與圓柱面加工相比,孔加工的條件要差得多,孔的加工難度也比圓柱面大。這是因為:
1)用于孔加工的刀具尺寸受到被加工孔尺寸的限制,因此剛性差,容易發(fā)生彎曲變形和振動;
2)用定尺刀具加工孔時,孔加工的尺寸往往直接取決于刀具的相應尺寸,刀具的制造誤差和磨損會直接影響孔的加工精度;
3)加工孔時,切削區(qū)域在工件內部,排屑散熱條件差,加工精度和表面質量不易控制。
一.鉆孔和鉸孔
1.演練
鉆孔是在固體材料上加工孔的第一道工序,鉆孔直徑一般小于80mm。鉆孔有兩種方式:一種是旋轉鉆頭;另一個是工件旋轉。以上兩種鉆孔方法產生的誤差是不同的。在鉆頭旋轉的鉆孔方法中,當由于切削刃不對稱和鉆頭剛性不足而使鉆頭偏斜時,被加工孔的中心線會歪斜或不直,但孔徑基本保持不變。相反,當工件旋轉時,鉆頭的偏差會引起孔徑的變化,而孔的中心線仍然是直的。
常用的鉆孔工具有:麻花鉆、中心鉆、深孔鉆等。其中麻花鉆最常用,其直徑規(guī)格為φ0.1-80mm
由于結構限制,鉆頭的抗彎剛度和抗扭剛度較低,對中不良導致鉆孔精度較低,只能達到IT13 ~ IT11。表面粗糙度也較大,Ra一般為50 ~ 12.5微米;而鉆孔的金屬去除率高,切削效率高。鉆孔主要用于加工質量要求不高的孔,如螺栓孔、螺紋底孔、油孔等。對于加工精度和表面質量要求較高的孔,在后續(xù)加工中要進行鉸孔、擴孔、鏜孔或研磨。
2.鉸刀
擴孔鉆用于進一步加工鉆孔、鑄造或鍛造的孔,以擴大孔徑和提高孔的加工質量。鉸孔可以作為精孔前的預處理,也可以作為要求不高的孔的最終加工。擴孔鉆類似于麻花鉆,但它有更多的齒,沒有十字刀片。
與鉆孔相比,擴孔具有以下特點:(1)擴孔鉆的齒數(shù)多(3~8齒),導向性好,切削穩(wěn)定;(2)鉸刀沒有十字刃,切削條件好;(3)加工余量小,切屑槽可以做得淺一些,鉆芯可以做得粗一些,刀體具有較好的強度和剛度。鉸孔精度一般為IT11~IT10,表面粗糙度Ra為12.5 ~ 6.3 μ m,鉸孔常用于加工直徑小于。鉆大直徑(D ≥30mm)的孔時,常采用小鉆頭(直徑為孔徑的0.5~0.7倍)預鉆,然后用相應尺寸的鉸刀擴孔,可提高孔的加工質量和生產效率。
鉸孔除了加工圓柱孔外,還可以用各種異形鉸刀(也叫沉孔)加工各種沉孔和沉孔端面。锪孔鉆的前端通常設有導向柱,由加工孔導向。
第二,鉸孔
鉸孔是孔的精加工方法之一,在生產中應用廣泛。對于較小的孔,與內圓磨削和精鏜相比,鉸孔是一種經(jīng)濟實用的加工方法。
1.鉆孔器
鉸刀一般分為手動鉸刀和機用鉸刀。手鉸刀的手柄為直柄,工作部分較長,導向作用較好。手用鉸刀有整體式和外徑可調的代數(shù)式兩種結構。機用鉸刀有刀柄和套筒兩種結構。該鉸刀不僅可以加工圓孔,還可以用錐形鉸刀加工錐孔。
2.擴孔技術及其應用
鉸削余量對鉸削質量有很大影響。如果余量過大,鉸刀負荷大,切削刃會很快變鈍,不易獲得光滑的加工表面,尺寸公差也不易保證。如果余量太小,無法去除前道工序留下的刀痕,自然不會提高孔的加工質量。一般粗鉸余量為0.35~0.15mm,精鉸余量為01.5~0.05mm
為了避免切屑堆積的形成,鉸削通常以較低的切削速度進行(用高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時V < 8m/min)。進給量與加工的孔徑有關??讖皆酱?,進給量越大。高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時,進給量通常為0.3 ~ 1 mm/r。
鉸孔時,必須使用合適的切削液進行冷卻、潤滑和清洗,以防止切屑堆積的形成,并及時清除切屑。與磨削和鏜削相比,鉸削生產率高,容易保證孔的精度。但是鉸孔并不能修正孔軸線的位置誤差,孔的位置精度要靠前道工序來保證。鉸孔不應用于加工階梯孔和盲孔。
鉸孔精度一般為IT9~IT7,表面粗糙度Ra一般為3.2~0.8微米·米,對于中等尺寸、高精度要求的孔(如IT7精密孔),鉆孔-鉸孔-鉸孔技術是生產中常用的典型加工方案。
第三,無聊
鏜孔是用刀具擴大預制孔的一種加工方法。鉆孔可以在鏜床或車床上進行。
1.鉆孔方法
鏜孔有三種不同的加工方法。
(1)工件旋轉,刀具做進給運動。在車床上鏜孔大多屬于這種鏜孔方式。其工藝特點是:被加工孔的軸線與工件的回轉軸線一致,孔的圓度主要取決于機床主軸的回轉精度,孔的軸向幾何誤差主要取決于刀具進給方向相對于工件回轉軸線的位置精度。這種鏜孔方法適用于加工與外表面有同軸要求的孔。
(2)刀具旋轉時,工件做進給運動。鏜床主軸帶動鏜刀旋轉,工作臺帶動工件做進給運動。
(3)當?shù)毒咝D并作進給運動時,采用這種鏜孔方法進行鏜孔。鏜桿的伸出長度發(fā)生變化,鏜桿的應力變形也發(fā)生變化??拷鬏S箱的孔徑大,遠離主軸箱的孔徑小,形成錐形孔。另外,隨著鏜桿懸臂長度的增加,主軸因自重引起的彎曲變形也會增加,被加工孔的軸線也會相應彎曲。這種鏜孔方法只適合加工短孔。
2.金剛
與普通鏜孔相比,金剛石鏜孔的特點是背吃刀量小,切削速度快。可獲得較高的加工精度(IT7~IT6)和光滑的表面(Ra 0.4~0.05微米)。金剛石鏜孔最初是用金剛石鏜刀加工,現(xiàn)在廣泛使用硬質合金、CBN和人造金剛石刀具。主要用于加工有色金屬工件,也可用于加工鑄鐵件和鋼件。
金剛石鏜削常用的切削參數(shù)有:背進給預鏜0.2~0.6mm,終鏜0.1mm;進給速度為0.01-0.14毫米/轉;加工鑄鐵時切削速度為100 ~ 250米/分,加工鋼時為150 ~ 300米/分,加工有色金屬時為300 ~ 2000米/分。
為了保證金剛石鏜孔能達到較高的加工精度和表面質量,所用的機床(金剛石鏜床)必須具有較高的幾何精度和剛度。精密角接觸球軸承或靜壓滑動軸承通常用于支撐機床的主軸,高速旋轉部件必須精確平衡。另外,進給機構的運動必須非常平穩(wěn),這樣才能保證工作臺能夠做出穩(wěn)定的低速進給運動。
鏜孔加工質量好,生產效率高,廣泛應用于大批量生產中精密孔的最終加工,如發(fā)動機氣缸孔、活塞銷孔、機床主軸箱主軸孔等。但需要注意的是,用金剛石鏜孔加工黑色金屬制品時,只能使用硬質合金和CBN材質的鏜刀,而不能使用金剛石材質的鏜刀,因為金剛石中的碳原子與鐵元素有很大的親和力,刀具壽命短。
3.鉆具
鏜刀可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。
4.鉆孔工藝特點及應用范圍
與鏜削-鉸削-鉸削工藝相比,鏜削不受刀具尺寸的限制,鏜削具有很強的糾錯能力。通過多次走刀可以修正原有的孔軸線偏差誤差,并保持鉆孔和定位面的高位置精度。
與外圓鏜削相比,鏜削的加工質量和生產效率不如外圓鏜削高,原因是刀桿系統(tǒng)剛性和變形差,散熱排屑條件差,工件和刀具熱變形大。
綜上所述,通過分析可以看出,鏜孔的加工范圍很廣,可以加工不同尺寸和精度等級的孔。對于直徑較大、尺寸和位置精度要求較高的孔和孔系,鏜孔幾乎是唯一的加工方法。鏜孔的加工精度為IT9~IT7。鏜孔可以在鏜床、車床、銑床等機床上進行。它具有靈活性的優(yōu)點,在生產中應用廣泛。在大批量生產中,為了提高鏜孔效率,經(jīng)常使用鏜刀。
第四,珩磨孔
1.珩磨原理和珩磨頭
珩磨是一種用帶研磨棒(油石)的珩磨頭拋光孔的方法。珩磨時,工件是固定的,珩磨頭由機床主軸帶動旋轉并做直線往復運動。珩磨時,研磨棒以一定的壓力作用于工件表面,從工件表面切下一層很薄的材料,其切削軌跡呈十字網(wǎng)狀。為了防止磨粒軌跡重復,珩磨頭每分鐘的轉速和珩磨頭每分鐘的往復行程數(shù)應該是質數(shù)。
珩磨軌跡的交角圖像與珩磨頭的往復速度圖像和圓周速度圖像相關。圖片的角度影響珩磨的質量和效率。一般粗珩磨取圖度,精珩磨取圖度。為了排出破碎的磨粒和切屑,降低切削溫度,提高加工質量,珩磨時應使用足夠的切削液。
為了均勻地加工待加工孔的壁,砂棒的行程必須在孔的兩端超過超程量。為了保證珩磨余量均勻,減少主軸回轉誤差對加工精度的影響,珩磨頭與主軸之間多采用浮動連接。
珩磨頭磨桿徑向伸縮調節(jié)有手動、氣動、液壓等結構形式。
2.珩磨的工藝特點及應用范圍
1)珩磨可以獲得較高的尺寸精度和形狀精度,加工精度為IT7~IT6??椎膱A度和圓柱度誤差可以控制在范圍內,但珩磨不能提高加工孔的位置精度。
2)珩磨可獲得較高的表面質量,表面粗糙度Ra為0.2~0.25μm,表面金屬變質缺陷層深度為2.5~25μm
3)與磨削速度相比,珩磨頭的圓周速度不高(vc=16~60m/min),但由于砂帶與工件接觸面積大,往復速度相對較高(va=8~20m/min),珩磨生產率仍然較高。
珩磨廣泛應用于批量生產的發(fā)動機氣缸孔和各種液壓裝置中的精密孔的加工??讖椒秶话銥?00mm或更大,可以加工深徑比大于10的深孔。但珩磨不適合加工塑性較大的有色金屬工件上的孔,也不能加工帶有鍵槽、花鍵孔等的孔。
第五,拉坑
1.拉削和拉削
拉削是一種高生產率的精加工方法,它是在帶有專用拉刀的拉床上進行的。拉床分為臥式拉床和立式拉床,臥式拉床最為常見。
拉削時,拉刀只做低速直線運動(主運動)。拉刀同時工作的齒數(shù)一般不應少于3個,否則拉刀工作不穩(wěn)定,容易在工件表面產生環(huán)形波紋。為了避免拉削力過大而折斷拉刀,拉刀工作時,工作刀齒數(shù)一般不超過6~8個。
拉孔有三種不同的拉削方法,如下所示:
1)分層拉削這種拉削方法的特點是拉刀逐層依次切斷工件的加工余量。為了便于斷屑,刀齒上磨有十字形的分屑槽。根據(jù)分層拉削法設計的拉刀稱為普通拉刀。
2)塊拉削這種拉削方法的特點是被加工表面的每一層金屬都被一組尺寸基本相同但刀齒交錯的刀齒(通常每組由2-3個刀齒組成)切斷。每個刀齒只切掉一層金屬的一部分。由整體拉削設計的拉刀稱為輪式拉刀。
3)綜合拉削結合了分層拉削和整體拉削的優(yōu)點。粗切采用塊拉削,精切采用分層拉削。這不僅可以縮短拉刀長度,提高生產率,而且可以獲得較好的表面質量。按綜合拉削法設計的拉刀稱為綜合拉刀。
2.拉削的工藝特點及應用范圍
1)拉刀是一種多刃刀具,可以在一個拉削行程內完成孔的粗加工、精加工和精加工,生產效率高。
2)拉削的精度主要取決于拉刀的精度。正常情況下,拉削精度可達IT9~IT7,表面粗糙度Ra可達6.3~1.6微米米
3)拉孔時,工件靠被加工的孔本身定位(拉刀的前導部分是工件的定位元件),拉孔時很難保證孔與其他表面的相互位置精度;對于內外圓面有同軸度要求的回轉體零件的加工,往往是先畫孔,再以孔為定位基準加工其他面。
4)拉刀不僅能加工圓孔,還能加工成形孔和花鍵孔。
5)拉刀是定尺刀具,形狀復雜,價格高,不適合加工大孔。
大批量生產中常用拉孔來加工直徑ф 10 ~ 80 mm,孔深不超過5倍直徑的中小型零件上的通孔。