钻削镗削铰削与削.docx
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钻削镗削铰削与削
一、引入
1、本门课程的总体安排。
2、本篇在这门课中的地位和作用。
二、讲授新课
第五章钻削、镗削、铰削与拉削
孔是各种机器零件上出现最多的几何表面之一,分为非配合孔和配合孔二大类。
一般孔加工采用钻、扩等加工,有一定要求的孔是在钻、扩基础上进行再进一步的镗、铰等加工。
但不论是何种孔加工都具有以下一些特点:
(1)部分孔加工刀具为定尺寸刀具,刀具本身精度会影响孔的加工精度。
(2)孔加工刀具的切削和夹持部分的有关尺寸受被加工孔尺寸的限制,会使刀具的刚性变差。
(3)孔加工时,刀具一般是封闭或半封闭状态下进行工作,对加工质量和刀具耐用度都会产生不利的影响。
基于以上原因,在机械设计过程中选用孔和轴配合的公差等级时,经常把孔的公差等级定得比轴低一级。
孔加工的方法很多,常用的有钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔等,还有金刚镗、珩磨、研磨、挤压及特种加工孔等方法。
其加工孔直径Φ0.01~Φ1000mm,加工精度可达到IT13~IT5,表面粗糙度Ra12.5~0.006μm;可在金属或非金属材料上加工,也可在普通材料或高硬度材料上加工。
在加工中可根据不同要求,合理进行选择最佳的加工方案,达到加工质量能符合要求。
第一节钻削加工
(一)
一、概述
用钻头作回转运动,并使其与工件作相对轴向进给运动,在实体工件上加工孔的方法称为钻孔;在已有孔的情况下,用扩孔钻对孔径进行再扩大的加工称为扩孔;钻孔与扩孔统称为钻削。
加工精度
表面粗糙度
钻孔
IT13~IT12
Ra12.5~6.3μm
扩孔
IT12~IT10
Ra6.3~3.2μm
钻削可以在各种钻床上进行,也可以在车床、铣床、镗床和组合机床、加工中心上进行,但大多数情况下,尤其是在大批量下生产时,主要还是在钻床上进行。
二、钻床
主要用钻头在工件上加工孔的机床称为钻床。
通常以钻头的回转运动为主运动,钻头的轴向移动为进给运动。
钻床的分类:
坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、铣钻床、中心孔钻床等八大类。
大部分以最大钻孔直径为主要参数。
钻床的主要功用为钻孔和扩孔,也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉孔及锪凸台端面等。
1、立式钻床
特点是主轴是垂直布置且位置固定不动(沿立柱轴线回转)。
因其立轴结构不同可分为圆柱立式钻床、方柱立式钻床和可调多轴立式钻床。
机床的使用:
主轴箱和工作台可沿立柱作上下移动以调整工作高度;工件安放于工作台上,通过工件的位置移动来找正;利用主轴箱的功能,可以进行变换主轴转速、主轴进给量等加工参数,主轴的上下移动可实现自动进给或手动进给。
适合于加工单件或小批量的中小型工件加工,钻孔直径为Φ16~Φ80mm,如Z5132、Z5140A等。
2、摇臂钻床
特点是主轴能沿立柱的中心轴线进行回转。
机床的使用:
将工件放置于工作台上;主轴绕立柱可上下移动和旋转或主轴箱可在摇臂上作横向移动;利用主轴箱的功能,可以进行变换主轴转速、主轴进给量等加工参数,主轴的上下移动可实现自动进给或手动进给。
适合于加工单件或中小批量的大中型工件加工,钻孔直径为
Φ25~Φ125mm,如Z3040、Z3050A等。
3、钻削加工中心
一般以钻孔、攻螺纹和铣削为主,且刀具在十把以上的加工中心称为钻削加工中心。
功能:
各种直径的孔加工;各种面的铣削加工;多轴(多空间)加工孔或面。
技术性能:
主轴转速高,加工孔直径范围大,进给速度大,定位精度高等。
三、麻花钻
1、概述
是孔加工中应用最广泛的刀具。
主要用来在实体材料上钻削直径在Φ0.1~Φ80mm,加工精度为IT12左右,表面粗糙度在Ra12.5~6.3μm左右的孔或精度要求较高的孔的预加工。
分类:
按材料不同可分为高速钢和硬质合金钻头;按柄部不同分为直柄和锥柄钻头;按长度不同分为基本型、短、长、加长和超长型等钻头。
⑴硬质合金麻花钻
有整体式、镶片式和可转位式(无横刃式)三种,一般用于加工各类特殊材料的各种孔加工。
用细颗粒钨系材料及YG、YW、YT等制作而成,整体式大多采用TiN涂层(金黄色)或镶片式采用涂层刀片;钻头直径从Φ0.2~Φ60mm,硬度在58~62HRC。
⑵高速钢麻花钻
是一种标准刀具,由工作部分、柄部和颈部(锥柄钻才有)组成,锥柄还带有扁尾。
整体呈倒锥形。
整个切削部分由前面、后面、副后面、主切削刃、副切削刃和横刃等组成。
2、切削部分的几何参数
⑴螺旋角β
螺旋角增大会使钻头锋利和排屑通畅,但使钻尖强度削弱和散热条件变差。
⑵顶角2φ
顶角大,钻头强度增大;标准麻花钻2φ=118°;加工钢、铸铁、硬青铜时,2φ=116~120°;加工硬铸铁、不锈钢、耐热钢时,2φ=120~150°。
⑶刃倾角λSX和端面刃倾角λtx
每一点上的刃倾角和端面刃倾角都不相同,越靠近钻心越大。
⑷主偏角κr
每一点上的主偏角也不相同,越靠近外缘处越大。
⑸前角γOX
每一点上的前角都不相同且变化较大,如外缘处前角为30°,钻心处前角为-30°。
⑹后角αfx
主切削刃上外缘处的点其后角最小,钻心处的点其后角最大。
⑺横刃角度ψ
标准麻花钻的横刃斜角ψ=50~55°。
一般后角增大,横刃斜角随之减小,导致横刃长度增大,进给力增大,切削条件变差,对加工质量产生不利影响。
四、钻削原理
1、钻削要素
⑴切削速度υC:
钻头外缘处的线速度
⑵进给量:
每转进给量f,每齿进给量fz,进给速度υf;υf=nf=znfz。
⑶背吃刀量αp:
⑷切削厚度hD和切削宽度bD:
⑸切削面积AD:
2、钻削力和钻削功率
在钻削力合成中,有一个总扭矩T和一个总进给力F。
从上式得知:
总扭矩T来源于主切削刃,总进给力F来源于横刃。
切削功率PC。
3、切削热与钻头磨损
钻头磨损和切削热产生的交汇点在于:
切削速度和切削温度最高、刀体强度最薄弱的前面、后面和刃带三者的交汇处。
五、麻花钻的修磨与群钻
1、标准高速钢麻花钻的缺点
切削刃上各点前角变化大,横刃较长,主切削刃较长,切削速度高、切削刃强度和散热条件较差。
2、麻花钻的修磨
(1)修磨主切削刃,形成多段或圆弧形切削刃;
(2)修磨横刃,使横刃变短和改善横刃处的前角角度;
(3)修磨前刀面,使前角变大或变小,以适应不同材料的切削加工;
(4)修磨刃带,加大刃带上形成的副后角;
(5)磨分屑槽,便于排屑和断屑。
3、群钻
是在长期的生产实践中,综合了标准麻花钻各种修磨方法的成功经验,而设计出的一种先进钻头。
为了适应不同工件材不同孔径的钻削需要,群钻已形成了多种系列。
图示为标准群钻。
结构上与普通钻头相比:
主切削刃由外刃、圆弧刃和内刃所构成;刀尖有三个;顶角有二个(外刃顶角和内刃顶角);在一侧主切削刃后开有分屑槽。
性能上与原来的普通钻头相比:
效率提高,切削条件改善,有利于钻头定心,耐用度提高,切削省力,精度与表面质量更好。
三、新课小结
本节主要是使学生掌握钻削的基本知识及钻床、刀具、原理等知识;掌握麻花钻各部分的切削角度和选择方法;了解钻削力的计算方法。
四、布置作业
1、孔加工刀具有何特点?
2、钻削三要素及计算公式。
3、麻花钻在结构上有那些缺陷?
应如何修磨来加以改进?
一、引入
1、孔加工刀具有何特点?
2、钻削三要素及计算公式。
3、麻花钻在结构上有那些缺陷?
应如何修磨来加以改进?
二、讲授新课
第一节钻削加工
(二)
六、扩孔与锪削
1、扩孔
在已有孔的基础上再进行孔加工。
刀具为扩孔钻,一般有3~4条主切削刃。
按刀具切削部分材料分有高速钢和硬质合金两种;按外形分有整体直柄、整体锥柄、套式和转位形(主要用于大直径)。
扩孔钻的加工质量比钻孔要好。
因为:
无横刃切削阻力小,加工余量小;刀刃多切削力小,导向性好;刀体强度高,刚性好。
扩孔时进给量可以比钻孔大一倍。
2、锪削
在已加工孔的基础上进行圆柱形沉头孔、锥形沉头孔和端面凸台加工。
刀具为锪孔钻,有圆柱沉头锪钻、锥形沉头锪钻、端面锪钻等;一般有3~4个刀齿。
锥形沉头锪钻角度有60°、90°、120°三种。
大多数用高速钢制造,大直径采用硬质合金制造。
七、深孔加工
1、深孔加工的特点及对刀具的要求
一般把深径比在5~10以上的孔称为深孔。
直径比在20以下的通常用加长麻花钻,直径比在20以上的通常用深孔钻加工。
深孔加工比非深孔加工难度大得多,其主要原因:
①刀具细长,刚性很差②排屑困难③冷却、润滑困难。
深孔钻与其他钻头相比有以下特点:
足够的刚性和良好的导向功能;有可靠的断屑、排屑功能;有效的冷却、润滑功能。
2、常用的深孔加工刀具
(1)单刃外排屑深孔钻;
(2)错齿内排屑深孔钻;
(3)喷吸钻。
八、钻孔质量分析
主要问题有:
孔径扩大和孔轴线偏斜、钻头的崩刃和折断。
1、孔径扩大和孔轴线偏斜
(1)产生原因:
①切削刃不对称;
②加工面不平;
③钻头横刃过长;
④钻头与夹具间隙过大;
⑤设计或工序不合理。
(2)采取措施:
①预加工孔端面;
②尽量工件回转;
③先钻中心孔;
④适当小的进给量;
⑤切削刃修磨对称;
⑥修磨横刃;
⑦调整机床;
⑧选用合适钻套;
⑨钻深孔时用支承架。
2、钻头的崩刃和折断
(1)产生原因:
①进给量、进给力变化大;
②切屑缠绕或堵塞;
③堵塞冷却不充分;
④磨损过大;
⑤夹持不稳定;
⑥孔将钻通时,力过大。
(2)采取措施:
①及时修磨钻头;
②及时修磨横刃;
③改善断屑、排屑条件;
④采用分级进给加工;
⑤减小工艺系统的弹性变形。
三、新课小结
本节主要是使学生了解扩孔和锪削的基本知识;了解深孔加工的工艺;掌握钻孔质量分析的基本方法。
四、布置作业
1、深孔加工比一般孔难度大很多,主要原因是什么?
2、为防止钻孔时孔径扩大和孔轴线偏斜,一般应采取哪些措施?
3、为防止钻孔时钻头折断,一般应采取哪些措施?
一、引入
1、深孔加工比一般孔难度大很多,主要原因是什么?
2、为防止钻孔时孔径扩大和孔轴线偏斜,一般应采取哪些措施?
3、为防止钻孔时钻头折断,一般应采取哪些措施?
二、讲授新课
第二节镗削
一、概述
镗孔是一种应用非常广泛的孔加工方法。
可以用于孔的粗加工、半精加工、精加工;可以加工通孔和盲孔;可以加工各种工件材料。
镗孔可以在各种镗床上进行加工,也可以在卧式车床、回轮或转塔车床、铣床、数控机床、加工中心上进行。
在镗床上镗孔的突出优点:
可以用一种镗刀加工一定范围内各种不同直径的孔,尤其是大直径的孔;可以修正上一工序所产生的孔的相互位置误差。
但生产率低,适合于单件和中、小批量生产的场合。
镗孔加工精度一般为IT9~IT7,表面粗糙度为Ra6.3~0.8um;高精度镗床可达到精度IT6,表面粗糙度为Ra1.6~0.8um,甚至达到Ra0.2um。
二、卧式铣镗床
1、概述
一般用于大尺寸、大重量的工件上的大直径孔加工;或相互有一定联系的若干孔系。
除能镗孔外,还能钻孔、扩孔、铰孔、车螺纹、铣平面等加工。
主要类型有卧式铣镗床、精镗床和坐标镗床,其中卧式铣镗床应用最为广泛,型号有T68、T611等。
2、机床的运动和主要部件
主要有后支承后立柱、工作台、镗轴、平旋盘、刀具溜板箱、前立柱、主轴箱、床身、滑座等。
后立柱、工作台可沿导轨作纵向移动(Y轴);主轴箱、主轴沿前立柱导轨作垂直移动(Z轴);工作台在下滑座上作横向移动(X轴)和360°回转;后支承在后立柱上还能作垂直移动(Z轴)。
主轴箱内有主运动和进给运动的变速机构和操纵机构。
卧式铣镗床的主运动有:
镗轴和平旋盘的回转运动。
卧式铣镗床的进给运动有:
镗轴的轴向进给运动,平旋盘溜板的径向进给运动,主轴箱的垂直进给运动,工作台的纵向和横向进给运动。
卧式铣镗床的辅助运动有:
工作台的转位,后立柱纵向调位,后支承架的垂直方向调位,主轴箱沿垂直方向和工作台沿纵、横方向的快速调位运动。
3、卧式铣镗床上的典型加工功能
各种轴向移动进行孔加工(a、b、d、f),加工端面(c、e),加工螺纹(g、h)。
若被加工零件形状复杂、加工精度要求很高在卧式铣镗床上加工,难度较大,此时可在数控加工中心上加工。
三、常用镗刀
1、概述
镗刀是指在镗床、车床、铣床、组合机床以及加工中心上用以镗孔的刀具,类似外圆车刀。
具有以下特点:
①镗刀和镗杆有足够的刚度②夹持牢固、装卸方便、便于调整③可靠的断屑、排屑条件。
镗刀按切削刃数量可分为:
单刃、双刃、多刃刀具;按加工表面可分为:
内孔、端面刀具;按结构可分为:
整体式、装配式、可调式刀具。
2、常用镗刀的类型、结构和特点
⑴单刃镗刀:
最简单一种镗刀;大多是可调式结构。
⑵双刃镗刀:
一对对称刀刃;可以消除背向力对镗杆的影响,但刀具刃磨次数有限;采用浮动结构。
精度可达到IT7~IT6,表面粗糙度为Ra1.6~0.4um。
⑶多刃镗刀:
多刀刃刀具;适用于大批量加工;修磨麻烦;也可采用复合式镗刀。
⑷微调镗刀:
结构简单,刚性好,调整方便,可达到0.01mm的调整量。
3、镗床辅具
用以连接刀具与机床的工具。
镗床上主要用的是刀杆和镗杆。
(1)刀杆一般与镗床主轴刚性连接,用于进行悬伸镗削。
刀杆分A型、B型二种;A型径向装刀,B型斜向装刀;刀杆直径范围为20~90mm,最大悬伸长度不超过260mm。
(2)镗杆一般较长,需与镗模(镗套)配合使用,故一般为专用辅具。
与镗床主轴连接多采用浮动连接。
三、新课小结
本节主要是使学生了解镗床的基本知识;掌握卧式镗床的结构、功能;掌握常用镗刀及辅具的结构和特点。
四、布置作业
1、镗床有哪些部件构成?
有哪些运动?
2、简述常见镗刀的类型、结构和特点。
一、引入
1、镗床有哪些部件构成?
有哪些运动?
2、简述常见镗刀的类型、结构和特点。
二、讲授新课
第三节铰削
一、概述
铰孔是用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层,以提高其尺寸精度和减小其表面粗糙度值的半精加工或精加工方法。
其加工精度一般可达到IT9~IT6,表面粗糙度为Ra1.6~0.4um;可以加工圆柱孔或圆锥孔、通孔或盲孔;可以在钻床、镗床、车床、组合机床、数控机床、加工中心等多种机床上进行,也可用手工进行铰削;加工孔直径小至Ф1㎜,大至Ф100㎜;因此铰削是一种应用非常广泛的孔加工方法。
二、铰刀
1、铰刀的组成部分和类型
⑴铰刀的组成部分:
由工作部分、颈部和柄部组成。
工作部分还分为切削部分和校准部分。
切削部分由导锥和切削锥构成,导锥起引导作用,切削锥起切削作用;机用铰刀导锥也起切削作用。
校准部分分为圆柱和倒锥部分,圆柱圆柱部分起导向、校准和修光作用,倒锥主要减少与孔壁的摩擦和防止孔径扩大作用。
颈部、柄部作用与麻花钻相同。
⑵常用铰刀的类型
铰刀一般分为手用铰刀和机用铰刀。
手用铰刀又分整体式与可调式;机用铰刀又可分带柄式和套式,又分为直柄和锥柄。
材料有高速钢和硬质合金;高速钢切削部分用W18Cr4V(W18)和W6Mo5Cr4V2(M2);硬质合金刀片可采用焊接式、镶齿式和机夹可转位式。
特殊用途的有硬质合金枪铰刀、拉铰刀、硬质合金镗铰刀、金刚石铰刀等。
2、铰刀主要结构要素对铰削过程的影响
⑴直径与公差:
主要体现在校准部分的直径。
确保加工孔的直径和公差;同时要考虑使用时应有足够的磨损储备量。
⑵齿数:
齿数取决于孔径的尺寸;孔径大齿数多,孔径小齿数少。
齿多工作稳定,导向好,孔质量高,但刀具的要求就高;齿数少,刀具强度好。
为了便于测量铰刀直径,齿数一般取偶数。
⑶齿槽方向:
有直槽和螺旋槽两种。
直槽制造、刃磨和检验都比较简单,应用广泛;螺旋槽切削平稳,排屑性能好,刀具耐用度高,铰削质量好;螺旋槽分为右旋和左旋,右旋主要能加工盲孔,左旋为常用;螺旋角取决于工件材料,铸铁、硬钢取β=7°~8°,一般材料取β=12°~20°,铝等取β=35°。
3、铰刀切削部分的几何角度
⑴主偏角κr:
其大小要取决于加工条件和工件材料。
手用铰刀一般取1°左右;机用加工钢材取κr=12°~15°,盲孔取κr=45°,铸铁取κr=3°~5°;加工盲孔时都不能取小值。
⑵前角γp:
一般取零度;校准部分取γp=4°。
⑶后角αp和刃带宽度ba1:
一般后角取αp=6°~10°,校准部分刃口上有ba1=0.1~0.5mm;为了减少与孔壁之间摩擦,刃带宽度不宜太大,一般铰刀直径do大则ba1也大,do小则ba1也小。
⑷刃倾角λs:
一般磨出与轴线倾斜成15°~20°的负刃倾角λs。
三、铰孔质量分析
1、孔径的扩大与收缩
一般采用以下措施:
①取合理的切削速度,钢材νc=1.5~5m/min②提高铰刀刃磨质量③及时修磨铰刀④及时消除机床、刀具、夹具等误差⑤铰刀与机床采用浮动连接。
2、刀齿的崩刃
主要原因:
①铰削量过大②工件材料硬度过高③容屑槽过小或排屑不畅④主偏角过小⑤刀具磨损超过磨纯标准。
采取措施:
①合理确定铰削加工余量②较硬材料采用负前角③减少铰刀齿数④增大主偏角⑤及时刃磨铰刀⑥进行充分冷却和润滑。
3、孔的表面粗糙度过大
主要原因:
①铰削余量过大或过小②过小的进给量和过小的主偏角③切削速度过高④切屑堵塞⑤刀具磨损超过磨纯标准⑥预制孔精度低、表面质量低。
采取措施:
①合理铰削余量②合理的切削速度和进给量③及时修磨刀具④改善排屑条件⑤消除机床回转误差,提高机床精度⑥正确使用切削液。
三、新课小结
本节主要是使学生了解铰削的基本知识;掌握铰刀的基本知识,包括结构、类型、加工影响和几何参数;掌握铰孔质量分析和应对措施。
四、布置作业
1、简述铰刀的组成部分及各部分作用。
2、简述铰刀主要结构要素对加工有什么影响?
一、引入
1、简述铰刀的组成部分及各部分作用。
2、简述铰刀主要结构要素对加工有什么影响?
二、讲授新课
第四节拉削
一、拉削的概念
拉削是用各种不同的拉刀在相应的拉床上切削出各种内、外几何表面的一种加工方法,其中以拉内孔应用最广。
拉刀是一种多齿刀具,在其前后相邻两刀齿之间有一个高度差(或半径差)。
二、拉刀与拉床
1、拉刀
拉刀种类很多,这里以圆孔拉刀为例,分为:
前柄、颈部、过渡锥、前导部、切削齿、校准齿、后导部、后柄等八个部分。
2、拉床
拉床的种类也很多,但应用最广的为卧式内拉床。
拉床只有主运动,采用液压驱动;拉削时工件以预制孔为基准,依靠拉削力将工件压在固定支承的支承端面上。
为保证孔的拉削精度,通常将拉床夹具制成活动式,如右图所示。
三、拉削特点
1、生产率高。
虽然拉削速度低,但加工齿多、切削刃长,且粗、半精、精加工一次完成。
2、加工质量高。
一般为IT8~IT7,表面粗糙度不大于Ra0.8um。
3、加工范围广。
可加工各种形状的内外表面,复杂成形表面。
4、刀具磨损慢,耐用。
5、机床结构简单,操作方便。
6、拉刀制造成本高、工艺复杂,用于成批或大量生产。
三、新课小结
本节主要是使学生掌握拉削的概念;了解拉刀与拉床的结构特点;掌握拉削的加工特点。
四、布置作业
1、简述拉削的加工特点。
2、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、拉孔分别能达到的加工精度。