如何在臺式鉆床上提高鉆孔精度

鉆孔是鉗工的一項(xiàng)重要基本操作技能,職業(yè)學(xué)校一直把它作為教學(xué)重點(diǎn)。無論是學(xué)生畢業(yè)前的技能考核,還是就業(yè)后在企業(yè)中的實(shí)踐,鉆孔操作都越來越顯示出它的重要性。鉆孔精度的提高是鉗工實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重點(diǎn),同時(shí)也是難點(diǎn)。學(xué)生在鉆孔實(shí)訓(xùn)操作中容易出現(xiàn)的問題主要有:(1)鉆頭兩主切削刀刃磨不一致,造成孔徑擴(kuò)大;(2)鉆頭刃磨不鋒利、進(jìn)給量和切削液選擇不當(dāng)造成孔壁粗糙;(3)工件劃線不準(zhǔn)、橫刃太長、鉆孔時(shí)沒有找正或找正不準(zhǔn),盲目落鉆,造成孔位偏移;(4)工件裝夾不穩(wěn)或工件與鉆頭不垂直造成孔歪斜;(5)鉆頭后角大、角度不對稱造成孔呈多邊形;(6)對刀時(shí)強(qiáng)行找正,使鉆頭(特別是小鉆頭)彎曲,孔軸心線傾斜;(7)進(jìn)給量過大或歪斜時(shí)強(qiáng)行借正,造成鉆頭折斷;(8)鉆頭角度刃磨不正確、切削速度太高或未加切削液造成鉆頭磨損加劇;(9)劃線精度不高,造成孔距超差。

如何避免上述問題的發(fā)生,是鉗工實(shí)訓(xùn)教師最為關(guān)心的問題。筆者結(jié)合自己多年的實(shí)訓(xùn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),談?wù)勼w會。

理論知識是基礎(chǔ)

一個(gè)連鉆頭的五刃六面都不清楚的學(xué)生是不可能加工出合格孔的。因此,在刃磨鉆頭實(shí)訓(xùn)操作前,應(yīng)首先讓學(xué)生掌握鉆頭各個(gè)刀面、角度的位置,各個(gè)角度的大小和作用,特別是各個(gè)角度的位置對于初學(xué)者應(yīng)是重點(diǎn)。由于學(xué)生剛剛接觸鉆頭,頭腦中缺少空間形體概念,往往建立不起空間模型,不容易理解各個(gè)角度。教師要利用模型、實(shí)物,特別是要充分利用多媒體的優(yōu)勢,讓學(xué)生在熟悉前后刀面的同時(shí),切實(shí)掌握各個(gè)角度的位置和大小,尤其是前角和后角。由于前后刀面是曲面,使前后角在切削刃上的大小是變化的,學(xué)生往往不理解。首先,要讓學(xué)生建立起三個(gè)輔助平面的空間概念,使學(xué)生能夠想象到在空間有三個(gè)輔助平面,然后把輔助平面放在鉆頭的空間中去講解,這是關(guān)鍵。只有學(xué)生真正掌握了各個(gè)角度在空間的位置和它們的大小,特別是前后角在切削刃上的變化規(guī)律,在以后進(jìn)行鉆頭刃磨教學(xué)時(shí)才會收到事半功倍的效果。

鉆頭刃磨是重點(diǎn)

“三分功夫,七分刀具?！币@出合格的孔,保證精度要求,鉆頭刃磨是關(guān)鍵。在學(xué)生掌握了鉆頭各個(gè)刀面及角度的位置后,要讓學(xué)生重點(diǎn)掌握麻花鉆的刃磨要求和刃磨方法。對于刃磨要求,如鉆頭要保證頂角、后角、橫刃斜角有準(zhǔn)確的角度,兩主切削刃長度相等且與鉆頭中心線對稱,兩主后刀面光滑,這些理論知識學(xué)生易于理解。讓學(xué)生熟練掌握刃磨方法是重點(diǎn)和難點(diǎn),這需要學(xué)生細(xì)心觀察、用心體會、耐心練習(xí)、潛心研究。鉆頭的刃磨課在砂輪機(jī)房內(nèi)進(jìn)行,教師要對每個(gè)學(xué)生手把手地講授,現(xiàn)場進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo),統(tǒng)一講評,發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)糾正。教師要進(jìn)行現(xiàn)場示范,絕對不能發(fā)現(xiàn)問題不管不問,因?yàn)閷W(xué)生一旦養(yǎng)成錯誤的習(xí)慣,將難以改正。在鉆頭刃磨課上,教師除采用傳統(tǒng)的統(tǒng)一講解、個(gè)別指導(dǎo)、示范時(shí)分步進(jìn)行外,要充分利用多媒體的優(yōu)勢,讓學(xué)生從多個(gè)角度觀察,特別是細(xì)節(jié)部分要局部放大反復(fù)播放和講解,結(jié)合學(xué)生中出現(xiàn)的錯誤姿勢動作,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,說出錯誤的原因并進(jìn)行正確的操作。在刃磨時(shí),由于學(xué)生剛剛學(xué)習(xí),動作不熟練,雙手的配合不自然、不協(xié)調(diào),難免會出現(xiàn)這樣或那樣的問題,這時(shí)要對學(xué)生多鼓勵少批評,以防挫傷學(xué)生的積極性。

鉆頭檢驗(yàn)經(jīng)常采用的是目測法。目測檢驗(yàn)時(shí),把鉆頭切削部分向上豎立,兩眼平視,觀察頂角的大小是否準(zhǔn)確(一般取118°±2°),兩切削刃是否對稱,兩主切削刃長度是否一致,由于兩主切削刃一前一后,會產(chǎn)生視差,往往感到左刃(前刃)高而右刃(后刃)低,所以要旋轉(zhuǎn)180°反復(fù)觀察,判斷是否對稱。對于鉆頭外緣處的后角,可對外緣處靠近刃口部分的后刀面的傾斜情況直接目測。近中心處的后角要求,可通過控制橫刃斜角的合理數(shù)值來保證(橫刃斜角一般是50°～55°)。這就要求教師要細(xì)心、認(rèn)真地講授、指導(dǎo),學(xué)生要耐心、勤奮地反復(fù)練習(xí)。

鉆頭修磨是技巧

由于標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的橫刃較長,且橫刃處的前角存在較大的負(fù)值。因此,在鉆孔時(shí),橫刃處的切削為擠刮狀態(tài),軸向力較大,同時(shí),橫刃長定心作用不好,鉆頭容易發(fā)生抖動。所以,對于直徑在6mm以上的鉆頭必須修短橫刃,并適當(dāng)增大近橫刃處的前角。修磨橫刃時(shí),應(yīng)使鉆頭軸線在水平面內(nèi)與砂輪側(cè)面左傾約15°夾角,在垂直平面內(nèi)與刃磨點(diǎn)的砂輪約成55°下擺角。先將鉆頭刃背接觸砂輪,然后轉(zhuǎn)動鉆頭至切削刃的前刀面而把橫刃磨短,鉆頭繞其軸線轉(zhuǎn)180°修磨另一邊,保證兩邊修磨對稱。把橫刃磨短成0.5～1.5mm,使內(nèi)刃斜角磨成20°～30°,內(nèi)刃處前角成0°～-15°。為改善散熱條件,增加刀齒強(qiáng)度,延長鉆頭壽命,減小孔壁的粗糙度,一般還應(yīng)修磨主切刃,主要是磨出第二頂角(一般取70°～75°)。在鉆頭外緣處磨出0.2d的過渡刃。修磨時(shí)先在砂輪機(jī)上粗磨,再在油石上精修,以保證表面光滑細(xì)膩。修磨主切削刃是鉆頭刃磨的基本技能,修磨過程中,主切削刃和頂角、后角和橫刃斜角是同時(shí)磨出的,應(yīng)熟練掌握。針對不同情況,適當(dāng)修磨棱邊、前刀面、分屑槽等也是非常必要的,這是鉆出精確孔的前提。對于初學(xué)者,由于這些不易掌握,除要求他們多練習(xí)刃磨以外,重要的是要掌握檢驗(yàn)刃磨質(zhì)量的方法。簡便有效的方法是試鉆,即用自己刃磨的鉆頭在廢料上練習(xí)鉆孔,通過觀察切削的平穩(wěn)性、出屑的流暢性、對稱性等來判斷鉆頭的刃磨質(zhì)量,如此反復(fù)試鉆、修磨,直至達(dá)到刃磨要求。

精確劃線是前提

在加工工件的表面上劃出清晰均勻、尺寸準(zhǔn)確的線條是保證合格孔位和孔距的前提。劃線前,對于較為粗糙的表面或未加工的表面,可在表面上涂上一層紅丹粉再用劃針盤進(jìn)行劃線;對于已加工表面或精度較高的工件表面,一般先涂上一層藍(lán)油再用高度劃線尺進(jìn)行精確劃線。劃線前應(yīng)注意劃線基準(zhǔn)面的選擇,選擇的基準(zhǔn)面要加工精確,保證本身的平面度及與相鄰面的垂直度。劃線時(shí)使劃針角與工件劃線平面之間形成40°～60°的夾角,沿劃線方向一次劃出,禁止反復(fù)多次劃,以防線條加粗?？孜皇志€劃出后,為保證鉆孔時(shí)便于找正,應(yīng)用中心沖在十字線上沖出中心點(diǎn)(要求沖點(diǎn)要小,位置要準(zhǔn))。首先用刃磨準(zhǔn)確鋒利的30°中心沖輕輕在十字線上沖出較淺的錐坑,觀察無偏差后再用60°中心沖擴(kuò)大沖出稍深錐坑,然后根據(jù)所鉆孔的直徑用劃規(guī)劃出幾個(gè)大小不等的同心檢查圓,也可以中心點(diǎn)為中心劃出大小不等的幾個(gè)檢查方,以便鉆孔時(shí)檢查和借正鉆孔位置。檢查圓或檢查方一定要準(zhǔn)確,不應(yīng)有偏差,否則應(yīng)立即作出糾正。鉆孔線劃出后,為防止有誤差,應(yīng)對照圖紙用游標(biāo)卡尺進(jìn)行復(fù)查,以確保萬無一失。

正確裝夾是重點(diǎn)

工件鉆孔時(shí),要根據(jù)工件的不同形體以及鉆削力的大小等情況,采用不同的裝夾方法,以保證鉆孔的質(zhì)量和安全。通常情況下,對于直徑小于6mm的孔,若精度不高,可用手鉗夾緊工件進(jìn)行鉆孔;對于6～10mm的孔,若工件規(guī)則平正,可用平口鉗夾持,但應(yīng)使工件表面與鉆床主軸垂直。鉆直徑較大的孔時(shí),必須將平口鉗用螺栓壓板固定;對較大工件且鉆孔直徑10mm以上時(shí),應(yīng)用壓板夾緊的方法進(jìn)行鉆孔。

搭壓板時(shí)應(yīng)注意:(1)壓板厚度與夾緊螺栓直徑的比例要適當(dāng),不要造成壓板彎曲而影響壓緊力。(2)壓板螺栓應(yīng)盡量靠近工件,墊鐵應(yīng)比工件壓緊表面稍高,以保證對工件有較大的壓緊力和避免工件夾緊過程中移動。(3)當(dāng)壓緊工件表面為已加工表面時(shí),要用襯墊保護(hù)防止壓出印痕。圓柱形的工件可用V形鐵進(jìn)行裝夾,裝夾時(shí)應(yīng)使鉆頭軸心線與V形鐵二斜面的對稱平面重合,保證鉆孔的中心線通過工件軸心線。底面不平或加工基準(zhǔn)在側(cè)面的工件,要用角鐵進(jìn)行裝夾,由于鉆孔時(shí)的軸向鉆削力作用在角鐵安裝平面之外,角鐵必須用壓板固定在鉆床工作臺上。在圓柱形工件端面鉆孔時(shí),應(yīng)用三爪卡盤裝夾。

準(zhǔn)確找正是關(guān)鍵

工件裝夾完畢,不要急于落鉆,應(yīng)首先進(jìn)行找正,這是最為關(guān)鍵的一步,忽略這一關(guān)鍵步驟將前功盡棄。找正有靜態(tài)找正和動態(tài)找正。所謂靜態(tài)找正,是指在鉆床啟動之前進(jìn)行找正,使鉆床主軸中心線與工件十字線交點(diǎn)對正,此種方法對于初學(xué)者安全方便,較易掌握,但是由于未考慮如鉆床主軸的擺動等不確定因素,鉆孔精度較低。動態(tài)找正是在鉆床啟動后進(jìn)行找正,在找正的同時(shí),把一些不確定因素均考慮在內(nèi),精度相對較高。動態(tài)找正時(shí)切忌盲目落鉆,應(yīng)使鉆尖輕輕落在十字線的中心,用眼睛順著十字線在兩個(gè)方向進(jìn)行觀察,看每一條線是否平分鉆尖,若兩個(gè)方向均平分說明找正較好,否則,應(yīng)重新找正。鉆尖進(jìn)入錐坑后可適當(dāng)鉆出一小孔,要注意此小孔的直徑應(yīng)小于鉆頭的直徑,否則,發(fā)現(xiàn)偏斜后不宜借正。觀察剛剛加工出的小圓孔是否在檢查圓或檢查方的正中,此小圓孔是不是被十字線平分,若發(fā)現(xiàn)偏斜應(yīng)及時(shí)進(jìn)行借正。如偏位較少,可在起鉆的同時(shí)用力將工件向偏位的反方向推移,達(dá)到逐步校正;如偏位較多,可在借正方向上打幾個(gè)樣沖眼或用油槽鏨鏨出幾條槽,以減少此處鉆削的阻力,達(dá)到借正的目的。

由于直徑較大的孔一般應(yīng)采用小鉆頭鉆孔,然后再用大鉆頭擴(kuò)孔的加工方法,所以也可以根據(jù)小鉆頭鉆孔時(shí)鉆頭的彎曲情況來判斷找正的準(zhǔn)確性。此時(shí),隨著鉆頭錐坑的不斷擴(kuò)大,錐坑與所劃圓孔邊距愈來愈近,愈來愈容易看出所鉆孔的位置偏差程度,直至小錐孔與工件孔輪廓重合,定位鉆孔即告結(jié)束。

認(rèn)真檢測不可缺

在鉆孔過程中,存在一定的誤差是不可避免的,但為了減少誤差,應(yīng)多方面采取措施,把鉆孔精度控制在圖紙規(guī)定的公差范圍內(nèi)。檢測能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)孔的精度誤差,以便采取必要措施進(jìn)行補(bǔ)救。對鉆削精度較高的孔,一般采取鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔的加工工藝。這樣,在第一步鉆小孔后用卡尺檢測底孔的中心到基準(zhǔn)面的誤差偏移量,經(jīng)實(shí)測換算出底孔與理想中心的位置,若誤差量不大于0.10mm,可在擴(kuò)孔時(shí),適當(dāng)加大鉆頭頂角、削弱自動定心作用,向借正方向適當(dāng)推動工件,逐步加大鉆尖直徑的方法進(jìn)行補(bǔ)救。若誤差量大于0.10mm時(shí),可用什錦圓銼刀對底孔兩側(cè)壁進(jìn)行修整,修整部分應(yīng)與底孔圓弧平滑過渡相接。如修整后需讓該橢圓中心與原底孔中心位移變動量為Δ,那么需要修整去除的余量應(yīng)為2Δ。鉸孔主要是為了減少孔徑的形狀誤差,提高孔徑精度和減小表面粗糙度,切不可用于借正孔的偏差。當(dāng)兩孔之間有孔距要求時(shí),除可以采取上述方法進(jìn)行保證外,更精確的方法是:用一精密檢驗(yàn)棒插入已鉸孔中,另一檢驗(yàn)棒夾緊在鉆床主軸上的鉆夾頭中,轉(zhuǎn)動鉆床頭架或工件,用精密游標(biāo)卡尺測量,保證兩檢驗(yàn)棒之間中心距與圖紙上兩孔距尺寸一致并將工件或機(jī)架固定,然后再按上述鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔的順序進(jìn)行加工。

另外,在鉆孔時(shí)根據(jù)不同的材料選擇合適的切削用量也非常重要,在臺式鉆床上鉆孔時(shí),由于鉆削深度已由鉆頭直徑?jīng)Q定,進(jìn)給量可由手動來控制,所以只需選擇切削速度。用高速鋼鉆頭在鑄鐵上鉆孔時(shí),速度為14～22m/min;在鋼件上鉆孔時(shí),速度為16～24m/min;在銅件上鉆孔時(shí),速度為30～60m/min。切削速度v=πDn/1000,所以只需選擇合適的轉(zhuǎn)速。為了使鉆頭散熱,減少鉆削時(shí)鉆頭與工件、切屑之間的摩擦,消除粘附在鉆頭和工件表面上的積屑瘤,從而降低切削抗力、提高鉆頭壽命、改善加工孔的表面質(zhì)量,鉆孔時(shí)還要加注足夠的切削液。一般情況下,鉆削鋼件時(shí),可用3%～5%的乳化液;鉆鑄鐵件時(shí),可不加或用5%～8%的乳化液連續(xù)加注。

當(dāng)然,在臺式鉆床上提高鉆孔精度的方法肯定不只這些,而且掌握了這些方法也不能保證一定能加工出高精度的孔。只有用心琢磨、善于總結(jié)、認(rèn)真練習(xí),不斷在實(shí)踐中摸索,才會熟能生巧,鉆出高精度的孔。

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作者簡介:

李志江(1973—),男,山東肥城人,江蘇省徐州技師學(xué)院數(shù)控工程系教師,研究方向?yàn)闄C(jī)電技術(shù)理論及實(shí)訓(xùn)教學(xué)。