镗削车床尾座孔的镗削技术与效果分析

（1）镗床夹具的主要类型

用于镗床上装夹工件并保证工件的尺寸精度及形位公差要求的工艺装备，称为镗床夹具，又称镗模。与钻模的结构类似，其导向元件是镗套，用以引导刀具或镗杆进行镗孔，镗模一般用于普通镗床和组合机床上，也可用于其他通用机床上扩大其工艺范围。

镗模主要用于加工箱体、支座等工件上尺寸较大、精度要求较高的孔或孔系。

根据镗模中同一轴线上安装导向元件的镗模支架的数量，可将镗模分为单支承引导、双支承引导和无支承镗。

1）双支承引导镗模

双支承引导镗模是指采用两个镗模支架引导镗杆的镗模。为了避免机床主轴回转精度对加工精度的影响，机床主轴与镗杆之间采用浮动联接，被加工孔的位置精度主要取决于导向元件的位置精度，因此，该类镗模在装配时必须使两镗模支架中的镗套的轴线达到满足加工要求的同轴度。根据镗模支架布置的位置，可分为双支承前后引导和双支承后引导镗模。

①双支承前后引导镗模

双支承前后引导镗模是指分别在刀具的前后两个位置各设置了一个镗模支架的镗模。如图6.64所示为车床尾座孔镗模。镗杆12通过浮动接头13与机床主轴联接。工件以底面在支承板3，4的顶面上定位限制3个自由度，以底面上槽的垂直面在支承板3的垂直的窄长导向平面上定位限制两个自由度，以侧面在可调支承钉7上定位限制1个自由度，实现完全定位。采用联动夹紧机构夹紧工件，夹紧时旋转夹紧螺钉6，压板5转动的同时杠杆8转动带动连杆9移动，使压板10转动将工件推向支承板3的导向定位面，当压板5和10同时与工件接触后，再旋转夹紧螺钉6，将工件压紧夹牢在定位元件上。松夹时，在弹簧力的作用下使压板10离开工件和杠杆8复位，便于工件的装卸。以夹具体的底面安装在机床的工作台上，通过夹具体上的找正基面找正镗套轴线与工作台纵向运动之间的位置关系，使夹具在机床上占据正确的位置。

前后支承镗模常用于镗孔直径较大、长径比（被加工孔的长度与直径之比）L／D＞1.5的通孔或同一轴线上的一组通孔（孔系）的加工，加工精度较高，目前应用最普遍，但装卸刀具与工件较费时费力。用此种方式加工同一轴线的孔系，在设计时应注意以下两点：

a.如同一轴线上的孔数较多或前后孔距较大，使前后支架的距离L＞10d时，为了避免镗杆（直径为d）弯曲变形影响加工精度，应在前后支架之间增设一个中间导向支承。

b.当采用几把单刀加工同一轴线上相同孔径的几个孔时，应设计让刀装置，使刀具依次通过工件的待加工孔。一般通过将工件抬起一个高度的方法实现。工件抬起的最小高度hmin按图6.65确定为

hmin＝Z＋Δl

式中　Z——孔的单边加工余量，mm；

Δl——刀尖通过毛坯孔所需的最小间隙，mm。

图6.64　镗削车床尾座孔镗模

1—镗模支架；2—镗套；3，4—支承板；5，10—压板；6—夹紧螺钉；
7—可调支承钉；8—杠杆；9—连杆；11—夹具体；12—镗杆；13—浮动接头

图6.65　确定镗杆最大直径

此时允许的镗杆最大直径为

dmax＝D－2（hmin＋Δ2）

式中　D——毛坯的孔的直径；

Δ2——镗杆通过毛坯孔所需的最小间隙，mm。

精镗孔时，也应设计让刀机构，加工结束后，使工件抬起一定高度，让刀具通过，以免刀尖退出划伤已加工表面。

②双支承后引导镗模

在刀具后面一侧设置两个镗模支架的镗模，如图6.66所示。此种方法既便于装卸刀具与工件，也便于观察加工过程和检测工件。由于镗杆为悬伸状态，为了确保镗杆刚性，镗杆的悬伸量L1＜5d，为保证导向精度，导向长度L2≥（1.5～5）L1。用于箱体零件的一个壁上的孔或盲孔的镗削。

图6.66　双支承后引导

图6.67　单支承前引导

2）单支承引导镗模

只布置一个位于刀具前方或后方的镗模支架引导镗杆的模。镗杆与主轴刚性联接，镗杆的一端直接插入机床主轴的莫氏锥孔中，并通过调整使镗套轴线与主轴线重合。调整比较费时，且机床主轴的回转精度会影响镗孔的精度。根据镗模支架布置的位置，可将其分为单支承前引导与单支承后引导镗模。

①单支承前引导镗模

镗模支架布置在刀具的前方的镗模，如图6.67所示。适用于加工D＞60mm，L＜D的通孔。镗杆的导向部分的直径d小于被加工孔的直径D，在多工步加工时，不必更换镗套。便于观察加工过程和测量工件，更换刀杆比较费时，在立镗时，切屑易落入镗套中，应设防屑结构。

②单支承后引导镗模

镗模支架布置在刀具的后方的镗模，如图6.68所示。在立镗时，切屑不会落入镗套中，影响镗套的精度。

图6.68　单支承后引导

当镗削D＜60mm，L＜D的通孔或加工盲孔时（见图6.68（a）），镗孔行程短，镗杆导向部分的直径d可大于所加工孔的直径D。镗杆刚性好，加工精度高。多工步加工时，也可以不更换镗套。

当加工L＞（1.1～1.25）D孔时（见图6.68（b）），镗杆导向部分的直径d＜D。使镗杆导向部分能进入孔内，缩短距离h，减小镗杆的悬伸量，以免镗杆因刚性不足而变形或产生振动影响加工精度。

h为镗套端面与工件之间的距离，其值应结合装拆刀具、装卸和测量工件、排屑是否方便及镗杆的刚性等因素确定。前引导时，一般取h＝（0.5～1）D，但h不应小于20mm。后引导时，在卧式镗床上镗孔时，h＝60～100mm；在立式镗床上镗孔时，h＝20～40mm。

当工件的刚性好，或采用高精度的镗床、坐标镗床、数控铣床、加工中心进行镗孔加工时，被加工孔的尺寸和位置精度均由机床保证。此时，夹具只需设计定位、夹紧装置和夹具体，不设计镗模支架。

（2）镗床夹具的设计要点

在设计镗模时，除要根据加工要求合理设计定位、夹紧装置外，还应结合工件的结构特点选择镗模类型，解决镗套、镗杆与浮动接头以及镗模支架与夹具体的设计等相关问题。

1）镗套的选择与设计

镗杆的回转中心的位置是通过镗模支架上的镗套来确定的，镗套的结构形式和精度将直接影响工件的加工精度和表面质量。因此，应根据工件的加工要求与结构特点合理选择与设计镗套。

①镗套的类型和结构

常用的镗套有固定式和回转式镗套。

A.固定式镗套

固定式镗套是指在镗孔的过程中不随镗杆一起转动的镗套，如图6.69所示。其结构形状与钻模中的可换或快换钻套相似，但结构尺寸较钻模大，已经标准化，可查阅《机床夹具设计手册》。有A，B两种类型，A型不带油杯和油槽，B型带油杯和油槽，使镗杆和镗套之间能充分润滑，其最高加工速度可比A型高。

图6.69　固定式镗套（GB／T 2266—91）

固定式镗套结构简单，外形尺寸比回转式镗套小，镗套中心位置精度高，在扩孔与镗孔时运用广泛。镗杆既转动又沿镗套轴线轴向移动，镗套易磨损，严重时会出现镗杆与镗套“咬死”现象，故适于低速镗孔，一般摩擦面的线速度v＜0.3 m／s。

B.回转式镗套

回转式镗套是指在镗孔的过程中随镗杆一起转动的镗套，镗杆在镗套内只有相对移动而无相对转动，因而镗套与镗杆之间的磨损较小。按使用轴承的类型，可分为滑动式和滚动式镗套。

a.滑动式回转镗套。如图6.70（a）所示，镗套与镗模支架之间安装了滑动轴承，镗套孔中设有键槽，镗杆与镗套之间通过键联接带动镗套转动。其径向尺寸较小，适应孔距较小的孔系的加工，回转精度高，抗振性好，承载能力强，但轴承间隙调整困难，不易长期保持精度，且需要充分的润滑，通常在镗模支架与镗套上开出油孔与油槽，摩擦面的线速度v为0.3～0.4 m／s。一般用于结构受到限制，转速不高的半精加工。

b.滚动式回转镗套。如图6.70（b）、（c）所示，镗套与镗模支架之间安装了滚动轴承，其线速度v＞0.4 m／s。但径向尺寸大，回转精度受轴承精度的影响。常用滚针轴承以减小径向尺寸，用高精度的轴承以提高回转精度。如图6.70（c）所示为立式镗套，加工时易受切屑和切削液的影响，在结构上需设防护装置，以免镗杆加速磨损。

图6.70　回转式镗套

1—镗模支架；2—滑动轴承；3—镗套；
4—轴承盖；5—滚动轴承；6—螺母；7—防尘盖

当镗孔直径大于镗套孔径时，镗套上必须开有引刀槽，使镗刀顺利通过镗套。镗杆与镗套之间应设置导向键，以保证镗刀与引刀槽间的正确位置关系。如图6.71所示，镗套上装有尖头传动键，配合带螺旋导向结构的镗杆使用，保证引刀槽与镗刀对准。

图6.71　引刀槽与尖头键

1—尖头键；2—引刀槽

如图6.72所示为带弹簧钩头键的滚式镗套。轴承盖4上开有端面键槽，钩头键3在弹簧2的作用下与端面键槽配合，使镗套1固定某一固定方位。当镗杆进入镗套内，镗杆上键槽的底面压下钩头键3使其与端面键槽脱开，镗套1便可随镗杆一起转动。当镗杆退出镗套后，钩头键3在弹簧力的作用下又重新进入端面键槽中，使镗套1定位。这种镗套适用于机床主轴有定向停止装置的场合，镗杆进入镗套时，保证镗刀与引刀槽的正确位置关系；镗杆退出时，保证钩头键3与轴承盖端面键槽的正确位置关系。

②镗套的尺寸

镗套的内径d由镗杆的导向部分直径确定。

图6.72　带弹簧钩头键的滚动式镗套

1—镗套；2—弹簧；3—钩头键；4—轴承盖

导向长度H有以下3种确定方法：

a.双支承后引导，如图6.65所示。导向长度L2＞（1.5～5）L，H＝（1～2）d。

b.双支承前后引导。

固定式镗套

H＝（1.5～2）d

滑动式镗套

H＝（1.5～3）d

滚动式镗套

H＝0.75d

c.单支承引导。H＝（1.5～3）d，当加工精度与孔距精度较高时，H＞2.5d。

2）镗套的材料与主要技术要求

当需采用非标准镗套时，其结构、材料、公差配合、表面粗糙度及热处理要求可参考标准镗套确定，结构尺寸结合实际情况确定。衬套也是如此。(www.xing528.com)

①镗套的材料

一般为20或20Cr，其渗碳深度0.8～1.2mm，淬火热处理硬度为58～62HRC，但一般应低于镗杆硬度。高速镗孔时，采用磷青铜，其减摩性好且不易与镗杆咬住，成本较高。大直径镗套与单件小批量生产时，可采用HT200。当镗套的耐磨要求较高时，选用粉末冶金。

②镗套的主要技术要求

镗套的主要技术要求见表6.2。

表6.2　镗套与衬套的主要技术要求

镗套内孔的表面粗糙度为Ra0.8μm或Ra0.4μm，外径的表面粗糙度为Ra0.8μm。

3）镗杆与浮动接头

镗杆与浮动接头是镗床夹具的辅助工具，镗杆的结构与镗模设计有直接关系。

①镗杆的结构

A.固定式镗套用镗杆

当镗杆导向部分的直径d＜50mm时，镗杆采用整体式结构。如图6.73（a）所示的镗杆强度和刚性较好，开有油沟，镗杆与镗套的接触面积大，润滑不充分，会加剧磨损，如切屑进入导向部分，则容易产生“卡死”现象。如图6.73（b）、（c）所示的镗杆刚性较差，开有较深直槽和螺旋槽，大大减少了镗杆与镗套的接触面积，沟槽具有一定的容屑能力，可减少“卡死”现象的发生。如图6.73（d）所示为带镶条的镗杆，其摩擦面积小，容屑量大，不易“卡死”，常用于直径d＞50mm的场合。镶条应采用摩擦系数小和耐磨的材料，如铜。镶条磨损后，可在镶条与镗杆之间加垫片，修磨后可重新使用。

如图6.73（e）所示的镗杆可相对导向导套转动，导套在镗套内作轴向移动，结构尺寸很大，切削速度与回转式镗套一致，导向套的尺寸比加工的孔径大，刀具可顺利通过镗套，镗套无须开引刀槽。

图6.73　固定式镗套用镗杆

B.回转镗套用镗杆

如图6.74（a）所示的镗杆前端设有平键，键下装有压缩弹簧，键的前部有斜面，适用于开有键槽的镗套。无论镗杆以何位置进入镗套，平键均能自动进入键槽，带动镗套回转。如图6.74（b）所示的镗杆上开有键槽，其前端为螺旋式引导结构，螺旋角一般小于45°，镗杆可使键顺利地进入键槽内。适用于带有键的镗套。

图6.74　回转镗套用镗杆

②镗杆尺寸

镗杆应具有良好的刚性，以保证镗孔的精度，镗孔时应有足够的容屑空间。镗杆直径一般为

d＝（0.6～0.8）D

式中　d——镗杆直径，mm；

D——被镗孔直径，mm。

镗孔直径D、镗杆直径d与镗刀截面B×B之间的关系一般可计算为

D－d／2＝（1～1.5）B

镗杆直径d、镗刀截面B×B也可参考表6.3选取。

表6.3　镗杆直径d、镗刀截面B×B与被镗孔直径D的关系／mm

表6.3中所列镗杆直径的范围，一般取中间值，加工小孔时取大值。在加工大孔时，若导向良好，切削负荷小则可取小值；反之，取大值。

镗杆的长度应根据镗孔系统图进行计算。镗孔系统图应在编制工艺规程时绘出。

当镗杆上要安装几把镗刀，应将刀具对称安装，使径向切削力平衡，可以减少镗杆的变形。当同一镗模上同时使用几根镗杆时，镗刀的安装方向应尽可能错开。

③镗杆的材料及主要技术要求

A.镗杆的材料

镗杆应具有足够的刚性和耐磨性，因此，镗杆应具备表面硬度高而内部有较好的韧性。一般采用热处理变形小的20钢、20Cr钢，渗碳厚度为0.8～1.2mm，淬火硬度为61～63HRC；也可用38CrMoAlA，但热处理工艺复杂；大直径的镗杆，还可采用45钢、40Cr钢或65Mn钢。

B.镗杆的技术要求

镗杆的主要技术要求如下：

a.导向部分的直径公差带为：粗镗g6，精镗g5。表面粗糙度为Ra0.04～0.4μm。

b.导向部分直径的圆度与锥度控制在直径公差的1／2以内。在500mm长度内的直线度公差为0.01mm。

c.装刀孔对镗杆中心的对称度为0.01～0.1mm；垂直度为（0.01～0.02）／100mm。刀孔表面粗糙度一般为Ra1.6μm，装刀孔不淬火。

在实际生产过程中，镗套与镗杆和衬套之间的间隙一般采用配作的方式。

④浮动接头

浮动接头用于双支承镗模镗孔时，使镗杆与机床主轴实现浮动联接。常用的浮动接头结构如图6.75所示。通过镗杆1上的拨动销2插入接头体4的槽中，接头体4的锥柄安装在主轴锥孔中。主轴的旋转运动可通过接头体4、拨动销2传递给镗杆1，从而使镗杆1随主轴一起转动。镗杆与接头体之间有浮动间隙，因而主轴的回转精度不会影响镗杆的回转精度。

图6.75　浮动接头

1—镗杆；2—拨动销；3—外套；4—接头体

4）镗模支架与夹具体

镗模支架用于安装镗套，要具有足够的刚度和强度以及尺寸稳定性，应有足够大的安装基面和设置必要的加强肋。其典型结构和相关尺寸见表6.4。

镗模支架上不允许安装夹紧机构，避免夹紧反作用力使镗模支架变形，影响镗孔精度。如图6.76（a）所示的结构是错误的，夹紧工件时反作用力会使支架变形，如图6.76（b）所示的结构是合理的。

镗模支架一般应与夹具体分开制造，便于加工和热处理，但对装配要求比较高，支架与夹具体的联接要牢固可靠，位置正确，一般用内六角螺钉压紧，两圆柱销定位。

表6.4　镗模支架的典型结构和尺寸

注：表中的数据适用于铸铁，如采用铸钢，壁厚可以减薄。

图6.76　夹紧机构与镗模支架之间的关系

1—夹紧螺杆；2—镗模支架；3—工件

在镗模中夹具体一般称为底座，其上安装各种装置、元件和工件，并承受切削力和夹紧力，因此也应有足够的强度和刚度，并能保持尺寸精度的稳定性。应选取适当的壁厚，合理地设置加强肋，常采用十字形肋条。底座的典型结构和尺寸见表6.5。

表6.5　镗模底座的典型结构与尺寸

底座上安装定位元件、夹紧装置、镗模支架和其他装置等的位置处应铸出工艺凸台平面，经过刮研，使有关元件安装时与接触面紧贴，凸台表面应与安装基面平行或垂直。

镗模的加工精度较高，为了保证镗模在机床上的正确位置，一般采用找正安装，通常在底座侧面加工出窄长的找正基面，该基面也可用于找正定位元件与导向元件的正确位置，镗套中心线与找正基面的平行度或垂直度应在300∶0.01之内。

镗模结构尺寸一般较大，镗模上应设置适当数目的耳座，使镗模在机床上牢固安装，大型、重型镗模还应设置手柄或起重吊环，以便搬运。

镗模与支架的材料一般为HT100，为了使支架和底座的尺寸持久稳定，其毛坯一般应进行时效处理，精度要求高时应在粗加工后安排二次时效处理。