第3章 常见表面加工方法-2孔加工

铰孔的工艺特点：
① 铰孔余量小。粗铰为0.l5mm-0.35mm；精铰为 0.05mm-0.l5mm。
② 切削速度低。比钻孔和扩孔的切削速度低得多， 以避免积屑瘤的产生和减少切削热。一般粗铰 vc=4m/min-l0m/min；精铰vc=l.5m/min-5m/min。 ③ 适应性差。铰刀属定尺寸刀具，一把铰刀只能 加工一定尺寸和公差等级的孔，不宜铰削阶梯孔、短 孔、不通孔和断续表面的孔（如花键孔）。 ④ 需施加切削液。为减少摩擦、利于排屑、散热， 以保证加工质量，应加注切削液。一般铰钢件用乳化 液；铰铸铁件用煤油。
四、镗孔（或在车床上车孔）
镗孔是用镗削方法扩大工件孔的方法，是常用 的孔加工方法之一。 对孔内环槽等内成形表面，直径较大的孔 （D>80mm），镗削是唯一适宜的加工方法。
1、镗孔方法
镗孔可在镗床上或车床上进行。 回转体零件上的轴心孔适宜在车床上加工（图）。主运动和进给 运动分别是工件的回转和车刀的移动。
图 在镗床上镗孔
镗孔所用刀具为镗刀，镗刀分单刃镗刀和浮动镗刀。 单刃镗刀的刀头结构与车刀类似。使用时，用紧固螺钉 将其装夹在镗杆上，如图所示。其中图a为不通孔镗刀，刀 头倾斜安装；图b为通孔镗刀，刀头垂直于镗杆轴线安装。
图 单刃镗刀 a）不通孔镗刀 b）通孔镗刀
1—刀头 2—紧固螺钉 3—调节螺钉 4—镗杆
磨孔多采用纵磨法，只在个别情况下（短孔及内成形面）采用横磨法， 原因是受孔径限制，砂轮轴很细，刚性差。当然，更难以采用深磨法。
在内圆磨床上，可磨通孔、不通孔（图a、b），还可在一次装夹中同 时磨出孔内的端面（图c），以保证孔与端面的垂直度和端面圆跳动公差 的要求。在外圆磨床上，除可磨孔、端面外，还可在一次装夹中磨出外圆， 以保证孔与外圆的同轴度公差的要求。
图5-24 扩孔钻
由于上述原因，扩孔比钻孔的精度高，表面粗糙 度Ra值小，且在一定程度上可校正原有孔的轴线偏斜。 扩孔常作为铰孔前的预加工，对于质量要求不太高的 孔，扩孔也可作最终加工工序。
三、铰孔
铰孔是在扩孔或半精镗的基础上进行的，是应用较普遍的孔的 精加工方法之一。 铰孔采用铰刀进行加工，铰刀可分为手铰刀和机铰刀。手铰刀 如图a所示，用于手工铰孔，柄部为直柄；机铰刀如图b所示，多为 锥柄，装在钻床上或车床上进行铰孔。 铰刀由工作部分、颈部、柄 部组成。 工作部分包括切削部分和修 光部分。切削部分为锥形，担负 主要切削工作。修光部分有窄的 棱边和倒锥，以减小与孔壁的摩 擦和减小孔径扩张，同时校正孔 径、修光孔壁和导向。 手铰刀修光部分较长，以增 强导向作用。 铰刀
钻头、扩孔钻和铰刀都是标准刀具，市场上均易 买到。对于φ 80mm以下较精密孔，采用钻一扩一铰这 种典型的加工方案进行加工非常方便，而且，此加工 方案在单件小批乃至大批大量生产中均可采用。 钻一扩一铰多在钻床和车床上进行，也可在铣床和 镗床上完成。 钻一扩一铰只能保证孔本身的精度，难以保证孔与 孔之间的尺寸精度和位置精度。为了解决这一问题， 可以利用夹具（如钻模）进行加工，或者采用镗孔。
图 钻头引偏
钻头的两条主切削刃制造和刃磨时，很难作到完全一 致和对称（图），导致钻削时作用在两条主切削刃上的径 向分力大小不一。钻头横刃处的前角呈很大的负值（图中 未示出），且横刃是一小段与钻头轴线近似垂直的直线刃， 因此钻头切削时，横刃实际上不是在切削，而是挤刮金属， 导致横刃处的轴向分力很大。横刃稍有偏斜，将产生相当 大的附加力矩，使钻头弯曲。工件材料组织不均匀、加工 表面倾斜等，也会导致切削时钻头“引偏”。
图 提高孔加工精度的措施
a) 修磨分屑槽 b) 预钻定心孔 c) 用钻模为钻头导向
二、扩孔
扩孔是用扩孔钻对工件上已有（铸出、锻出或钻出） 孔进行的扩大加工，提高孔的精度，减小表面粗糙度Ra值。 属于半精加工。
扩孔方法如图所示。扩孔时，加工余量比钻孔时小得 多，因此扩孔钻的结构和切削情况比钻孔时要好。
a)
b) 图 在车床上车孔
c)
a) 车通孔
b) 车不通孔
c) 车槽
箱体类零件上的孔和孔系（有若干个相互间有平行 度或垂直度要求的孔）适宜在镗床上加工（图）。
根据结构和用途不同，镗床分为卧式镗床、坐标镗 床、立式镗床、精镗床等。应用最广的是卧式镗床。 镗孔时，镗刀刀杆随主轴一起旋转，完成主运动； 进给运动可由工作台带动工件纵向移动，也可由主轴带 动镗刀刀杆轴向移动来实现。
第二节 孔加工
孔加工的技术要求，主要有：
尺寸精度：孔的直径和深度的尺寸精度； 形状精度：孔的圆度、圆柱度及轴线的直线度； 位置精度：孔与孔或孔与外圆表面的同轴度、孔与 孔之间的尺寸精度、平行度和垂直精度等； 表面质量：表面粗糙度等。
根据孔的结构和用途，可以将孔分为以下几种类型： 紧固孔和辅助孔、回转体零件的轴心孔、箱体支架类零件 的轴承孔。
a）
b） 图 磨孔示意图
c）
a）磨通孔b）磨不通孔 c）磨孔内端面
2、磨孔的工艺特点 磨孔与铰孔或拉孔比较：
① 可磨淬硬孔，这是磨孔的最大优势。
② 不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可 以提高孔轴线的直线度。
③ 同一个砂轮，可以磨削不同直径的孔。
④ 生产率比铰孔低，比拉孔更低。
磨孔与磨外圆比较： ① 表面粗糙度Ra值大。其原因：一是砂轮受孔径 限制，直径小，故线速度低；砂轮工件接触面积大， 且深入在孔内，切削液不易进入磨削区，冷却润滑效 果差。
钻孔可以在车床、钻床或镗床上进行，也可以在铣床 上进行。
钻孔最常用的刀具是麻花钻头。它是由工作部分、颈 部和柄部组成（图5-19）。图5-19a为直柄麻花钻，图519b为锥柄麻花钻。
图5-19 麻花钻
2、钻孔的工艺特点
① 易引偏。引偏是孔径扩大或孔轴线偏移和不直的现象。 由于钻头横刃定心不准，钻头的刚性和导向作用较差，切入时钻 头易偏移、弯曲。在钻床上钻孔易引起孔的轴线偏移和不直（图a）； 在车床上钻孔易引起孔径扩大（图b）。引偏产生的原因有： 钻头细长，刚性差。为了形成切削刃和容屑空间，必须具备的两 条螺旋槽使钻芯变得更细，使刚性更差。为减少与孔壁的摩擦，钻 头只有两条很窄的刃带与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。
图 Hale Waihona Puke Baidu动镗刀
2、镗孔的工艺特点
① 镗孔的适应性广。镗孔可在钻孔、铸孔和锻孔的基 础上进行，可达尺寸精度等级和表面粗糙度Ra值的范围较广， 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 镗孔可有效地校正原孔的轴线偏斜。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 镗孔质量的控制（特别是细长孔）不如铰削方便。 ③ 镗孔的生产率低。为减小镗杆的弯曲变形，需采用 较小的切削深度和进给量进行多次走刀。镗床和铣床镗孔， 需调整镗刀在刀杆上的径向位置，操作复杂、费时。 ④ 镗孔广泛用于单件小批生产中各类零件的孔加工。 大批量生产中镗削支架、箱体的支承孔，需要使用镗模。
④ 拉刀成本高、刃磨复杂，仅适于大批大量生产。
⑤ 不能加工台阶孔、不通孔和薄壁孔。
七、研孔
实际生产中为提高孔加工精度，可采取以下措施：
仔细刃磨钻头，使两个切削刃的长度相等，从而使径向切削力互 相抵消，减少钻孔时的歪斜； 在钻头上修磨出分屑槽（图a），将较宽的切屑分成窄条，以利于 排屑； 用大直径、小锋角（90~100）的短钻头预钻一个锥形孔，可以起 到钻孔时的定心作用（图 b）；
用钻模为钻头导向（图c），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。
2）加工外圆面的基本方法只有车削、磨削和光整加工几 种，而常用的孔加工方法则有钻、扩、铰、镗、拉、磨和 光整加工等多种，每一种方法都有一定的应用范围和局限 性，因而在拟定加工方案时，要根据孔的尺寸、技术条件、 零件材料以及生产条件等众多因素作综合考虑，才能选择 出合理的加工方法。
3）带孔零件的结构和尺寸是多种多样的，除回转体零件 外，还有大量其客观存在类型的零件。相同的孔加工方法， 又可在不同的机床上进行。因而在拟定方案时，还要根据 具体情况才能选出合适的机床和装夹方式。
图 钻头
② 排屑困难。钻孔的切屑较宽，在孔内被迫卷 成螺旋状，流出时与孔壁发生剧烈摩擦而划伤己加工 表面，甚至会卡死或折断钻头。
③ 切削温度高，刀具磨损快。主切削刃上近钻 心处和横刃上皆有很大的负前角，切削时产生的切削 热多，加之钻削为半封闭切削，切屑不易排出，切削 热不易传散，使切削区度很高。 上述工艺特点使钻孔加工精度很低。同时，钻孔 不易采用较大的切削用量，所以钻孔生产率低。
五、磨孔
磨内孔视频
磨孔是用高速旋转的砂轮精加工孔的方法。 1、磨孔方法 磨孔是用磨削方法加工工件的孔。磨孔多在内圆磨床上 进行，也可在外磨床上完成。
磨孔时（图），砂轮旋转为主运动，工件低速旋转为圆周进给运动 （其旋转方向与砂轮旋转方向相反）；砂轮直线往复为轴向进给运动；切 深运动为砂轮周期性的径向进给运动。
图5-33 拉孔方法 1—球面垫板 2—工件 3—拉刀
2、拉削的工艺特点 ① 加工精度高，表面粗糙度Ra值小。原因是：拉削 速度低 (一般v<l8m/min)，每齿的切削厚度小，故拉 削过程平稳，无积屑瘤；有校准齿校正和修光孔壁。 ② 生产率高。拉刀一次行程即可完成粗、半精和精 加工。 ③ 拉刀寿命长。因其切削速度低，刀具磨损慢，刃 磨一次可加工上千个工件，且拉刀可多次刃磨。
孔的加工方法较多，常用的有钻、扩、铰、镗、拉、 磨、研磨和珩磨等。
孔加工方案的选用。拟定孔加工方案的原则与外圆面 相同，即首先要满足加工表面的技术要求，同时还要考虑 经济性和生产率。但拟定孔的加工方案要比外圆面复杂得 多，因为： 1）孔的类型很多，各种孔的功用不同，使得孔径、长径比 及技术要求各方面差异很大。加工孔要比加工同样质量要 求的外圆困难。
浮动镗刀（图）在对角线的方位上有两个对称的切削刃（属多 刃镗刀），两个切削刃间的尺寸D可以调整，以镗削不同直径的孔。 调整时，先松开螺钉1，再旋动螺钉2以改变刀块3的径向位移尺寸， 并用千分尺检验两切削刃间尺寸，使之符合被镗孔的孔径尺寸，最 后拧紧螺钉1即可。 镗孔时，浮动镗刀插在镗杆的长方孔中，但不紧固，因此，它 能沿镗杆径向自由滑动。依靠作用在两个对称切削刃上的径向切削 力，自动平衡其切削位置。
② 生产率低。砂轮轴悬伸长且细，刚性差，不易 采用较大的进给量和切削深度；砂轮直径小，单位时 间内磨粒磨损快，且易堵塞砂轮，须经常修整砂轮或 更换砂轮，使辅助时间增加。
六、拉孔
拉孔是用拉削方法加工工件的孔。
1、拉孔方法 用拉刀可以拉削各种截形的通孔（图5-31），也可以 拉削平面，沟槽等。拉刀的结构如图5-32所示。
图5-31 拉削的典型内孔截形
图5-32 拉刀的结构
拉孔时，工件的预制孔不必精加工（钻或粗镗后即 可），工件也不需夹紧，只以工件端面作支承面，这就需 要原孔轴线与端面间有垂直度要求。若孔的轴线与端面不 垂直，应将工件端面贴在球面垫板上（图5-33）。这样， 在拉削力作用下，工件连同球形垫板能略作转动，使工件 孔的轴线自动调整到与拉刀轴线一致的方向。
一、钻孔
1、钻孔方法
用钻头在零件的实体部位加工孔叫钻孔。钻孔是一种 最基本的孔加工方法。 钻孔的加工精度较低，只能用作粗加工。 对要求不高的孔，如螺栓过孔、螺纹底孔和油孔，将其 钻出即可。 对要求较高的孔，如轴承孔和定位孔等，钻孔后还需采 用扩孔和铰孔来进行半精加工和精加工，才能达到要求 的精度和表面粗糙度。
图 扩孔
如图所示，扩孔钻与麻花钻在结构上相比有以下特点： ① 刚性较好。由于扩孔的切削深度小，切屑少，容屑槽可做得浅 而窄，使钻心比较粗大，增加了工作部分的刚性。 ② 导向性较好。由于容屑槽浅而窄，可在刀体上做出3-4个刀齿， 这样一方面可提高生产率，同时也增加了刀齿的棱边数，从而增强了 扩孔时刀具的导向及修光作用，切削比较平稳。 ③ 切削条件较好。扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心，无横 刃避免了横刃和由横刃引起的不良影响。轴向力较小，可采用较大的 进给量，生产率较高。此外，切屑少，排屑顺利，不易刮伤已加工表 面。