机械制造工程_11.2内圆表面（孔）的加工(图文教程)

第二节 内圆表面（孔）的加工

内圆表面主要指圆柱形的孔。由于受孔本身直径尺寸的限制，刀具刚性差，排屑、散热、冷却、润滑都比较困难，因此一般加工条件比外圆差。但另一方面孔可以采用固定尺寸刀具加工，故孔的加工与外圆表面相比较有大的区别。孔的技术要求包括：尺寸精度（孔径、孔深）、形状精度（圆度、直线度、圆柱度）、位置精度（同轴度、平行度、垂直度）及表面粗糙度等。

一、孔的分类

孔的加工方法的选择与孔的类型及结构特点有密切的关系。孔的分类如下。

（一）按用途分

1． 非配合孔

如螺钉孔、螺栓孔的底孔、油孔、气孔、减轻孔等。这类孔一般要求加工精度较低，在IT12以下。表面质量要求也不高，表面粗糙度Ra值大于10μm。

2．配合孔

如套、盘类零件中心部的孔，箱体、支座类零件上的轴承孔都有要求较高的加工精度（IT7以上）和较高的表面质量（Ra<1.6μm）。

（二）按结构特点分

按结构特点可分为通孔、盲孔；大孔、中小孔；光孔、台阶孔；深孔，一般深度孔。

二、用固定尺寸刀具加工孔

固定尺寸刀具是指钻头、扩孔钻、铰刀、拉刀等。用这类刀具加工孔其精度、表面粗糙主要决定于刀具本身的尺寸精度、结构和切削用量等条件。

1．钻孔

钻孔是在实心材料上加工出孔的方法。所用刀具为钻头，一般用麻花钻，其结构如图11-10所示。

图11-10 麻花钻结构

钻孔通常在钻床、车床、镗床上进行。车床一般钻回转体类中心部位的孔，镗床钻箱体零件上的配合孔系，钻后进行镗孔，除此以外的孔大都在钻床上加工。

钻孔特点如下：横刃前角为负值，主切削刃愈接近芯部前角愈小，且两刃不易磨得对称，排屑槽深，刚性差。切削条件差，如切削深度大（ap等于钻头直径一半），散热条件差，排屑困难，易划伤已加工表面，刀具易磨损等。因此，钻孔只能达到较低的加工精度（IT10~13）和较高的表面粗糙度（Ra值为5~80μm）。由于受到机床动力和刀具强度的限制，钻头直径不能太大，通常在75mm以下，故钻孔只能加工精度要求低的中小直径尺寸的孔。

2．扩孔

扩孔是用扩孔钻对已钻出（或铸、锻出）的孔进行的再加工。其目的是扩大孔径，提高孔的加工精度和表面质量。扩孔钻的结构如图11-11所示，扩孔钻与麻花钻相比具有无横刃、切削刃多、前角大、排屑槽浅、刚性好、导向性好等结构特点，且切削深度小（如图11-12所示）、切削力小、散热条件好、切削平衡等切削特点，故扩孔的加工质量优于钻孔。扩孔加工精度达IT9~13，表面粗糙度Ra值为1.25~40μm，并能修正钻孔时产生的中心轴线歪斜等缺陷。扩孔钻直径一般最大为100mm，大于100mm直径的扩孔钻很少应用，直径大于100mm的孔应考虑采用镗削加工。

图11-11 扩孔钻结构 图11-12 扩孔

3．铰孔

图11-13 铰刀结构

铰孔是利用铰刀对已有的孔进行精加工的方法。可在车床、钻床、镗床上进行机械铰孔，也可将工件装在钳台上进行手工铰

两种铰刀结构上的不同点是，手动铰刀为了便于定位和操作省力，切削部分锥角较小，切削刃和修光刃都较长。机用铰刀柄部为锥柄，便于与机床主轴或钻套锥孔配合，而手动铰刀柄部为直柄方头，便于用扳手架。

铰孔是孔的精加工方法之一，机铰加工精度为IT7~8，表面粗糙度Ra为0.32~10μm。手铰加工精度达IT5，表面粗糙度Ra为0.08~1.25μm。铰刀与麻花钻及扩孔钻相比，刀刃数量多（6-12个），容屑槽浅，刚性和导向性好，铰刀修光部分能修整刮光加工表面，且切削余量小，切削速度低。切削力小，切削热少，因此铰孔能获得较高的加工质量。

4．拉孔

拉孔是用拉刀在拉床上进行的，孔的形状、尺寸由拉刀截面轮廓保证。圆孔拉刀的结构如图11-14所示。

图11-14 拉刀结构

l—柄部 2—颈部 3一过渡锥 4—前导部 5—切削部分 6一校准部分 7一后导部 8一分屑槽

拉刀的工作部分由许多切削齿和校正齿组成。切削齿逐齿均匀切除余量，校正齿前角、后角皆为零度，能对加工表面起到校正尺寸、形状及修光作用。再加之拉床是液压传动，功率大，速度低，传动平稳，且粗、精加工可一次完成，因此拉削不仅可以达到较高的加工精度（IT6~7）、较低的表面粗糙度（Ra值为0.16~1.25μm），而且有很高的生产率。拉刀截面可根据加工需要做成各种形状，不仅能拉圆孔，还可以拉其他各种形状的孔，如图11-15所示。

图11-15 适于拉削的孔型

考虑到拉刀强度和机床动力问题，拉削一般用于直径8~125mm，深度不超过所拉孔径5倍的孔加工。

由于拉孔是用孔本身定位，故不能修正孔的位置误差。

拉刀结构复杂，制造周期长，费用高，因此拉孔多用于大批大量生产中。

三、孔的镗削

镗孔是镗刀对工件上已有孔的进一步加工。镗刀分为单刃镗刀和浮动镗刀两种。单刃镗孔刀刀头与刀杆的连接方式分为焊接式和机械式夹固式。图11-16(1)所示为机械夹固式镗刀。焊接式镗刀多用于中小孔，机械夹固式多用于大孔。

浮动式镗刀如图11-16(2)所示。浮动刀片为可调式结构，两端切削刃之间距离可按要求孔径尺寸调整。

(1)机械夹固式镗刀 (2) 浮动镗刀

(a)盲孔镗刀 (b) 通孔镗刀 1—固定螺钉 2—浮动刀片 3—刀杆

图11-16 常用镗刀

浮动镗刀工作时其刀片能沿镗杆径向滑动找正位置，两个对称的切削刃所产生的径向切削力能互相抵消，减少或消除不利影响。浮动镗刀不仅易于保证孔径尺寸及表面粗糙度，而且简化了操作，提高了生产率，但不能纠正孔轴线的直线度和位置度误差。

镗孔一般在车床上或镗床上进行。车床镗孔常用于加工回转体零件中心部位的孔和小型支座类零件上的孔。镗床常用于镗箱体上的一系列具有位

图11-17 车床主轴箱

置精度和位置尺寸要求的轴承孔，如图11-17所示。

镗孔与其他孔的加工法相比，灵活性大，应用范围较广，可进行孔的粗加工、半精加工，也可以精加工；可镗通孔、光孔，也可镗盲孔、台阶孔；可以镗各种直径的孔，更适宜镗大直径的及有相互位置精度要求的孔。但由于常用的大多为单刃镗刀并采用试切法加工，故与铰孔、扩孔、拉孔相比生产率较低。精密箱体类零件上的孔系采用坐标镗床和金刚镗床加工，不仅孔的精度可达IT5~7，而且能保证很高的位置精度。大批量加工箱体类零件上的孔系常采用专用镗床和组合镗床，如汽车、拖拉机发动机缸体等。

图11-18 内圆磨削

四、孔的磨削

孔的磨削一般在内圆磨床上进行，工件用卡盘或专用夹具装夹（图11-18）。磨孔的工作原理、运动方式、工艺特点与外圆磨削相似，但磨削条件不及外圆磨削有利。主要是内圆磨削时砂轮、砂轮轴直径和长度受到孔的限制。砂轮往往直径较小，磨削速度低，砂轮轴刚性差，冷却不充分，不便于操作和观察，故加工质量和生产率都低于外圆磨削。一

磨孔与拉孔、铰孔相比，其适应性强，应用范围广。磨孔和镗孔相似，但所加工孔的表面硬度范围不同。镗孔适用于加工中等以下硬度的表面，磨孔适用于中等以上硬度表面，尤其是淬火后高硬度的孔。因而磨孔是工件淬硬后对孔进行精加工的主要方法之一。

五、孔的光整加工

孔的光整加工指的是用研磨、珩磨等方法对已经精加工过的孔的继续加工，以提高加工表面的尺寸精度、表面质量，使其达到更高的要求。

（一）孔的研磨

图11-19 孔的研磨

孔的研磨过程、原理、工艺特点与外圆表面的研磨相同，但研磨孔用的研具是圆柱形的研磨棒。研磨棒装夹在车床两顶尖上或钻床上的主轴孔中，随主轴一起转动，手持工件进行研磨。为补偿其磨损，研磨棒常做成可涨式的，如图11-19所示。

研磨棒外径调至比孔径小0.01~0.025mm。

孔的研磨常为手工操作，效率低，工人劳动强度大，应用较少，仅用于小孔的单件小批量的光整加工。

（二）孔的珩磨

图11-20 珩磨头结构及珩磨运动

珩磨是在珩磨机上由珩磨头进行光整加工的方法。如图11-20所示。

珩磨时工件安装工作台的夹具中固定不动，由磨粒极细的磨条组成的珩磨头与机床主轴呈浮动连接，珩磨头在机床主轴带动下作低速转动的同时作上下往复动动。珩磨头内部装置使沿圆周均匀分布的磨条以一定的压力与工件孔壁接触，在相对运动中使工件表面薄薄一层金属被切除。由于孔在珩磨前进行过精加工，而珩磨时切削速度又低，磨条磨粒极细，压力小，切除的金属层极薄并进行充分的润滑冷却，因此工件受切削力和切削热的影响极小。磨粒在工件表面留下的是交叉细密的网状痕迹，故珩磨能获得很高的加工精度（IT5~6）和很低的表面粗糙度（Ra值为0.04~1.25μm），以及较小的圆度和圆柱度误差（0.03~0.05mm）。

珩磨由于同时切削的磨条数量较多，加工过程为半自动化，生产率较高，在大批量生产中应用较多。又因为珩磨机结构简单，精度要求不高，设备费用低，因此珩磨具有较好的经济性。

珩磨的应用范围较广，适于孔径为15~500mm的孔，更适于加工孔径与孔深比大于5的深孔，如汽车、拖拉机发动机缸体活塞孔及飞机起落架作动筒的孔等。

由于珩磨头与机床主轴间为浮动连接，所以珩磨不能校正孔中心轴线的位置误差和歪斜。珩磨头磨条的磨粒极细，孔隙小，不适于加工韧性大的有色金属工件，否则切屑易堵塞磨条上的磨粒间隙。

六、孔的加工方案及应用范围

孔常用的加工方案如图11-21所示。

由于孔加工方法较多，而各种方法又有不同的应用条件，因此选择孔的加工方法和加工方案应综合考虑孔的结构特点，直径和深度，尺寸精度和表面粗糙度，工件的外形和尺寸，工件材料的种类及加工表面的硬度，生产类型和现场条件等进行合理确定。

1．钻孔

在实体材料上加工孔，必须先钻孔。若孔的精度要求不高，孔径又不太大（直径小于50mm），只经过钻孔即可。

2．钻一扩

应用于孔径较大但精度要求又不高的孔。

3．钻一铰

应用于孔径较小，加工精度要求较高的各种加工批量的标准尺寸和大批量加工非标准尺寸的孔。

4．钻一扩一铰

应用条件与钻一铰基本相同，不同点在于孔径较大。

5．钻（粗镗）一半精镗一精镗—浮动镗或金刚镗

适用于精度要求高，但材料硬度不太高的钢铁零件或有色金属件的孔加工。特别是位置精度要求较高的孔系加工。

6．钻（粗镗）一半精镗一磨一珩磨（研磨）

适用于加工过程中需要淬硬的工件孔的精加工，其中珩磨用于较大直径深孔的终加工，研磨用于较小直径孔的终加工。

7．钻一拉

适用于大批量加工未淬硬的盘、套零件中心部位的通孔。

图11-21 孔的加工方案