）拉刀制造复杂，成本高 一把拉刀只适用于加工一种规格尺寸的型孔或槽，因此，拉削主要适用于大批大量生产和成批生产中 6.5 6.5 拉削加工拉削加工二、拉削方式二、拉削方式二、拉削方式二、拉削方式 拉削方式是指拉刀把加工余量从工件表面切下来的方式拉削方式可分为分层拉削和分块拉削两大类分层拉削包括同廓式和渐成式两种，分块拉削目前常用的有轮切式和综合轮切式两种1. 分层拉削法分层拉削法（1）同廓式拉削法 按同廓式拉削法设计的拉刀，各刀齿的廓形与被加工表面的最终形状一样它们一层层地切去加工余量，最后由拉刀的最后一个切削齿和校准齿切出工件的最终尺寸和表面6.5 6.5 拉削加工拉削加工（2）渐成式拉削法 按渐成式拉削法设计的拉刀，各刀齿可制成简单的直线或圆弧，它们一般与被加工表面的最终形状不同，被加工表面的最终形状和尺寸是由各刀齿切出的表面连接而成这种拉刀制造比较方便，但它不仅具有同廓式的同样缺点，而且加工出的工件表面质量较差 2. 分块拉削法分块拉削法（1）轮切式拉削法 拉刀的切削部分是由若干齿组组成每个齿组中有2～5个刀齿，它们的直径相同，共同切下加工余量中的一层金属，每个刀齿仅切去一层中的一部分。

6.5 6.5 拉削加工拉削加工（2）综合轮切式拉削法 综合轮切式拉刀集中了同廓式与轮切式的优点，粗切齿制成轮切式结构，精切齿则采用同廓式结构，这样既缩短了拉刀长度，提高了生产率，又能获得较好的工件表面质量 6.5 6.5 拉削加工拉削加工三、拉刀三、拉刀三、拉刀三、拉刀1. 拉刀的种类拉刀的种类拉刀的种类很多，根据加工表面位置不同可分为内拉刀与外拉刀两类 6.5 6.5 拉削加工拉削加工6.5 6.5 拉削加工拉削加工2. 拉刀的组成拉刀的组成以图6－49所示的圆孔拉刀为例，拉刀的组成如下： 1－前柄部；2－颈部；3－过渡锥；4－前导部；5－切削部；6－校准部；7－后导部；8－后柄部3. 拉刀的结构要素拉刀的结构要素（1）齿升量af 前后两相邻刀齿(或两组刀齿)的高度差(或半径差)同廓式圆孔拉刀的齿升量是相邻两个刀齿半径之差轮切式圆孔拉刀的齿升量是相邻两组刀齿半径之差 （2）圆孔拉刀刀齿的直径 拉刀上第一个切削齿的直径等于预加工孔的公称直径，从第二个刀齿开始，各刀齿的直径按齿升量依次递增最后一个切削齿的直径应等于校准齿的直径 6.5 6.5 拉削加工拉削加工。