机械制造工艺基础第五章2-3节

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5.2.2 扩孔和铰孔
•1．扩孔 扩孔是利用扩孔钻(图5-24)对已有的孔进行加工(图5-2
5)以扩大孔径，并提高孔的精度和降低表面粗糙度。扩孔 时的切削深度aP (dm dw ) / 2，比钻孔时( aP dm / 2 )小很多， 因而刀具的结构和切削条件比钻孔时好很多，与钻削相比， 扩孔主要有以下特点： (1)切削刃不必自外圆延续到中心，这样就避免了横刃和由 横刃所引起的一些不良影响。
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(1) 在实体材料上加工孔的方法
1) 钻： 用于加工IT10以下低精度的孔。 2) 钻─扩(或镗) 用于加工IT9精度的孔，当孔径小于30mm时，
钻孔后扩孔；若孔径大于30mm，采用钻孔后镗孔。 3) 钻─铰 用于加工直径小于20mm、IT8精度的孔。 4) 钻─扩(或镗)─铰(或钻─粗镗─精镗，或钻)─拉 用于加工
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为了改善排屑条 件，可在钻头上 修磨出分屑槽， 将宽的切屑分成 窄条，以利于排 屑。当钻深孔时， 应采用合适的深 孔钻进行加工。
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4．钻削的加工精度和粗糙度
钻孔的直径一般不大于80mm ， 钻削的尺寸公差等级为25 ~ 12.5m ， 表面粗糙度值 Ra为 IT13 ~ IT11 。 生产效率也比较低。 钻削主要用于粗加工，例如螺钉孔、油孔等；一 些内螺纹，在攻丝之前，需要先进行钻孔；精度 和粗糙度要求较高的孔，也要以钻孔作为预加工 工序。
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图5-30 无心磨轴承环内孔
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5Baidu Nhomakorabea2.5 孔的分类和加工方法的选择
•1．孔的分类 孔是组成零件的基本表面之一，零件上有多种多样的孔，
常见的有以下几种： 紧固孔（如螺钉孔等）和其他非配合的油孔等。 箱体类零件上的孔，如床头箱箱体上的主轴和传动轴的
轴承孔等。这类孔往往构成“孔系”。 深孔，即L/D>5～10的孔，如车床主轴上的轴向通孔等。 圆锥孔，如车床主轴前端的锥孔以及装配用的定位销孔
钻 IT10 以下，12.5 ~ 50
拉 IT8 ~ IT 7,0.4 ~ 0.8
精拉 IT 6,0.1 ~ 0.2
扩 IT10 ~ IT 9,3.2 ~ 6.3
粗铰 IT 8,1.6 ~ 3.2
精铰 IT 7,0.8 ~ 1.6
手铰 IT 7 ~ IT 6,0.2 ~ 0.4
粗镗 IT 9 ~ IT 8,3.2 ~ 6.3
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(3)刀具成本较单刃镗刀高 由于浮动镗刀片结构比 单刃镗刀复杂，且刃磨要求高，故成本较高。 由于以上特点，浮动镗刀片镗孔主要用于批量生 产、精加工箱体类零件上直径较大的孔。
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5.2.4 磨孔
•1．磨孔方式 孔的磨削可以在内圆磨床上进行，也可以在万能外
圆磨床上进行。 与外圆磨削类似，内圆磨削也可以分为纵磨法和横
的方法。 3.钻孔有哪些工艺特点，在钻孔后进行扩孔、铰孔为什么能
提高孔的加工质量？ 4.镗孔有哪几种方式，各自具有什么样的特点？ 5.试说明浮动镗孔的特点及其应用。 6.试说明孔的种类以及孔有几种加工方法，且简述孔加工方
法的选择原则？
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5 .3 平面加工 Plan Cutting
5.3.1 刨平面
刨削是以刨刀相对工件的往复直线运动与工作台 (或刀架)的间歇进给运动实现切削加工的，它是 平面加工的主要方法之一。常见的刨床类机床有 牛头刨床、龙门刨床和插床等。
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由于以上的原因，磨孔一般仅适用于淬硬工件孔的精加工，如滑 移齿轮、轴承环以及刀具上的孔等。但是，磨孔的适应性较好， 不仅可以磨通孔，还可以磨削阶梯孔和盲孔等，因而在单件小批 生产中应用较多，特别是对于非标准尺寸的孔，其精加工用磨削 更为合适。 大批大量生产中，精加工短工件上要求与外圆面同铀的孔时，也 可以采用无心磨法(如图5-30)。
图5-27 镗孔方式
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3．浮动镗孔的特点及应用
(1)加工质量较高 由于镗刀片在加工过程中的浮动，可抵偿刀具安装误差 或镗杆偏摆所引起的不良影响，提高了孔的加工精度。较宽的修光刃， 可修光孔壁，减小表面粗糙度。但是它与铰孔类似，不能校正原有孔 的轴线歪斜或位置偏差。
(2)生产率较高 浮动镗刀片有两个主切削刃同时切削，并且操作简便，所 以可提高生产率。
(1) 预钻锥形定心坑即先用小顶角 大直径短麻花钻预先钻一个锥 形坑，然后再用所需的钻头钻 孔。由于预钻时钻头刚性好， 锥形坑不易偏，以后再用所需 的钻头钻孔时，这个坑就可以 起定心作用。
(2) 用钻套为钻头导向这样可减少 钻孔开始时的引偏，特别是在 斜面或曲面上钻孔时，更为必 要。
(3) 钻头的两个切削刃刃磨对称 尽 量把钻头的两个主切削刃磨得 对称一致。使两主切削刃的径 向切削力互相抵消，从而减少 钻头的引偏。
机械制造工艺基础
主讲教师：周世权
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5.2 孔加工 Hole Cutting
孔是轴类、盘套类和箱体类零件的主要表面（如轴承 孔、定位孔等），也可能是这些零件的辅助表面（如油孔、 紧固孔等）。孔加工的方法较多，常用的有钻、扩、铰、 镗、拉、磨、珩磨等。
5.2.1 钻孔（扩孔）
钻头作回转运动和轴向进给运动，从工件实体上切去切屑， 加工出孔的工序称为钻孔。钻孔经常在钻床和车床上进行， 也可以在镗床或铣床上进行。常用的钻床有台式钻床、立 式钻床和摇臂钻床。
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图5-26 铰刀的结构
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5.2.3 镗孔
用镗刀对已有的孔进行再加工，称为镗孔。一般镗孔精度达IT8～ IT7，表面粗糙度Ra值为0.8～0.16μm；精细镗时，精度可达IT7～IT6， 表面粗糙度Ra值为0.2～0.8 μm 。
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1．镗削的工艺特点
(1) 镗削的适应性广。镗削在孔基础上进行除直径很 小且较深的孔以外，各种直径及各种结构类型的孔均 可镗削。 (2) 镗削可有效地修正前工序所造成的孔轴线的弯曲、 偏斜等形状误差和位置误差。但由于镗刀杆直径受孔 径的限制，一般刚性较差，易弯曲变形和振动，故镗 削质量的控制(特别是细长孔)不如铰削方便。
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磨孔与磨外圆比较，存在如下主要问题： (1)表面粗糙度较大 磨削速度较磨外圆时低。加上砂
轮与工件接触面积大，切削液不易进入磨削区， 所以磨孔的表面粗糙度较磨外圆时大。 (2)生产率较低 磨孔时，砂轮轴细、悬伸长，刚性很 差，不宜采用较大的磨削深度和进给量，故生产 率较低。由于砂轮直径小，为维持一定的磨削速 度，转速要高，增加了单位时间内磨粒的切削次 数，磨损快；磨削力小，降低了砂轮的自锐性， 且易堵塞。因此，需要经常修整砂轮和更换砂轮， 增加了辅助时间，使磨孔的生产效率进一步降低。
直径大于20mm、IT8精度的孔。 5) 钻─粗铰─精铰 用于加工直径小于12mm、IT7精度的孔。 6) 钻─扩(或镗)─粗铰─精铰(或钻─拉─精拉) 用于加工直径
大于12mm、精度的孔。 7) 钻─扩(或镗)─粗磨─精磨 用于加工精度并已淬硬的孔。
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表5-7 孔加工(在实体材料上)方法选择框图(图中数字为Ra值，单位为μm
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钻头横刃处的前角 ，具有很大的负值，切削条件极差， 实际上不是在切削，而是挤刮金属。有资料介绍，钻孔时 一半以上的轴向力是由横刃产生的，稍有偏斜，将产生较 大的附加力矩，使钻头弯曲。此外，钻头的两个主切削刃， 也很难磨得完全对称，加上工件材料的不均匀性，钻孔时 的径向力不可能完全抵消。
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在实际加工中，常采用如下措施来减少引偏
(3) 镗刀杆的长径比大，悬伸距离长，切削稳定性差，易产生 振动，故切削用量很小，故生产率低。
(4) 镗刀在内孔里面工作，难于观察，只能凭切屑的颜色、出 现的振动等情况来判断切削过程是否正常。
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•2．镗孔的方式及应用
1．工件旋转刀具作进给运动 在车床类机床上加工盘类零件属于这种方式
2．工件不动而刀具作旋转和进给运动 这种加工方式是在 镗床类机床上进行。 3．刀县旋转工件作进给运动 适于镗削箱体两壁相距较远 的同轴孔系，易于保证孔与孔、孔与平面间的位置精度。
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1．麻花钻
钻孔常用的刀具是麻 花钻。主切削刃，顶 角，标准麻花钻的顶 角为 118°。两条副 切削刃，在钻头的顶 部，两主后面的交线 形成横刃，横刃的前 角为负角，因此在钻 削时，横刃在挤压、 刮削工件，切削条件 很差。刚度较差，如 果顶角刃磨不对称， 形成的径向力易使钻 头引偏，造成孔的位 置误差，因此麻花钻 钻孔的精度较差，表 面质量较低。
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• 2．麻花钻的几何参数
• 麻花钻的几何参数如图2-18(b)所示，定义及特点如表5－6。
表5－6 麻花钻的主要几何参数图2-19
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3．钻削的特点
1．容易产生“引偏” 所谓“引偏”，是指加工时由于钻 头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆(图5-21(a))或孔的轴 线歪斜(图5-21(b))等。麻花钻一般呈细长状，刚性铰差。 必须制出两条较深的螺旋槽，使钻心变细，进一步削弱 了钻头的刚性。钻头仅有两条很窄的棱边与孔壁接触， 接触刚度和导向作用也很差。
由于上述原因，扩孔的加工质量比钻孔高，一般 精度可达 IT10～IT9，表面粗糙度Ra为3.2～6.3μ m。
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考虑到扩孔比钻孔有较多的优越性，在钻直径较 大的孔时(一般D≥30mm)，可先用小钻头(直径为 孔径的0.5～0.7倍)预钻孔，然后再用原尺寸的大 钻头扩孔。实践表明，这样虽分两次钻孔，生产 效率也比用大钻头一次钻出时高。若用扩孔钻扩 孔，则效率将更高，精度也比较高。 扩孔常作为孔的半精加工，当孔的精度和表面粗 糙度要求再高时，则要采用铰孔。
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(2) 铸(或锻)件上已铸(或锻)出的孔，可直接进行扩 孔或镗孔，直径大于100mm的孔，用镗孔比较方 便。至于半精加工、精加工和精细加工，可参照 在实体材料上加工孔的方法，例如：粗镗─半精 镗─精镗─精细镗；扩─粗磨─精磨─研磨(或珩磨) 等。
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复习思考题
1.试用简图说明麻花钻的结构特点和几何参数特点。 2.为什么钻孔时会出现“引偏”，并给出几种减小“引偏”
粗磨 IT 8,0.8 ~ 1.6
半精镗 IT 8,1.6 ~ 3.2
半精磨 IT8 ~ IT 7,0.2 ~ 0.4
精镗 IT 8 ~ IT 7,0.8 ~ 1.6
精磨 IT 7 ~ IT 6,0.1 ~ 0.2
研磨或珩磨 IT 7 ~ IT 6,0.08 ~ 0.1
精细镗 IT 7 ~ IT 6,0.1 ~ 0.8
磨法。鉴于砂轮轴的刚性很差，横磨法仅适用于磨削短 孔及内成形面。更难以采用深磨法，所以，多数情况下 是采用纵磨法。
图5-29 磨圆柱孔
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• 2．磨孔加工的特点及应用 磨孔与铰孔或拉孔比较，有如下特点： (1)可以加工淬硬的工件孔； (2)不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还 可以提高孔的位置精度和轴线的直线度； (3)用同一个砂轮，可以磨削不同直径的孔，灵活 性较大； (4)生产率比铰孔低，比拉孔更低。
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2．铰孔
铰孔是用铰刀对孔进行精加工的方法，一般加工精度可达I T9～IT7，表面粗糙度Ra值为0.4～0.6 μm 。 铰孔加工质量较高的原因 (1) 铰刀具有修光部分其作用是校准孔径、修光孔壁，从而进 一步提高了孔的加工质量。 (2)铰孔的余量小(粗铰为0.15～0.35mm，精铰为0.05～0.15mm)， 切削力较小；铰孔时的切削速度一般较低(m=1.5～10m/min)， 产生的切削热较少。因此，工件的受力变形和受热变形较小， 加之低速切削，可避免积屑瘤的不利影响，使得铰孔质量比 较高。
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(2)由于aP小，切屑窄，易排出，不易擦伤已加工表面。 同时容屑槽也可作得较小较浅，从而可以加粗钻 心，大大提高扩孔钻的刚度，有利于加大切削用 员和改善加工质量。
(3)由于容屑糟较窄，可在刀体上作出较多的刀齿(一 般在整体带柄部扩孔钻上右3～4个齿)，所以可提 高生产率。同时也加多了刀具的棱带，增加了扩 孔时的导向作用，切削比较平稳。
等。 这里仅讨论圆柱孔的加工方案，由于对各种孔的要求不
同，也需要根据具体的生产条件，拟定较合理的加工方案。
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2．孔加工方法的选择
实体材料上加工孔，必须先采用钻孔。 已经铸出或锻出孔(多为中、大型孔) 的加工， 则可直接采用扩孔或镗孔。 孔的精加工，铰孔和拉孔适于加工未淬硬的 中、小直径的孔；中等直径以上的孔，可以 采用精镗或精磨；淬硬的孔只能采用磨削。