钻削是
孔加工的一种基本方法,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。
简介
钻削运动构成:钻头的旋转运动为主切削运动,加工精度较低。
加工方法
用钻头在实体材料上加工孔的工艺方法称为钻削加工。钻削是孔加工的基本方法之一,钻削通常在钻床或车床上进行,也可在镗床或铣床上进行。
钻床是孔加工的主要机床。在钻床上主要用钻头(麻花钻)进行钻孔。在车床上钻孔时,工件旋转,刀具做进给运动。而在钻床上加工时,工件不动,刀具做旋转主运动,同时沿轴向移动做进给运动。故钻床适用于加工没有对称回转轴线的工件上的孔,尤其是多孔加工,如加工箱体、机架等零件上的孔。除钻孔外在钻床上还可完成扩孔、铰孔、锪平面、攻螺纹等工作,其加工方法如下图1所示。
钻削的工艺特点
(1)麻花钻的两条切削刃对称地分布在轴线两侧,钻削时,所受径向抗力相互平衡,因此不像单刃刀具那样容易弯曲。
(2)钻孔时切削深度达到孑孔径的一半,金属切除率较高。
(3)钻削过程是半封闭的,钻头伸人工件孔内并占有较大空间,切屑较宽且往往成螺旋状,而麻花钻容屑槽尺寸有限,因此排屑较困难,已加工孔壁由于切屑的挤压摩擦常被划伤,使表面粗糙度Ra值较大。
(4)钻削时,冷却条件差,切削温度高,因此,限制了切削速度,影响生产率的提高。
(5)钻削为粗加工,其加工经济精度等级为ITl3~IT11,
表面粗糙度为Ra50~12.5μm。一般用作要求不高的孔(如螺栓通过孔、润滑油通道孔等)的加工或高精度孔的预加工。
钻削用刀工具
中心钻
中心钻用于轴类等零件端面上的巾心孔加工。中心钻有三种形式,如下图所示。加工直径d=1~10mm的中心孔时,通常采用A型,用于不需要多次装夹或不保留中心孔的工件;工序较长、精度要求较高的工件,为了避免60°定心锥被损坏,一般采用B型,用于多次安装的工件。R型中心钻可减小中心孔与顶尖的接触面积,减小摩擦力,提高定位精度。
麻花钻
(一)标准麻花钻的结构。麻花钻主要用来在工件上钻孔,其结构有相应的标准,标准麻花钻通常由刀体、刀柄和颈部组成,如图1-41所示。
1)刀体:也称作工作部分,刀体有两条对称的螺旋槽,用于容屑、排屑和导入切削液。刀体包括切削部分与导向部分。
刀体的前端为切削部分,承担主要的切削工作;麻花钻在其轴线两侧对称分布有两个切削部分,如图2所示。两螺旋槽面是前面,麻花钻顶端的两个曲面是后面,两后面的交线称为横刃,前面与后面的交线是主切削刃。刀体的后端为导向部分,导向部分是切削部分的后备部分,在钻削时沿进给方向起引导钻头作用。导向部分包括副切削刃、第一副后面(刃带)、第二副后面、螺旋槽等。
2)刀柄:刀柄是麻花钻上的夹持部分,切削时既用于连接又用来传递转矩。刀柄有锥柄(莫氏标准锥度)和直柄两种。钻头直径大于Φ12时做成圆锥柄,小直径钻头则做成圆柱柄。
3)颈部:刀体与刀柄间的过渡部分,在麻花钻制造的磨削过程中起退刀槽作用,通常麻花钻的直径、材料牌号标记在这个部分。为制造方便,小直径直柄钻头没有颈部。
(二)先进钻头——群钻。
1)标准麻花钻使用中存在的问题:①主切削刃上各点前角相差较大(-30°~30°),切削能力悬殊;②横刃前角小(负值),横刃且长,钻削轴向力大,定心差;③主切削刃长,切削宽度大,切屑卷曲困难,不易排屑;④主切削刃与副切削刃转角处(即刀尖)切削速度高,但该处后角为零,因而刀尖磨损最快;⑤切削速度口变化大,外径处最大,钻心处v=0,此处挤压严重;⑥棱带处副偏角近似为零,副后角为零,因此摩擦严重;⑦两条主刀刃不易磨对称,径向分力的合力易引起孔的直径加大或孔的直线偏斜。
2)群钻。群钻是由倪志福发明的,他当时提出这种钻头的发明主要是群众的功劳,群钻由此得名。群钻是标准高速钢麻花钻综合修磨方法的应用。下图1-43所示为基本型群钻几何形状。修磨的方法是:先磨出两条外直刃(AB),然后再在两个后刀面上分别磨出月牙形圆弧槽(BC),最后修磨横刃,使之缩短、变尖、变低,以形成两条内直刃(CD),留下一条窄横刃bΨ,此外,在外刃上还要磨出分屑槽。群钻的加工精度和生产效率大大高于标准高速钢麻花钻。
群钻主要用于切削钢材,两条主刀刃各分三段,标准群钻外直刃锋角2Ψ=125°;圆弧刃2εc;内直刃锋角2τ=135°。将横刃修短、磨低、磨尖,形成三个尖,o尖、B尖和B块。开分屑槽,当D≥15~40mm时效果好。
群钻的特点是钻削力小、温度低、进给量提高、切入快、定心好、直线度好、排屑顺利。可用下面四句话来概括:三尖七刃锐当先,月牙弧槽分两边,一侧外刃再开槽,横刃磨低窄又尖。
扩孔钻
用扩孔工具(如扩孔钻)扩大工件孔径的加工方法称为扩孔。扩孔是用扩孔钻在工件上已经钻出、铸出或锻出的孔的基础上所做的进一步加工,以扩大孔径,提高孔的加工精度。对精度要求高、表面要求光洁的小孔,在钻削后常常采用扩孔来进行半精加工。扩孔钻的类型如图3所示,有整体锥柄扩孔钻、镶齿
套式扩孔钻和硬质合金可转位式扩孔钻三种。
用扩孔钻扩孔,加工余量比钻孔时小得多。它可以是为铰孔前的预加工,也可以是精度要求不高孔的最终加工工序。如图4所示,扩孔钻在结构上具有以下特点:
(1)导向性好。扩孔钻与麻花钻相似,由于容屑槽浅而窄,通常可在刀体上做出有3或4个切削刃,这样既能提高生产效率,又增加了切削刃的棱边数.从而增强了扩孔时刀具的导向及修光作用,有利于提高加工质量,切削也比较稳定。
(2)刚性好。由于扩孔时切削深度较小,ap=(D-d)/2,切屑少,容屑槽可做的浅而窄,使钻心部分较粗大,大大提高了刀体的刚度。
(3)切削条件好。扩孔钻的切削刃不必自外缘延续到中心,无横刃,避免了横刃及其引起的不良影响。轴向力较小,可采用较大的进给量,生产率较高。另外.由于切屑少,排屑就比较顺利,从而不易刮伤已加工表面。
由于上述原因,扩孔比钻孔的精度高,扩孔的加工经济精度等级为IT11、IT10,
表面粗糙度为Ra6.3~3.2μm。且在一定程度上还可以校正原有孔的轴线偏差,使其获得较正确的几何形状。
锪钻
用锪钻加工各种沉头螺钉孔、锥孔、凸台面的方法称为锪孔。锪孔一般在钻床上进行。图5所示为锪孔的几种形式。其中,图5(a)是带导柱的平底锪钻,适用于加工
六角螺栓、带垫圈的六角螺母、圆柱头螺钉的沉头孔;图5(b)、(c)分别是带导柱和不带导柱的锥面锪钻,用于加工锥面沉孔;图5(d)是端面锪钻,用于加工凸台。锪钻上带有定位导柱矗。,用来保证被锪孔或端面与原来孔的同轴度或垂直度。
钻削机床
钻削机床——钻床,其主参数是最大钻孔直径。根据用途和结构的不同,钻床可分为
立式钻床、
摇臂钻床、台式钻床、
深孔钻床及其他钻床等。
立式钻床
如下图所示,立式钻床是一种将主轴箱和工作台安置在立柱上,主轴垂直布置的钻床。加工时工件直接或通过夹具安装在工作台上,主轴的旋转运动由电动机经变速箱传动。加工时主轴既做旋转的主运动,又做轴向的进给运动。工作台和进给箱可沿立柱上的导轨调整其上下位置,以适应在不同高度的工件上进行钻削加工。由于在立式钻床上是通过移动工件位置的方法,使被加工孔的中心与主轴中心对中,因而操作很不方便,不适于加工大型零件,生产率也不高。此外,立式钻床的自动化程度一般均较低,故常用于单件、小批生产中加工中小型工件。在大批大量生产中通常被组合钻床所代替。
摇臂钻床
如下图所示,
摇臂钻床是一种摇臂可绕立柱回转和升降,主轴箱又可在摇臂上做水平移动的钻床。工件固定在底座1的工作台上,主轴8的旋转和轴向进给运动是由电动机通过主轴箱7来实现的。主轴箱可在摇臂3的导轨上移动,摇臂借助电动机5及丝杠4的传动,可沿立柱2上下移动。立柱2由内立柱和外立柱组成,外立柱可绕内立柱在±180°范围内回转。因此,主轴很容易被调整到所需的加工位置上,这就为在单件、小批生产中,加工大而重的工件上的孑L带来了很大的方便。
台式钻床
如下图所示,台式钻床是一种主轴垂直布置的小型钻床,钻孔直径一般在Φ15mm以下。由于加工孔径较小,台钻主轴的转速可以很高,一般可达每分钟几万转。台钻小巧灵活,使用方便,但一般自动化程度较低,适用于单件、小批生产中加工小型零件上的各种孔。
应用
在各类机器零件上经常需要进行钻孔,因此钻削的应用还是很广泛的,但是,由于钻削的精度较低,表面较粗糙,一般加工精度在IT10以下,表面粗糙度Ra值大于12.5μm ,生产效率也比较低。因此,钻孔主要用于粗加工,例如精度和粗糙度要求不高的螺钉孔、油孔和螺纹底孔等。但精度和粗糙度要求较高的孔,也要以钻孔作为预加工工序。
单件、小批生产中,中小型工件上的小孔(一般D<13 mrn)常用台式钻床加工;中小型工件上直径较大的孔(一般D<50mm)常用立式钻床加工;大中型工件上的孔应采用
摇臂钻床加工;回转体工件上的孔多在车床上加工。
在成批和大量生产中,为了保证加工精度,提高生产效率和降低加工成本,广泛使用钻模、多轴钻的或
组合机床进行孔的加工。
钻削的引偏
钻削加工容易产生“引偏”,“引偏”是由于钻头弯曲、孔的轴线歪斜而引起孔径扩大,孔不圆。
引偏产生的原因:
1)麻花钻是最常用刀具,由于细长而刚性差。
2)麻花钻上有两条较深的螺旋槽,刚性差。
3)钻头仅有两条很窄二棱边与孔壁接触,接触刚度和导向作用也很差。
4)钻头横刃处前角有很大负值,切削条件极差,钻孔时一半以上的轴向力由横刃产生,稍有偏斜将产生较大附加力矩,使钻头弯曲此外,两切削刃不对称,工件材料不均匀,也易引偏。