学习情境3.1 钻削孔加工

图3-7 摇臂钻床
四、教学过程设计
2．钻头
在钻床上用来钻孔的刀具称为钻头，钻头的种类繁多，常用的钻头有麻 花 钻、精孔钻、斜面钻等。
（1）麻花钻
麻花钻是最常用的钻头，其结构如图3-8所示。
图3-8 麻花钻的结构
四、教学过程设计
麻花钻由柄部、颈部和工作部分组成。柄部是麻花钻的夹持部分，有直柄 和锥柄两种类型。直柄传递的扭矩较小，一般用于直径小于12 mm的钻头； 锥柄可传递较大的扭矩，用于大于12 mm的钻头。锥柄的扁尾既可传递较大 扭矩，又可避免钻头在主轴锥孔或钻套中转动，并便于拆卸钻头。 麻花钻的切削部分担负主要的切削工作，由两个刀瓣组成，每个刀瓣相当 于一把车刀。因此，麻花钻有两条对称的主切削刃，两个主切削刃在与其平 行的平面上投影的夹角称为顶角。标准麻花钻的顶角2φ为118°士2°。两主 切削刃中间由横刃相连，这是其他刀具上所没有的。钻削时作用在横刃上的 轴向阻力和摩擦都很严重，是影响钻孔加工精度和生产率的主要因素之一。
如图3-20所示是在轴1端头钻偏心通孔的方法。用两个v形块3将轴1调好 偏心，将一个夹具2的一端接触台面，在一端钻孔。然后将轴1和夹具2一起转 180°，仍使夹具2原来与台面接触的角部接触台面，即可在另一端钻出位于 一条线上的通孔。
1一轴；2－夹具；3-V形块
图3-20 钻偏心通孔
四、教学过程设计
③钻头横刃处的前角具有很大的负值，切削条件极差，而实际上不是在切 削，而是在挤刮金属，加上由钻头横刃产生的轴向力很大，稍有偏斜，将产 生较大的附加力矩，致使钻头弯曲。
④钻头的两个主切削刃，很难磨的完全对称，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。 因此，在钻削力的作用下，刚性差且导向性不好的钻头，很容易弯曲，致 使钻出的孔产生“偏斜”，降低了孔的加工精度，甚至造成废品。
图3-10 用过渡套安装钻头
四、教学过程设计
（2）精孔钻
钻削直径为2-16 mm的内孔时，可将钻头修磨成图3-11所示的几何形状， 使其具有较长的修光刃和较大的后角，刃口十分锋利，类似铰刀的刃口和较 大的容屑槽，可进行钻孔和扩孔，使孔获得较高的加工精度和表面质量。
图3-11 精孔钻
四、教学过程设计
四、教学般用钻夹头装夹，如图3-9所示。 钻夹头的锥柄安装在钻床主轴锥孔中，麻花钻的直柄装夹在钻夹头的三个 能自动定中心的夹爪中
图3-9 钻夹头
四、教学过程设计
锥柄麻花钻一般用过渡套筒安装，如图3-10所示。如用一个过渡套仍无 法与主轴锥孔配合，还可以用两个或多个套筒作过渡连接。套筒上端接近扁 尾处的长方形横孔，是卸钻头时打入楔铁用的。若钻头锥柄尺寸合适，也可 直接安装在钻床主轴的锥孔中。
1．工件的安装
小型工件通常用虎钳或平口钳装夹；较大的工件可用压板螺栓直接安装 在工作台上；在圆柱形工件上钻孔可放在v形铁上进行，如图3-19所示。
图3-19 钻孔时工件的安装
四、教学过程设计
2．钻孔的方法
孔的类型有很多种，对于不同的孔，所使用的钻孔方法也不同。下面将介 绍几种常见的孔的钻削方法。
（1）钻通孔
（3）半孔钻
工件上原来就有的圆孔，要扩孔成腰形孔，若采用一般的钻头进行钻削， 会产生严重的偏斜现象，甚至无法钻削加工。这时可将钻头的钻心修整成凹 形，如图3-12所示，突出两个外刃尖，以低速手动进给，即可钻削。
图3-12 半孔钻
四、教学过程设计
（4）斜面钻
在斜面上钻孔时，若采用一般几何形状的麻花钻，在钻头切削刃的径向力 的作用下，容易使钻头的轴线偏斜，很难保证孔的正确位置。若采用图3-13所 示的钻头，先有类似中心钻尖的钻头钻入工件，起定心作用，然后由钻头两外 刃进行钻削。为了减小外侧刃的径向切削分力，使钻孔质量得到保证，在入刀 和出刀时，要慢点进刀。
学习情境三 孔加工
四、教学过程设计
一、本项目任务描述
3.1.1 工作任务
拉臂的钻、扩、铰加工。工件的主要尺寸与技术要求如图3-1所示。
图3-1 拉臂零件图
二、本项目教学目标
【知识目标】
熟悉钻削的工艺特点及应用； 能够熟练操作常用钻床； 合理选择钻头类型并能够正确安装； 熟悉钻套、钻模的类型并能正确使用； 掌握钻孔、扩孔、铰孔加工工艺。 能运用相关资源，查阅、收集、理解完成工作任务的信息； 能使用已有信息资源制订正确的加工工艺方案； 能独立使用各种资源条件完成工作任务； 能对工作结果进行适当评价与改进； 培养发散思维和创新的能力。 培养学生的知识应用能力、学习能力和动手能力； 培养学生团队协作能力、成员协调能力和决策能力； 具备良好的沟通能力及评价自我和他人的能力； 强烈的责任感和良好的工作习惯； 培养节约及保护环境的意识。
图3-6 立式钻床
四、教学过程设计
（3）摇臂钻床
大中型工件上的孔通常采用摇臂钻床加工，如图3-7所示。摇臂钻床主要由 底座、工作台、立柱、主轴箱和主轴组成。摇臂钻床可以调整主轴的位置， 使刀具对准工件上被加工孔的中心，尤其是加工同一工件上的组孔时更加方 便，不需要移动工件，如果工件较大，还可移走工作台，将工件直接安装在 底座上。因此摇臂钻床适用于各种批量的大、中型工件和多孔工件的加工。
四、教学过程设计
（2）排屑困难
钻削时，切屑较宽，容屑槽的尺寸又受到限制，切屑与工件表面产生较 大摩擦，刮伤已加工表面，并且可能阻塞在容屑槽中，卡死钻头。因此，排 屑问题是钻削时需要首先解决的问题，为了改善排屑条件，可在钻头上磨出 分屑槽（如图3-4所示），将宽的切屑分成窄条，以利于排屑。当钻深孔 （L/D>5 )时，应该采用合适的深孔钻进行加工。
【能力目标】
【素质目标】
三、重点、难点
重点：
钻头类型的选择及安装；钻套、钻模的使用； 钻削加工工艺；
难点：
钻削加工工艺；制定钻削加工孔加工过程。
四、教学过程设计
钻削加工是粗加工孔时的一种重要成形方法，主要是指在钻床上完成的 钻孔、扩孔、铰孔等切削工作。
3.1.3.1 知识链接1——钻削加工概述
因为钻孔时，钻头工作大部分都处于已经加工表面的包围中，所以会引起 一些特殊的问题。例如，钻头的刚度和强度、容屑和排屑、导向和冷却润滑 等。其特点概况如下： （1）容易产生“引偏” “引偏”是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆以及孔的轴 线歪斜，如图 3-2 所示。
四、教学过程设计
图3-15 标准钻套
四、教学过程设计
（4）特殊钻套：
由于工件形状或者加工孔位置的特殊性，需要设计特殊结构的钻套，图316所示为几种特殊钻套结构。 如图3-16（a）所示为加长钻套，在加工凹面上的孔时使用。为减少刀具 与钻套之间的摩擦，可将钻套引导高度H以上的孔径放大。 如图3-16（b）所示为斜面钻套，用于在斜面或圆弧面上钻孔，排屑空间 的高度h<0.5 mm可增加钻头刚度，避免钻头引偏或折断。 如图3-16（c）所示为小孔距钻套，用圆销确定钻套位置。 如图3-16（d）所示为兼有定位与夹紧功能的钻套，在钻套与衬套之间， 一段为圆柱间隙配合，一段为螺纹连接，钻套下端为内锥面，可使工件定位。
图3-13 斜面钻
四、教学过程设计
（5）群钻
由于麻花钻有轴向力大、钻尖易烧损等缺陷，我国经过多年的实践，通 过修磨的方法，发明了一种先进的钻头，这就是群钻，如图3-14所示，其 特点可用下面四句话概括： 三尖七刀锐当先，月牙弧槽分两边。 一侧外刃开屑槽，横刃磨低窄又尖。 对于不同的加工条件和加工材料，群钻有各种结构形式，其几何参数已 经标准化。
图3-17 固定式钻模
四、教学过程设计
（2）盖板式钻模：这类钻模没有夹具体，钻模板上除钻套外，一般还装
有定位元件和夹紧装置，只要将它覆盖在工件上即可加工，如图3-18所示
图3-18 盖板式钻模．
四、教学过程设计
3.1.3.3 知识链接3——钻孔加工工艺
钻孔前需要对工件进行固定，孔的位置和要求不同，使用的方法不同。
图3-2 钻孔引偏
四、教学过程设计
钻孔时产生引偏，主要原因有以下几方面： ①麻花钻直径和长度受所加工孔的限制，一般呈细长状，刚性较差。为形 成切屑刃和容纳切屑，必须做出两条较深的螺旋槽，致使钻心变细，进一步 削弱了钻头的刚性。 ②为减少导向部分与已加工孔壁的摩擦，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。
四、教学过程设计
在实际加工中常采用如下措施来减少引偏：
①预钻锥形的定心坑，如图3-3 (a)所示。首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。由于预钻时钻头的刚性好，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，如图3-3( b）所示。此方法可以减少钻孔开始时的 “引偏”，特别是在斜面或者曲面上钻孔时，更为重要。 ③刃磨时，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 向切削力相互抵消，从而减少钻头的“引偏”。
图3-5 台式钻床
四、教学过程设计
（2）立式钻床
中小型工件上直径较大的孔（直径小于50mm）常用立式钻床加工，如图 3-6所示。立式钻床的规格用最大钻孔直径表示，常用的有25mm、35mm、 40mm等几种。 立式钻床主要由底座、立柱、主轴、工作台和电动机组成。立式钻床的 主轴位置在水平方向相对于工作台是固定的，为了使钻头与工件上孔的中心 重合，必须移动工件，因此操作不便，生产率不高，常用于小型工件的单件 、小批量加工。
如图3-21所示是用销子定位钻大件通孔的方法。如果孔太深，不能 在工件4一边钻通时，可按划线钻进一半以上的孔1后，将工件撤出，在 其他一切条件不变的情况下，钻头3继续向下在垫板5上钻个孔，在孔内 插人一个滑配销子2，将工件反过来，将所钻的半孔插到销子2上，则钻 头在另一边钻的孔可保证与先前钻的半孔位于同一条直线上。
图3-16 特殊钻套
四、教学过程设计 4.钻模
一般由钻套和钻模板组成。钻床钻模的种类繁多，一般分为固定式、回转 式、移动式、翻转式、盖板式等几种类型。
（1）固定式钻模：
如图3-17所示，钻模直接固定在夹具体上。钻模板与夹具体的连接可以用 销钉对定、螺钉紧固，对于简单的钻模也可采用整体铸造或焊接结构。由于钻 套的位置固定，所以其加工孔的位置精度较高，但有时装卸工件较不方便。常 用于在立式钻床上加工较大的单孔或者在摇臂钻床上加工平行孔系。
图3-14 群钻
四、教学过程设计 3．钻套
钻套装配在钻套模板上或者夹体上，其作用是确定被加工孔的位置和 引导刀具加工。钻套按结构和使用情况，可分为以下4种类型。
（1）固定钻套：
如图3-15（a）（b）所示。固定钻套直接装在钻模板的相应孔中，磨 损后不能更换。固定钻套结构简单，钻孔的精度高，用于单一钻孔工序和 小批生产。
（2）可换钻套：
如图3-15 (c)所示。当工件为单一钻孔工序的大批量生产时，为了能快 速更换磨损的钻套，常选用可换钻套。当钻套损伤后，可卸下螺钉，更换 新的钻套，螺钉能够防止加工时钻套转动或者退刀时随刀具拔出。
（3）快换钻套：
如图3-15 ( d )所示。当工件需要钻、扩、铰多种工序加工时，为能够 快速更换不同孔径的钻套，应选用快换钻套。更换钻套时，将钻套削边转 至螺钉处，即可取出钻套，削边的方向应考虑刀具的旋向，以防钻套随刀 具自行拔出。
四、教学过程设计
3.1.3.2 知识链接2——钻削工艺装备
钻削过程中一般需要用到钻床、钻头以及导向和固定装置。
1．钻床
钻床的种类很多，常用的有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。
（1）台式钻床
单件和小批量生产中，中小型工件上的小孔（直径小于13 mm）常用台 式钻 床加工，如图3-5所示。台钻的进给运动由手转动进给手柄，使 主轴轴向移动来 实现，主轴下端有锥孔，用来安装钻夹头。
图3 -3 减少引偏的措施
图3-4 分屑槽
四、教学过程设计
（3）切削热不易传散
钻削是一种半封闭式的切削形式，钻削时所产生的热量大部分被工件吸收。 例如用标准麻花钻，不加切削液钻钢料时，工件吸收的热量约占52.5%，钻 头约占14.5%，切屑约占28%，而介质仅占5％左右。切削时，大量高温切屑 不能及时的排出，切削液难以注人切削区，切屑、刀具与工件之间的摩擦力 很大。因此，切削温度较高，致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生 产率的提高。