與外(wài)圓表(biǎo)麵加工相比,孔加工的條件要差得(dé)多,加工(gōng)孔要比加工外圓困難。這是因為:
1)孔加工所用刀具的尺寸受被加工孔尺寸的限(xiàn)製,剛性差,容易產生彎曲變形和振動;2)用定尺寸刀具加工孔時,孔加工的尺寸往往直接取決於刀具的相應尺寸,刀具(jù)的製造(zào)誤差和磨損將直接影響孔的加工精度;3)加工孔時,切削區(qū)在工件(jiàn)內部,排屑及散熱條件差,加(jiā)工精度和表麵質量都不易控製。
01鑽孔與擴孔
(1)鑽孔
鑽孔是在實心材料上加工孔(kǒng)的第一道工序,鑽孔直徑一般小於80mm 。鑽孔加工有兩種方式:一種是鑽頭旋轉;另一種是工件旋轉。上述兩種鑽孔方式產生的誤(wù)差是(shì)不相同的(de),在鑽頭旋轉的鑽孔方式中,由於切削刃不對稱和鑽頭剛性不足而使(shǐ)鑽(zuàn)頭引偏時,被加工孔的中心線(xiàn)會發生偏斜或不直,但孔徑基本不變;而在工件旋轉的鑽孔(kǒng)方式中則相反,鑽頭引偏會引起孔徑變化,而孔中心線仍然是直的。
常用的鑽孔刀具有:麻花鑽、中(zhōng)心鑽、深孔鑽等(děng),其中最常用的是麻花鑽,其直徑規格為Φ0.1-80mm。
由於構造上的限製,鑽頭的彎曲剛度和扭轉剛度均(jun1)較(jiào)低,加之定心性不好,鑽孔加工(gōng)的精度較低,一般隻能達到IT13~IT11;表麵粗糙度也較大,Ra一般為(wéi)50~12.5μm;但鑽(zuàn)孔的金屬切除率大,切削效率高。鑽(zuàn)孔主要用於加工質量要求不高的孔(kǒng),例如螺栓(shuān)孔、螺紋底孔、油孔等。對於加(jiā)工精度和表麵質量要求較高的孔,則(zé)應在後續加工中通過擴孔、鉸(jiǎo)孔、鏜孔或磨孔來達到。
(2)擴孔
擴孔是用擴孔鑽對已經鑽出、鑄出或鍛出(chū)的孔作進一步加工,以擴大孔徑並提高孔的加工質量(liàng),擴孔加工既可以作為精(jīng)加工(gōng)孔(kǒng)前的預加工,也可以作為要求不高的孔(kǒng)的(de)最終加工。擴孔(kǒng)鑽與麻花鑽(zuàn)相似,但刀齒數較多,沒有橫刃。
與鑽孔相比,擴孔具(jù)有下列特點:
1)擴孔(kǒng)鑽齒數多(3~8個齒)、導向性好,切削比較穩定;
2)擴孔鑽沒有橫刃,切削條(tiáo)件好;
3)加工餘量較小,容屑槽可以做得淺(qiǎn)些,鑽(zuàn)芯可(kě)以做得粗些(xiē),刀體強(qiáng)度和剛性較好。擴(kuò)孔加工的精度一般為IT11~IT10級,表麵粗(cū)糙度Ra為12.5~6.3μm。擴孔常用於加工直徑小於 的孔。在鑽直徑(jìng)較(jiào)大的孔時(D ≥30mm ),常先用小鑽頭(直徑為孔徑的0.5~0.7倍)預鑽孔,然後再用相應尺寸的擴孔鑽擴孔,這樣可以提高孔的加工質量和生(shēng)產效率。
擴孔除了可以(yǐ)加工圓柱孔之外,還可以用各種特殊形狀的擴孔鑽(亦稱锪鑽(zuàn))來加工各種沉頭座孔和锪平端麵示。锪鑽(zuàn)的前端常帶有導向柱,用已加工孔導向。
02鉸孔
鉸孔是孔的精加工方法之一,在生產中應用很(hěn)廣。對於較小的孔,相對於內圓磨削(xuē)及精鏜而言(yán),鉸孔是一種較為經濟實用的加工方法。
(1)鉸(jiǎo)刀
鉸刀一般分為手用鉸刀及機用鉸刀兩種。手用鉸刀柄部為直柄,工(gōng)作(zuò)部(bù)分較(jiào)長,導向作用較好(hǎo),手用(yòng)鉸刀有整體式和外徑可調整式兩種結構。機用鉸(jiǎo)刀有帶柄的和套式的(de)兩種結(jié)構。鉸刀不僅可加工圓形孔,也(yě)可用錐度鉸刀加工錐孔。
(2)鉸孔工藝及其(qí)應用
鉸孔餘量對鉸孔質量的影響很大,餘量(liàng)太大,鉸(jiǎo)刀的負荷大,切削刃很快被磨鈍,不易(yì)獲得光潔的(de)加工表麵,尺(chǐ)寸公差也不易保證;餘(yú)量太小(xiǎo),不能去掉上工序留下的刀痕,自然也就沒(méi)有改善孔加工質量的作用(yòng)。一般粗鉸餘量取為0.35~0.15mm,精(jīng)鉸取為0.15~0.05mm。
為避免產生積屑瘤,鉸孔通常(cháng)采(cǎi)用較低的切削速度(dù)(高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時(shí),v<8m/min)進行加工。進給量的取值與被加工孔徑有關(guān),孔徑越大,進給量取值越大,高速鋼鉸(jiǎo)刀(dāo)加(jiā)工鋼和鑄鐵時進給量常取為0.3~1mm/r。
鉸孔時(shí)必須用適當的切削液進行冷卻、潤滑和清洗,以防(fáng)止產生積屑瘤並及時清除(chú)切屑。與磨孔和鏜(táng)孔相比(bǐ),鉸(jiǎo)孔生產(chǎn)率高,容(róng)易保證孔(kǒng)的精度;但鉸孔不(bú)能校正孔軸(zhóu)線的位置誤差(chà),孔的位置精度應由前工序保(bǎo)證。鉸孔不宜(yí)加(jiā)工階梯孔和盲孔。
鉸孔尺寸精度一般(bān)為(wéi)IT9~IT7級,表麵粗糙度Ra一般為3.2~0.8μm。對於中等尺寸、精度要求較高的孔(例如IT7級精度孔),鑽—擴—鉸工藝是生產中常用的典型加工方(fāng)案。
03鏜孔
鏜孔是在預製(zhì)孔上用切削刀(dāo)具使之擴(kuò)大的一種加(jiā)工方法,鏜孔工作既可以在(zài)鏜(táng)床上進行,也可以在車床(chuáng)上進行。
(1)鏜孔方式
鏜(táng)孔有三(sān)種不同的加工方式。
1)工件(jiàn)旋轉(zhuǎn),刀(dāo)具作進給運動 在車床上鏜孔大都屬於這種鏜孔方(fāng)式。工藝特點是:加工後孔的軸心線與工(gōng)件的回轉軸線一致(zhì),孔的圓(yuán)度主要取決於機床主軸的回轉精度,孔的軸(zhóu)向幾何形(xíng)狀誤差主要取(qǔ)決於(yú)刀具進給方向相對於工件回轉軸線的位置精度。這種鏜孔方式適於加工與外圓表(biǎo)麵(miàn)有同軸度要求的孔。
2)刀具旋轉(zhuǎn),工件(jiàn)作進給運動 鏜床主(zhǔ)軸帶動鏜刀旋(xuán)轉,工作台帶動工件作進給(gěi)運動。
3)刀具旋轉並作進給運動 采用這種鏜孔方式鏜孔,鏜杆的懸(xuán)伸長度是變化(huà)的,鏜杆的受(shòu)力 變形也是變化的,靠近主軸箱處的孔徑大,遠離主軸箱處的孔徑小,形成錐孔。此外,鏜杆懸(xuán)伸長(zhǎng)度增大,主軸因自重引起的彎曲變形也增大,被加工孔軸線將產生(shēng)相應的彎曲。這種鏜孔方式隻(zhī)適於加工較短的孔。
(2)金剛鏜
與一般鏜孔(kǒng)相比,金剛鏜的特點是背吃刀(dāo)量小,進(jìn)給(gěi)量小,切削速度(dù)高,它可以獲得很高(gāo)的加工精度(IT7~IT6)和很光潔的表麵(miàn)(Ra為0.4~0.05 μm)。金(jīn)剛鏜最初用(yòng)金剛石鏜刀加工,現在普(pǔ)遍采用硬質合金(jīn)、CBN和人造金剛石刀具(jù)加工。主要用於加工有色金屬工件,也可用於加工鑄鐵件(jiàn)和(hé)鋼件。
金剛(gāng)鏜常用的切削用量為:背吃刀量(liàng)預鏜為0.2~0.6mm,終鏜為0.1mm ;進(jìn)給(gěi)量(liàng)為0.01~0.14mm/r ;切削速度加工鑄鐵時為100~250m/min ,加工(gōng)鋼時為150~300m/min ,加工有色金(jīn)屬時為300~2000m/min。
為(wéi)了保證金剛鏜能達到較高的加工精度和表麵質量,所(suǒ)用(yòng)機床(金剛鏜床)須具有較高的幾何精度和剛度,機床(chuáng)主軸(zhóu)支(zhī)承常(cháng)用精密的角接觸球軸承或靜壓滑(huá)動軸承,高速旋轉零件須經精確平衡;此(cǐ)外,進給機構的運動必須十分平穩,保(bǎo)證工作台能做平(píng)穩低速進給運動。
金剛鏜的加工質量好,生產效率高,在大批大量(liàng)生產中(zhōng)被廣泛用於精(jīng)密孔的最終加工(gōng),如發動機氣缸孔、活塞銷孔、機床主軸箱上的主軸孔等。但須(xū)引起注意的是(shì):用金剛鏜加工黑色金屬(shǔ)製品時,隻能使用硬質合金和CBN製作的鏜刀,不能使用金剛石製作的鏜刀,因金剛石中的碳原子與鐵族元素的親和力大,刀(dāo)具壽命低。
(3)鏜刀
鏜刀可分為單刃鏜刀(dāo)和雙刃鏜刀。
(4)鏜孔的工藝特點及應用範圍
鏜孔(kǒng)和鑽—擴—鉸(jiǎo)工藝相比,孔徑尺(chǐ)寸不受刀具尺寸的限製,且鏜孔具有較強(qiáng)的誤差修(xiū)正能力,可(kě)通過多次走刀來修正原孔軸線偏斜誤差,而且能使所鏜孔與定位表麵保持較高的位置精度。
鏜孔和車外圓相比,由於刀杆係統的剛性差、變形(xíng)大,散熱排(pái)屑條件不好,工件和刀具的熱變形比較大,鏜孔的加工質量和生產效率都不如(rú)車外圓高。
綜上分(fèn)析可知, 鏜孔的(de)加工範圍廣,可加工(gōng)各種不同尺(chǐ)寸和不同精度等級的孔,對於孔徑較大、尺寸和位置精度要求較高的孔和孔係,鏜孔幾乎是唯一的加工方法。鏜(táng)孔的加工精(jīng)度為IT9~IT7級。鏜(táng)孔可以在鏜床、車床、銑床等機床上進行,具(jù)有機動靈活的優點(diǎn),生產中應用十分廣(guǎng)泛。在大批大量生產中,為提高鏜孔效率,常使用鏜模。
04珩磨孔
(1)珩磨原理及珩磨頭
珩磨是利用帶有磨(mó)條(油石)的(de)珩磨頭對孔進(jìn)行光整加工的方法。珩(héng)磨時,工件(jiàn)固定不動,珩(héng)磨頭由機床主軸(zhóu)帶動旋轉並作往複直線(xiàn)運動。珩磨加工中,磨條以一定壓力作用於工件表麵,從 工件表麵上切除(chú)一層極薄(báo)的材料,其切削軌跡是交叉的網紋。為使砂條磨粒的運動軌(guǐ)跡不重複,珩磨頭回轉(zhuǎn)運動的每分鍾轉數與珩磨頭每分鍾往複(fù)行程數(shù)應互成質數。
珩磨軌跡的交叉角 與珩磨頭的往複速度 及圓周速(sù)度 有關, 角(jiǎo)的大小影響珩(héng)磨的加工(gōng)質量及效率,一般粗珩時取(qǔ) °,精珩時取。為了便於排出破碎的磨粒和切屑,降低切削溫(wēn)度,提(tí)高加工質量,珩磨時應使用充足的切削液。
為使被加工孔(kǒng)壁都能得到均勻的加工,砂條(tiáo)的行程在(zài)孔(kǒng)的兩端(duān)都要超出一段越(yuè)程(chéng)量(liàng)。為保證珩磨餘量均勻,減少機床主軸回轉誤差對加工精度的影響,珩磨頭和機床主軸之間大都(dōu)采用浮動連接(jiē)。
珩磨頭磨條的徑向伸縮(suō)調整有手動、氣動和液壓(yā)等多種結構形式。
(2)珩磨的工藝特點及應用範圍
1)珩磨能獲得較高的尺(chǐ)寸(cùn)精度和形狀精度,加工精度為IT7~IT6 級,孔的圓度和圓柱度誤差可控製在 的範圍之內,但珩(héng)磨不能提高被加工(gōng)孔的位置精度。
2)珩磨能獲得較高的表麵質量(liàng),表麵粗糙度Ra為0.2~0.25μm ,表層金屬的變質缺陷層深度極微2.5~25μm。
3)與磨削速度相比,珩磨頭的圓周速度雖不高(vc=16~60m/min),但由於砂條與(yǔ)工件的接觸麵積大,往複速度相對較高(gāo)(va=8~20m/min),所以珩磨仍有較高的生產率。
珩磨在大批大量生產中廣泛用於發動機缸孔及各種液壓裝(zhuāng)置中精密孔的加工,孔徑範圍一般為 或(huò)更大(dà),並可加工長徑比大於10的深孔。但珩磨不適用於加工塑(sù)性較大的有色(sè)金屬工件上(shàng)的孔,也不能加工帶鍵槽的(de)孔、花鍵孔等。
05拉孔(kǒng)
(1)拉削與拉刀
拉孔是一種高生產率的精加工方法,它是用特製的拉刀在(zài)拉床上進行的。拉床分臥式拉床和立式拉床兩種,以(yǐ)臥式拉床最(zuì)為常見。
拉削時拉刀(dāo)隻作低速直線(xiàn)運動(主運動)。拉刀同時工(gōng)作的齒數一般應不少於3個(gè),否則拉刀 工作不平穩(wěn),容易在工件表麵產生環狀波(bō)紋。為了避免產生過大(dà)的(de)拉削(xuē)力而(ér)使(shǐ)拉刀斷裂,拉(lā)刀工作時,同時工作刀齒數(shù)一般不應超過6~8個。
拉孔有三種不同的拉削方式,分述(shù)如下:
1)分層式拉(lā)削 這種拉削方(fāng)式(shì)的特點是拉(lā)刀將工件加工餘量一層一層順序地切除。為了便於斷(duàn)屑(xiè),刀齒(chǐ)上磨有(yǒu)相互交錯的分屑槽。按分層式拉(lā)削(xuē)方式設計(jì)的的拉刀稱為普通拉刀。
2)分塊式拉削 這(zhè)種拉削方式的特點(diǎn)是加工表(biǎo)麵的每一層金屬是由一組尺寸(cùn)基本相同但刀齒相互交錯的刀齒(通常每(měi)組由2-3個刀齒組成)切除的(de)。每個刀齒僅切去一層金屬的一(yī)部分。按分塊拉削方式設計的拉刀稱為輪切式拉(lā)刀。
3)綜合式拉(lā)削 這種(zhǒng)方式集中了分層及分塊式拉削的優點(diǎn),粗切齒部分采用分塊式拉削,精切(qiē)齒部分(fèn)采用分層(céng)式拉削。這(zhè)樣既(jì)可縮(suō)短拉刀長度,提高生產率,又(yòu)能獲得較(jiào)好的(de)表麵質量。按綜合拉削方(fāng)式設計的拉刀稱為綜合式拉刀。
(2)拉孔的工藝特(tè)征及應用範圍
1)拉刀是多刃刀具,在一次拉削行程中就能順序完成孔的粗加工、精(jīng)加(jiā)工和光整加工工作,生產效率(lǜ)高。
2)拉(lā)孔精度主要取決於拉(lā)刀的精度(dù),在通常條件下,拉(lā)孔精度可達 IT9~IT7,表麵粗糙度Ra可(kě)達6.3~1.6 μm。
3)拉孔時,工件(jiàn)以被加工孔(kǒng)自身定位(拉刀前導部就是工件的定位元件),拉孔不易保證 孔與其它表麵的相互位置精度;對於那些內外圓表麵具有同軸度要求的回轉體零(líng)件的加(jiā)工,往往都是先拉(lā)孔,然後(hòu)以孔為定(dìng)位基準加工其它表麵。4)拉刀不僅能加工圓孔,而且還可以加工成形孔,花鍵孔。
5)拉刀是定尺寸刀具,形狀複雜,價格昂貴,不適合於加工大孔。
拉孔常用在大批(pī)大量(liàng)生產中加工孔徑為Ф10~80mm 、孔深不超(chāo)過孔徑5倍的中小零件上的通孔。