#05第五章 钻削、镗削、铰削与拉削

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、铰削和拉削
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，并使其和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；钻孔和扩孔统称为钻削。

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
是孔加工中使用最广泛的刀具。

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
L r 0
2tan πβ=
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10000n
d c πυ=
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 ：2o
p d =α
⑷切削厚度hD 和切削宽度bD ：φsin 2f h D ≈
φsin 20d b D ≈ ⑸切削面积AD ：4o
D D D fd b h A ==
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 。

ϕ
ϕϕρb F d F F T T T T c o co co o o ++=++=112 ϕf fo fo F F F F ++=122
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 。

610602⨯=Tn
P c π
3、切削热和钻头磨损
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、麻花钻的修磨和群钻
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。

结构上和普通钻头相比：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。

性能上和原来的普通钻头
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，精度和表面质量更好。

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、扩孔和锪削
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。

深孔钻和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钻头和夹具间隙过大；
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
镗孔是一种使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，其中卧式铣镗床使用最为广泛，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
用以连接刀具和机床的工具。

镗床上主要用的是刀杆和镗杆。

（1）刀杆一般和镗床主轴刚性连接，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，需和镗模（镗套）配合使用，故一般为专用辅具。

和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㎜；因此铰削是一种使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，倒锥主要减少和孔壁的摩擦和防止孔径扩大作用。

颈部、柄部作用和麻花钻相同。

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和可
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直径和公差：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，使用广泛；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；为了减少和孔壁之间摩擦，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：一般磨出和轴线倾斜成15°～20°的负刃倾角λs。

三、铰孔质量分析
1、孔径的扩大和收缩
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铰刀和机床采用浮动连接。

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，其中以拉内孔使用最广。

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、拉刀和拉床
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，但使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；了解拉刀和拉床的结构特点；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。