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2 8钻孔 知识与技能目标 了解台式钻床 立式钻床的基本结构 掌握台式钻床 立式钻床的使用和保养方法 掌握麻花钻的结构及相关几何角度 掌握麻花钻刃磨的方法及要求 掌握钻孔的操作方法及操作要点 孔的形成 大家知道无论什么机器 从制造每个零件到最后装成机器为止 几乎都离不开孔 用钳工加工孔的方法有钻 扩 绞 锪等 选择不同的加工方法所得到的精度 表面粗糙度不同 合理的选择加工方法有利于降低成本 提高工作效率 钻孔的定义 钻孔 用钻头在实心工件上加工孔叫钻孔 钻孔只能进行孔的粗加工 IT12左右Ra12 5左右 一 台式钻床 1 台式钻床的结构和特点 台式钻床主要由工作台 立柱 升降机构 主轴 变速机构 进给机构 皮带张紧机构 电动机和控制开关等组成 其特点是结构简单 操作方便 缺点是使用范围小 通常只能安装直径为13mm以下的直柄钻头 2 台式钻床的使用维护与保养 在使用过程中 工作台面必须保持清洁 钻通孔时必须使钻头能通过工作台面上的让刀孔 或在工件下面垫上垫铁 以免钻坏工作台面 用完后必须将机床外露滑动面及工作台面擦净 并对各滑动面及各注油孔加注润滑油 二 立式钻床 1 立式钻床的结构和特点 立式钻床主要由底座 立柱 工作台 主轴 主轴变速机构 进给变速机构 冷却机构 电动机 照明及电器控制装置等组成 特点 结构复杂 精度高 由于增加了自动进给机构 使用范围大 可以安装较大直径钻头 适用于单件 小批中型工件孔的加工 2 立式钻床的使用方法 调整主轴转速 利用主轴锥孔 通过变径套可安装不同莫氏锥度的锥柄钻头 立式钻床的工作台可上下调整 且能绕自身轴线转动 同时也能绕立柱转动 便于装夹在工作台上的工件找正 右上部有进给手柄 转动进给手柄 可实现手动进给 3 立式钻床的维护保养及使用注意事项 立式钻床使用前必须先空转试车 确定各机构都能正常工作时方可操作 工作中不采用机动进给时 必须将三星手柄端盖向里推 断开机动进给传动 改变主轴转速或机动进给量 必须在停车后进行 需经常检查润滑系统的供油情况 改变主轴旋转方向时 必须在停车情况下进行 严禁机床超负荷运转 必须定期进行一级保养 运转满500小时进行 三 摇臂钻床 摇臂钻床主要由底座 立柱 摇臂及钻床头等组成 钻床头可沿摇臂导轨前后滑移 摇臂可绕立柱旋转并上下移动 利用这些操作方法 可将钻头移至钻削位置而不必移动工件 摇臂钻床主要适用于加工大型工件和多孔工件 四 麻花钻 1 麻花钻的结构 麻花钻是钳工孔加工的主要刀具 一般由碳素工具钢或高速工具钢制成 麻花钻由柄部 颈部和工作部分组成 四 麻花钻 1 麻花钻的结构 柄部 钻头的夹持部分用以传递扭矩和轴向力 柄部分直柄和锥柄两种 由于扭矩较大时 直柄易打滑 通常直径小于12mm的钻头做成直柄 大于12mm的钻头做成莫氏锥柄 根据直径大小分1 6 颈部 刀体与刀柄的连接部分 在麻花钻制造过程中起退刀槽的作用 通常将麻花钻的规格 材料和商标标记在此处 工作部分 包括导向部分和切削部分 分别起导向和切削作用 四 麻花钻 1 麻花钻的结构 导向部分 用来引导钻头正确的钻孔方向 又是钻头切削部分的备用部分 它有两条形状相同的螺旋槽 其作用是形成主切削刃的前角 并有容屑 排屑和输送冷却液的作用 为了减少钻头与孔壁的摩擦 导向部分的外缘处制成两条棱带 在直径上略有倒锥 切削部分 由两条主切削刃和一条横刃组成 切削部分的各几何要素名称如图前刀面 切削部分的螺旋槽表面 后刀面 切削部分顶端两个曲面 主切削刃 前刀面与后刀面的交线 横刃 两个后刀面的交线 2 麻花钻的主要几何角度 基面和切削平面 麻花钻主切削刃上任一点的基面是通过该点且垂直于该点切削速度方向的平面 直观理解可近似看做同一个垂直于切削平面的平面 麻花钻主切削刃上任一点的切削平面 是由该点的切削速度方向与该点切削刃的切线所构成的平面 直观理解为圆锥螺旋面的孔底 2 麻花钻的几何角度 螺旋角 螺旋槽上最外缘的螺旋线展开成直线后与钻头轴心线的夹角 一般为30 顶角2 两条主切削刃在其平行平面上的投影之间的夹角 标准麻花钻的顶角若2 118 2 这时两条主切削刃呈直线形 若2 118 时 主切削刃呈内凹形 若2 118 时 主切削刃呈外凸形 顶角的大小直接影响主切削刃上轴向力的大小 顶角越小 轴向力越小 外缘处刀尖角 越大 越有利于散热和提高钻头的使用寿命 但在相同条件下 钻头所受扭矩增大 切屑变形加剧 排屑困难 不利于润滑 顶角的大小一般根据钻孔的加工条件而定 几何角度 2 麻花钻的几何角度 前角 正交平面内前刀面与基面之间的夹角 前角的大小与螺旋角有关 主切削刃上各点前角不同 外缘处前角最大 一般为30 左右 自外向内逐渐减小 在钻心至d 3范围内为负值 接近横刃处的前角 为 30 横刃上的前角 为 54 60 前角的大小决定着切除材料的难易程度和切屑在前刀面上摩擦阻力的大小 前角越大 切削越省力 后角 切削刃上任一点的后角是后刀面与通过该点的切削平面之间的夹角 主切削刃上各点的后角也不同 它与前角相反 外缘处较小 越接近中心后角越大 一般麻花钻外缘处后角的大小决定于钻头直径的大小 一般分为 d 15mm 10 14 d 15 30mm 9 12 d 30mm 8 11 2 麻花钻的几何角度 钻心处后角 为20 26 横刃处后角 为30 36 主后角的主要作用是减少后刀面与加工表面之间的摩擦 但如果后角太大 会使刀刃强度减弱 可能会产生自动扎刀现象 横刃斜角 横刃与主切削刃在钻头端面内的投影之间的夹角 它的大小与后角的大小有关 当后角磨大时 横刃斜角变小 横刃较长 钻孔时 轴向阻力增大 并不利定心 一般标准麻花钻 为50 55 3 标准麻花钻的刃磨 刃磨麻花钻主要是为了获得符合切削条件的几何角度 使刃口锋利 刃磨麻花钻主要通过手工 凭借经验在砂轮机上进行 砂轮机砂轮机有台式和立式两种 主要由电机和砂轮组成 3 标准麻花钻的刃磨 标准麻花钻的刃磨要求 标准麻花钻的刃磨方法 钻头的握持 右手握住钻头的头部作支点 左手握住柄部 以钻头前端支点为圆心柄部作上下摆动 并略带旋转 3 标准麻花钻的刃磨 标准麻花钻的刃磨方法 刃磨 操作者站在砂轮机侧面 与砂轮机回转平面成45 为保证顶角为118 2 将主切削刃略高于砂轮水平中心面处先接触砂轮 右手缓慢地使钻头绕自已的轴线由下向上转动 同时施加适当的刃磨压力 使整个后面磨到 左手配合右手做缓慢的同步下压运动 刃磨压力逐渐加大 便于磨出后角 为保证钻头中心处磨出较大的后角 还应做适当的右移运动 刃磨时两手的配合要协调 自然 按此方法不断反复地将两后面交替刃磨两后刀面 直至达到刃磨要求 3 标准麻花钻的刃磨 标准麻花钻的刃磨方法 为进一步改善钻头的切削性能 对直径在5mm以上的钻头必须修磨横刃 其方法是将钻头轴心线在水平面内与砂轮侧面倾斜约15 夹角 在垂直平面内与刃磨点的砂轮半径方向约成55 下摆角 由钻头边缘向钻心逐步磨削 使横刃达到修磨要求 在刃磨时 要随时检验角度的正确性和对称性 目测 同时还要随时用水冷却钻头 以防钻头切削部分因过热而退火 4 麻花钻刃磨时的安全及注意事项严格执行砂轮机的安全操作规程 防止发生人身设备事故 操作前首先检查砂轮机 一般采用粒度为46 80 硬度为中软级的 K L 氧化铝砂轮为宜 砂轮先进行空运行 旋转必须平稳 对跳动量大的砂轮必须进行修整 五 切削液 1 切削液的作用 1 冷却作用切削液的输入能吸附和带走大量的切削热 降低工件和钻头的温度 限制积屑瘤的产生 防止以加工表面硬化 减少因受热变形产生的尺寸误差 2 润滑作用 由于切削液能渗透到工件与钻头的切削部分形成有吸附性的油膜 起到减小磨擦的作用 从而降低了钻削阻力和钻削温度 使切削性能及钻孔质量得到提高 3 清洗与排屑作用 流动的切削液能冲走切屑 避免切屑划伤已加工的表面 2 切削液的种类 1 乳化液作用 主要起冷却作用 特点 比热大 粘度小 流动性好 可以吸收大量的热量 应用 主要用于钢 铜 铝合金的钻孔 2 切削油 矿物油 植物油 复合油 作用 主要起润滑作用 特点 比热小 粘度大 散热效果差 应用 主要用来减小被加工表面的粗糙度或减少积屑瘤的产生3 切削液的选择1 一般情况下钻孔属于粗加工 散热困难 选择切削液时应以散热为主要目的 选择以冷却为主的切削液 以提高钻头的切削性能和耐用度 2 在钻削高强度材料时要求润滑膜有足够的强度 3 在塑性 韧性较大的材料上钻孔时 要求加强润滑作用 4 被加工孔的精度要求较高 表面粗糙度要求较小时 选用主要起润滑作用的切削液 六 切削用量1 切削用量的概念钻孔时的切削用量主要指切削速度 进给量和切削深度 1 切削速度 Vc 切削速度是指钻削时钻头切削刃上任一点的线速度 一般是指切削刃最外缘处的线速度 若已知钻床的转速 则切削速度为 Vc Dn 1000式中 D 钻头直径 mm n 钻头转速 r min Vc 切削速度 m min 2 进给量 f 钻孔时的进给量是指钻头每转一圈 它沿着孔的深度方向移动的距离 单位mm r 3 切削深度 ap 钻孔时的切削深度等于钻头的半径 即ap D 2 2 切削用量的选择合理的选择切削用量 是为了在保证加工精度 表面粗糙度的前提下 最大限度地提高生产率 同时不允许超过机床的功率和机床 刀具 夹具等的强度和刚度 1 钻孔时切削深度已经由钻头的直径所决定 2 切削速度和进给量对生产率的影响是相同的 3 对钻头的使用寿命来说 切削速度的影响大于进给量的影响 因为切削速度的增大 直接影起切削温度的升高和摩擦的增大 4 对孔的表面粗糙度的影响 却是进给量明显于切削速度 因为进给量越大 加工表面的残留面积越大 表面越粗糙 因此 切削用量的选择原则是 在允许的范围内 尽量选用较大的进给量 当进给量受到表面粗糙度及钻头刚度限制时 再考虑选择较大的切削速度 具体选择时 应根据钻头的直径 钻头的材料 表面粗糙度等几个方面决定 七 钻孔 1 钻孔方法 钻孔的精度较低 一般尺寸精度为IT10 IT11级 表面粗糙度值一般为Ra50 12 5 常用于精度要求不高的孔或螺纹孔的底孔的加工 钻孔时 一般先将钻头旋转 使钻头中心对准孔位置中心样冲眼 试钻一个浅坑 观察钻孔位置是否正确 并不断校正 使浅坑与划线圆同轴 当中心距精度要求较高时 可用 十字线 找正法 即用以同轴顶尖代替钻头夹在钻床主轴上 使其旋转 从互相垂直的两个方向对工件 十字线 中心找正 确定钻孔位置后 用旋转的顶尖冲一样冲眼 然后换上钻头试钻一浅坑 当钻头切削部分进入工件后 再进入正常的钻孔状态 这种方法消除了冲眼误差 提高了位置精度 但生产效率较低 2 钻孔操作要点 根据钻头直径不同 钻头装夹有两种形式 直柄钻头用钻夹头夹持 其夹持长度不小于15mm 锥柄钻头利用变径套直接与钻床主轴内锥孔连接 在实际生产中 当钻许多直径不同的孔时 可采用快换钻夹头 其最大的特点是不停车就可更换钻头 大大提高了生产率 不论采用哪种装夹形式 都要求钻头在钻床主轴上装夹牢固 且在旋转时径向跳动误差最小 根据工件材料的不同 确定麻花钻是否需要特别刃磨 如钻削铜 钢 铸铁所用钻头的顶角和后角都会有些变化 钻头刃磨的好坏 反映在钻削时 是否会产生对称切屑 主轴转速主要取决于钻头的材料 钻头的直径 工件的材料以及冷却条件 6高速钢麻花钻 工件材料为Q235 无冷却状态下 转速一般选用800r min左右 用水冷却可选1200r min左右 2 钻孔操作要点 转速的选择与钻头直径成反比 也可以查找切削手册 提示 钻孔前须在钻孔处打样冲眼 有利于起钻时钻头的定心 避免打滑 装夹之前 应先把钳口内夹持面上的铁屑清除干净 以免夹在工件与钳口间 破坏工件表面影响定位精度以及夹持的稳定性 装夹后 被钻表面应与钻床主轴轴线垂直 钻孔时 应根据钻孔直径 切削力的大小以及工件形状和大小 采用不同的装夹方法 以保证钻孔的质量和安全 常用的基本装夹方法有机用虎钳装夹 V形铁装夹 压板夹持等 钻孔时 不论采用哪种装夹方法 都必须使夹持牢固且使工件不变形 2 钻孔操作要点 机用虎钳装夹 压板与V形铁装夹 手动进给时 进给量要均匀合理 太大易折断钻头 特别是直径小的钻头 太小钻头在原地摩擦 工件与钻头接触处易硬化 钻头也易磨钝 钻削用量的选用原则 在允许范围内 尽量先选较大的进给量f 当进给量受到表面粗糙度和钻头刚度的限制时 再考虑选较大的切削速度v 提示 2 钻孔操作要点 钻孔时要根据情况 及时回退 排空切屑 盲孔加工时尤其重要 当钻头将要钻穿工件时 应减少进给量 减小下压力 防止穿通时折断钻头 钻孔时 由于金属变形和钻头与工件的摩擦 会产生大量的切削热 使钻头的温度升高 磨损加快 从而缩短钻头的使用寿命 并使钻头和工件表面产生积屑瘤而影响钻孔质量 为此 应在钻孔时注入足够的冷却润滑液 一般钻钢件时可用3 5 的乳化液 钻不锈钢时可用10 15 的乳化液 钻其他材料如铸铁 铜 铝及合金等可不用切削液或用5 8 乳化液 注意安全操作 既要保证人身安全 又要保护好工件 还要不损坏钻床 3 钻特种孔 1 钻盲孔要注意掌握钻孔深度 控制钻孔深度的方法有 调整好钻床上深度标尺挡块 安置控制长度量具或用划线做记号 2 钻深孔 孔的深度是孔径5倍以上 钻深孔时要经常退出钻头及时排屑和冷却 否则易造成切屑堵塞或使钻头切削部分过热磨损 折断 3 钻大孔直径D超过30mm的孔应分两次钻 第一次用 0 5 0 7 D的钻头先钻 再用所需直径的钻头将孔扩大 这样 既利于钻头负荷分担 也有利于提高钻孔质量 4 在圆柱形工件上钻孔的方法1 孔的中心线与工件上的中心线对称度要求较高钻孔前在钻床主轴下安放V型铁来支撑工件 再在钻头夹上夹一个定心工具并用百分表找正定心工具 V型铁的对称线与工件钻的孔的中心线必须校正到与钻床主轴的中心线在同一条铅垂线上 然后进行试钻和钻孔 2 孔的中心线与工件上的中心线对称度要求不高可以不用定心工具 而利用钻头的钻尖来找正V型架的位置 再利用90度角尺和借正工作工件端面的中心线 并使钻尖对准钻孔中心 进行试钻和钻孔 图4 10在圆轴或套筒上钻孔的夹持方法 图4 10在圆轴或套筒上钻孔的夹持方法 在圆轴或套筒上钻孔的夹持方法 5 在斜面上钻孔的方法由于钻头在单向径向力的作用下 切削刃受力不均匀而产生偏切现象 至使钻孔偏歪 滑移 不易钻进 即使勉强钻进 钻出的孔的圆度和中心轴线的位置也难以保证 甚至可能折断钻头 采用以下方法 1 先用立铣刀在斜面上吃一个水平面 然后再钻孔 2 用錾子在斜面上錾出一个小平面后 先用中心钻钻出一个较大的锥坑 或先用小钻头钻出一个浅孔 再钻孔时钻头的定心就较为可靠了 在斜面上钻孔前先铣平台或錾平面 6 钻半圆孔的方法1 相同材料的半圆孔的钻法当相同材质的两工件边缘需要钻半圆孔时 可以把两个工件合起来 用台虎钳夹紧 若只需要做一件 可以用一块相同的材料与工件合并在一起在台虎钳内进行钻削 2 不同材料的半圆孔的钻法在两件不同材质的工件上钻骑缝孔时 可以采用 借料 的方法来完成 即钻孔的孔中心样冲眼要打在略偏向硬材料的一边 以抵消因阻力小而引起的钻头的偏移量 在工件上钻半圆孔 3 钻孔时可能出现的问题 产生的原因分析及解决方法 3 钻孔时可能出现的问题 产生的原因分析及解决方法 4 钻孔时安全文明生产及注意事项 钻孔前 工作台面上不准放置刀具 量具及其他物品 钻通孔时 工件下面必须垫上垫铁或使钻头对准工作台的槽 以免损坏工作台 操作钻床时禁止戴手套及使用棉纱 袖口必须扎紧 女生必须戴工作帽 开动钻床前 应检查变速是否到位 是否有钻夹头钥匙或斜铁插在主轴上 钻孔时工件一定要夹紧 特别是在小工件上钻较大直径的孔时 装夹必须牢固 孔将钻穿时 要尽量减小进给力 钻孔时不可用手 棉纱头或用嘴吹来清除切屑 必须用毛刷清除 钻出长切屑时用钩子钩断后清除 当钻头上绕有长切屑时应停车后清除 严禁用手拉或用铁棒敲击 4 钻孔时安全文明生产