车床加工孔类工件及其计算方法

1.镗削多孔工件

各种各样的多孔工件很多，例如钻模板就是常见的多孔工件，它的孔与孔之间的孔距误差一般在0.01mm以内。这类工件多在坐标镗床上加工，在缺少坐标镗床情况下，可在车床上进行。下面以三个孔的钻模板为例，来说明加工中保证孔距的方法。先将钻模板加工到所需要的形状和厚度，然后划出各孔的中心线。在十字线的中心上攻出M6螺孔（图7-11a），再用平面磨床将钻模板的厚度磨成一致。将三个直径相同而长度不同的套管用M6螺钉和平垫圈分别压在各个M6螺孔的位置，三个套管的长度要求以不碰千分表的测量杆为准。然后用千分尺测量出套管的中心距离，并将精确测量后的套管压紧（图7-11b）。最后，将钻模板放在车床花盘上，用千分表先在长的一根套管上找正中心（图7-11c），将钻模板压紧，再卸下套管，进行钻孔、镗孔或铰孔。紧接着再将钻模板松开，移动位置，根据第二个长套管找正中心……，以此类推，即可将各孔加工完毕，这样就能保证各孔之间公差尺寸的要求。

图7-11 保证钻模板孔距的加工方法

a）确定加工位置 b）千分尺测量两套管间距离 c）靠模板安装在花盘上找正

采用这种方法所使用套管的两端面必须与外圆柱面互相垂直，否则会影响加工质量。

在确定和找正钻模板镗孔中心距的位置时，还可以采用图7-12所示方法。假设三个孔的中心为O、O₁、O₂，三点间的距离即中心距，依次为A₁、A₂、A₃，相切三圆的半径为R、R₁、R₂，则

R+R₁=A₁ （7-9）

R₁+R₂=A₂ （7-10）

R₂+R=A₃ （7-11）

三式相加得：

用式（7-12）依次减式（7-9）、式（7-10）、式（7-11），则得：

图7-12 确定镗中心距位置

在确定中心距时，可按照计算出的结果加工三根有台阶的心棒。镗孔时，先按尺寸位置的要求在钻模板上镗出一个孔，并安上一根心棒，然后，将其余两根心棒根据位置要求依次与第一根心棒相切，并加以固定。这时三根心棒的中心距即为三孔的中心距。所镗孔径较大时，可用螺母将心棒连接在钻模板上ꎻ孔直径小时可直接用粘接法固定。固定后用百分表找正镗杆和心棒的位置，镗出三个孔（镗孔时应将该孔用的心棒卸去）。若钻模板上有第四孔时，仍按照上述方法进行计算、制造心棒和进行找正。

2.车削椭圆孔

在车床上，如果改变刀具切削位置或工件的安装位置，或者借助于辅助装置，都可以加工出椭圆孔。

（1）椭圆加工原理如图7-13a所示，根据几何知识得知，如果从A向看C-C是个圆盘，在倾斜于C-C的OO轴线上的投影就是一个椭圆面，无数个相同椭圆面在同一轴线上的集合，即成为椭圆柱体，其外表面就是椭圆柱面。同理，一个圆柱孔工件，将其从垂直于孔心线的方向切开，其断面是个圆孔（图7-13b），当从倾斜于孔中心线的方向（A-A）切开，其断面却是个椭圆孔，并且，切断倾斜角α越小，椭圆长轴D₁与短轴D₂的长度差越大。在车床上就是根据这个原理把椭圆孔加工出来的。

图7-13 椭圆形成原理

a）椭圆柱形成原理 b）椭圆孔形成原理

（2）改变工件装夹方向和进给方向车椭圆孔图7-14所示，将刀架拆掉，车孔刀杆安装在主轴的三爪自定心卡盘内，工件夹持在刀架上。车削时，使车孔刀刀尖的回转直径等于椭圆的长轴D₁，小滑板的导轨方向与车孔刀杆轴线相交成α角。溜板固定不动，由小滑板带动工件沿H方向（导轨方向）移动，当工件移动L距离，椭圆孔就车削出来了。

小滑板转动角度α用式（7-16）计算

式中 D₂——椭圆孔短轴长度（mm）；

D₁——椭圆孔长轴长度（mm）

工件移动距离L用式（7-17）计算。

在直角三角形ABC中

BC=D₁sinα

所以 L=S+D₁sinα （7-17）

式中 S——工件厚度（mm）；

D₁——椭圆孔长轴长度（mm）。(www.xing528.com)

车孔刀杆直径d应该尽量大些，以提高刚性。但是如果d太大，工件在尚未到达加工完毕的位置时，就会碰到刀杆而不能继续加工，所以车孔刀杆最大直径要有一个限度，可按下面方法计算。

图7-14 车床上加工椭圆孔

从图7-14可看出，d=D₁-2EC，在直角三角形DEC中，EC=Lsinα，则

d≤D₁-2Lsinα （7-18）

【例】 有个椭圆孔工件，长轴D₁=108mm，短轴D₂=102mm，工件厚度S=50mm，求车孔时小滑板转动角度α、工件移动距离L和车孔刀杆最大直径d各为多少？

【解】 1）利用式（7-16）计算α：

2）利用式（7-17）计算L：

L=S+D₁sinα=50mm+108mm×0.3289=85.5mm

3）利用式（7-18）计算d：

d≤D₁-2Lsinα≤108mm-2×85.5mm×0.3289

d≤52.7mm

（3）利用专用装置车削椭圆孔在车床上大批量加工椭圆孔时，可使用图7-15所示装置。工具体2可在支架1内的两根滑柱15上来回滑动，滑柱15由螺母紧固在支架1上，工具体2一侧加工有与滑块14配合的矩形槽。滑块14的内孔与偏心轮12外圆为动配合，偏心轮12内圆和滑动键（图中未画出）与开有通端键槽的车孔刀杆6滑配合。将滑块14转入工具体2的矩形槽后，用4个螺钉将盖板13紧固在工具体2上。

使用时，把车床小滑板拆下，将该工具的支架1紧固在中滑板10上，车孔刀杆6一端由主轴卡盘夹紧，另一端由尾座顶尖支撑。调整支架1，使其中心与车床主轴中心线重合，然后固定中滑板，使其不能在溜板上移动。再将钻好圆孔的工件（圆孔直径要略小于待加工椭圆的短轴长度），用角钢9、压板4及螺栓3固定在工具体2上。角钢9的位置可在工具体2上作上下移动，以调整工件的中心高，并适应安装不同大小的工件。安装车刀时，要使刀尖在偏心轮12旋转半径大的一侧，并使刀尖旋转直径等于被加工椭圆的长轴。起动车床，溜板箱作反向进给即可进行加工。

图7-15 车上加工椭圆孔装置

1—支架 2—工具体 3—螺栓 4—压板 5—工件 6—车孔刀杆 7—车孔刀 8—尾座顶尖 9—角钢 10—中滑板 11—主轴卡盘 12—偏心轮 13—盖板 14—滑块 15—滑柱

该装置加工椭圆孔的工作原理是：车孔刀杆6和偏心轮12旋转时，带动滑块14在工具体2的矩形槽内上下滑动，并使工具体2在两根滑柱15上前后滑动。车孔刀杆6每旋转一周，工具体2就往复一个周期。当车孔刀杆旋转到图7-16所示位置时，工具体与工件向前移动，其位移量等于偏心轮的偏心距e。由于车孔刀7始终绕固定中心做圆周运动，所以在此位置时车削量就减少e值，如图7-15中A-A断面图所示。

车孔刀杆6继续旋转，工件5逐渐返回原中心位置，车削量逐渐增加，当转动90°时，工件中心与刀具旋转中心重合，此时车削量最大，工件切削半径等于刀尖旋转半径R。在下半个周期内重复上述运动。这样，工件上的加工孔，就是刀尖圆周运动与工件周期往复直线运动所形成的相对运动轨迹。若以水平方向为x轴，垂直方向为y轴，以工件中心为原点，相对运动的轨迹即为椭圆方程

式中 e——偏心轮偏心量（mm）；

R——刀尖旋转半径，即椭圆孔长半轴（mm）；

R-e——椭圆孔短半轴（mm）。

图7-16 椭圆孔加工原理

由此可知，只要改变偏心轮的偏心量e值，即可加工出各种不同离心率的椭圆孔。

当加工离心率较大的椭圆孔，或被加工椭圆孔的短轴长度接近于车孔刀杆直径时，往复运动的工件孔会接触到刀杆外圆，使加工不能进行。此时可将车孔刀按附图7-17所示位置安装（和图7-15相比较，将车孔刀转过90°安装），通过更换不同偏心量的偏心轮，即可加工出离心率较大或小孔径的椭圆孔。这时，工作情况与前述加工方法相反，工件在水平方向的车削半径为R+e，形成椭圆的长轴，在垂直方向的车削半径为R，形成椭圆的短轴。相对运动轨迹方程为

图7-17 车孔刀安装相对位置

使用该装置加工椭圆孔时，刀尖、偏心轮的偏心距和车孔刀杆轴线应在一个平面内。各相对运动部位的配合精度要求较高，并且在加工时，主轴的转速应稍慢。