1.轴端标准中心孔
轴端中心孔是轴类工件外圆加工的检测和定位基准，同时承受着工件的重力和切削力。常用中心孔分A型、B型和C型三种（图2-72），A型中心孔适用于一般工件；B型中心孔适用于精度要求高、工序较多、需多次重复使用中心孔的工件；C型是带内螺纹的中心孔，适合在轴端拧进螺塞，以垂直固定轴件，还便于在加工或装配中，轴向固定其他零件。
2.在车床上钻中心孔
以中心孔为工艺基准，能保证轴类工件的加工质量，并且中心孔可反复使用。特别是对于精度要求较高的轴类工件，如果忽视了中心孔的质量，就会直接影响车削精度，甚至造成废品。
图2-71 改变中心架高度的措施
1—中心架 2—垫块 3—螺杆 4—锁紧块
加工轴端中心孔时需要使用中心钻，如图2-73所示。在车床上加工中心孔有多种方法，图2-74所示是传统的加工方法，大批量钻中心孔时，常采用不停车加工等方法。
图2-72 中心孔的形式
a）A型 b）B型 c）C型
（1）不停车加工中心孔 图2-75所示为利用专用夹具不停车加工直径为20mm、长径比为l/D=5的轴类工件的中心孔。将中心钻夹紧在自定心卡盘内，并套入内套筒8的孔中，支杆9紧固在车床刀架上。操作时，将工件放入内套筒8右端的锥孔里。转动安装在车床尾座上的内顶尖6将轴件向前推动，弹簧受压而使内套筒8向后滑移，即可钻出中心孔。螺钉4的作用是防止内套筒8转动和弹出体外，并控制轴件中心孔的深浅。将尾座中的内顶尖退回，轴件即可卸下。
制作该工具时，应注意内套筒8与外套筒7的配合不宜太松，两者之间的间隙以不超过0.03mm为宜。
图2-73 中心钻
图2-74 在轴端加工中心孔的传统方法
a）加工短轴中心孔 b）加工长轴中心孔
在图2-76中，导向座9安装在刀架10上，并根据前后顶尖找正导向套的中心线，然后将车床床鞍、小滑板及刀架的位置锁紧固定。中心钻2装在自定心卡盘上，并使中心钻作高速运转。工件通过滑套5经导向套3，到达离中心钻1～2mm的位置，并用锁紧螺钉6锁紧。钻中心孔时，推杆7随尾座8进给，推动工件及滑套5，将复位弹簧4压缩，进行中心孔的钻削。
图2-75 不停车加工中心孔（一）
1—自定心卡盘 2—复合中心钻 3—弹簧 4—螺钉 5—轴件 6—内顶尖 7—外套筒 8—内套筒 9—支杆
图2-76 不停车加工中心孔（二）
1—自定心卡盘 2—中心钻 3—导向套 4—复位弹簧 5—滑套 6—锁紧螺钉 7—推杆 8—尾座 9—导向座 10—刀架
中心孔加工好以后，推杆7随尾座后退，工件在复位弹簧的作用下迅速离开中心钻，然后拧松锁紧螺钉6，不停车取出工件，马上调换轴端或换上另一工件继续进行加工。
图2-77所示是将锥柄心轴14插进车床尾座内，带内锥面的固定顶尖1夹紧在自定心卡盘上。当尾座套筒向前移动时，带内锥面的回转顶尖4推动工件2。随着主轴的转动，轴件位置自动找正，将轴件支持好，尾座套筒继续进给，把轴端中心孔钻出。
当轴类工件直径较小，长度不超过300mm时，使用这种工具和方法可以实现不停车连续加工；若工件长、质量大，则每加工好一个中心孔，需停车后装卸工件。
（2）用尾座附加装置加工中心孔 这种方法适合批量钻大型长轴类工件（如长3m，重300kg）、弯曲及断面呈椭圆、方形轴类工件的中心孔。由于这类轴件的外圆往往不圆整和不规则，所以利用普通方法在车床上钻中心孔比较困难。使用如图2-78所示的钻中心孔装置时，将其插入尾座套筒锥孔内，滑板端与锥柄连接固定，中间和滑杆相连。滑杆装在锥柄的孔内，可以滑动。钻中心孔时，只要扳动滑板，滑杆就可带动中心钻将中心孔钻出。
在图2-79中，尾座处附加的装置是微电动机，它通过螺栓固定在锥柄上，紧固套固定在微电动机轴上，通过螺钉将中心钻紧固好。钻中心孔时，整个工具与尾座套筒内锥孔配合，轴类工件装夹在车床主轴的卡盘内。接通电源，微电动机轴带动中心钻旋转，通过尾座套筒的轴向前进，在轴件不旋转的情况下将中心孔钻出来。
图2-77 不停车加工中心孔（三）
1—反向固定顶尖 2—工件 3—中心钻 4—回转顶尖 5—滚动轴承 6、13—螺钉 7—压力弹簧 8—导柱 9—顶尖体 10—压圈 11—后盖 12—沉头螺钉 14—锥柄心轴
图2-78 用尾座附加装置加工中心孔（一）
图2-79 用尾座附加装置加工中心孔（二）
（3）刀架上安装中心钻加工中心孔 这种方法需要制作一个带90°V形槽的垫块，通过垫块将中心钻夹紧在刀架上，并且中心钻被夹紧后，其中心线应与车床主轴中心线同轴，然后利用床鞍的移动来加工中心孔。
（4）使用专用装置加工中心孔 在特大直径、大长度或特型轴类工件上钻中心孔时，可使用如图2-80所示的专用装置。弯板3的上部固定有自定心卡盘9，小电动机固定在旧台式钻床上，V形块托架8装在小车5的上部，用以托起不同直径的轴类工件。转动螺母6时，V形块托架8可升至不同的高度，小车5可在底座上纵向移动到所需要的位置。自定心卡盘9不起承载作用，只起夹固轴件的作用。钻中心孔时，一方面钻夹头和中心钻转动，同时扳动旧台式钻床的手柄，使中心钻在卡盘孔内沿轴向作往复移动。钻中心孔时，应注意调整旧台式钻床中心线与轴件轴线的同轴度。
图2-81所示是使用专用装置加工长轴件中心孔的情况。带短轴的万向联轴器夹紧在车床自定心卡盘中，其右端还装有一个较小的自定心卡盘，长轴件安装在较小的自定心卡盘内，并用两个中心架将长轴件架起来，中心钻装在插进尾座的钻夹头上。当车床自定心卡盘旋转时，通过万向联轴器和较小的自定心卡盘带动中心架上的长轴件转动，推进中心钻向前移动，将中心孔加工好。
另外，加工特大型轴类工件上的中心孔时，还可采用划线的方法，先在轴端划出中心孔的位置，然后用手电钻或在钻床上将中心孔加工出来。采用这种方法时，必须使中心钻的钻孔中心线与工件轴线同轴，否则在车床上安装轴件时会出现较大的定位误差，这就是在一般情况下不采用这种简易钻中心孔方法的原因。
图2-80 使用专用装置加工中心孔（一）
1、2—V带轮 3—弯板 4—底座 5—小车 6—螺母 7—横轴 8—V形块托架 9—自定心卡盘
图2-81 使用专用装置加工中心孔（二）
3.中心孔的修复和研磨
轴类工件在粗加工过程中，由于车削用量大、加工余量不均匀以及摩擦发热等因素的影响，会造成中心孔发生不同程度的损坏，特别是轴件经过热处理淬火后发生变形的中心孔，在精加工之前更需要对其进行修复和研磨。
（1）修复中心孔 在图2-82a中，将硬质合金顶尖安装在钻床主轴上，轴件夹紧在钻床工作台上的自定心卡盘内，根据轴类工件的硬度适当选择钻床的转速，手动加压对中心孔进行修复。修复时所使用的硬质合金顶尖可采用如图2-82b所示的多棱形，即把磨好的60°硬质合金顶尖再修磨出3～5齿（最好磨成不等分齿距）的多棱形。修复时的进给量f取0.25～0.55mm，顶尖外圆的表面粗糙度值为Ra0.4μm。
（2）研磨中心孔 对于精密轴类工件，必须有高精度和低表面粗糙度值的中心孔，所以在精加工前，还必须对修复好的中心孔进行研磨。
研磨中心孔的方法很多，可以在车床、钻床及专门研磨中心孔的设备上进行，下面介绍几种车床上的研磨方法。
图2-82 修复中心孔(www.xing528.com)
a）修复中心孔时的情况 b）修复时使用的合金顶尖
1）用铸铁棒研磨。在车床自定心卡盘上夹持一根铸铁棒，其端部车成60°锥度作为研磨顶尖，并用它和尾座顶尖一起顶住轴件（图2-83），不要安装拨盘和夹头。在所研磨的顶尖上涂上金刚砂研磨剂，研磨时车床主轴转速为200～300r/min，用手把握工件，轻微转动，研完一头，再调头研另一头。
开始研磨时，可以用F100的金刚砂进行粗研，即将研好时，再换用20W或14W的氧化铬研磨剂进行精研。
2）使用金刚石或立方氮化硼研磨顶尖，如图2-84所示。研磨时，将其装夹在主轴锥孔或尾座套筒锥孔内进行研磨。
3）用硬质合金顶尖挤研。将硬质合金顶尖镶焊在顶尖体上（图2-85），然后磨成60°锥度（有的硬质合金出厂时已制成60°锥度），作为研磨顶尖装在车床主轴锥孔内。尾座用固定顶尖或硬质合金顶尖都可以，将轴件顶住（不使用拨盘和夹头），用手把持轴件，车床开动后，另一只手一松一紧地把握尾座后面的手轮。车床主轴转速在300r/min左右，只需要5～10s挤研就可以完成。操作中先粗挤研，然后在中心孔内加上凡士林再轻挤，可以取得良好的效果。
图2-83 用铸铁棒研磨中心孔
图2-84 研磨顶尖
图2-85 研磨中心孔用的合金顶尖
用这种方法研磨中心孔的优点是挤研时间短，加工出的表面粗糙度值低。但中心孔的圆柱孔直径d在5mm以上时不宜采用这种形式，因为中心孔大时面积也大，顶尖面积与中心孔面积同时摩擦，容易产生高温，反而会挤坏中心孔，并造成中心孔的硬度降低。中心孔直径d在10mm以上时，可用自定心卡盘装夹工件，将硬质合金顶尖装在尾座孔内，并用其进行挤研。装夹工件时，卡爪要尽量少卡一些，因为卡的部分长了，会引起轴件头部不与尾座顶尖同心，从而造成中心孔与顶尖歪扭。
4）用氧化铝（刚玉类）砂轮顶尖研磨。将废旧的氧化铝砂轮做成砂轮棒，并夹持在自定心卡盘上，然后在刀架上装上打砂轮刀（金刚石笔）或一般硬质合金刀片，将砂轮棒车成60°锥度。研磨时，工件的装夹和车床转速与前面介绍的铸铁顶尖研磨法相同，用手扶住工件，一松一紧地转动尾座手轮进行研磨。砂轮顶尖可用煤油做润滑剂。
用这种方法研磨中心孔的速度较快，研磨的中心孔很精确，一般在研磨较大中心孔和粗研中心孔时使用。当砂轮棒的尖部磨损时，可用打砂轮刀随时进行修整。
为了保证研磨中心孔的质量，无论采用上述哪种方法，都必须注意校正车床主轴中心线与尾座顶尖的同轴度。
中心孔研磨好后，应在孔内抹上凡士林，并在轴端粘上一块纸片封好，以保护中心孔。
（3）修研中心孔示例 前面介绍的几种修复和研磨中心孔的方法，一般不需要考虑中心孔与轴件外圆的关系，所以相对来说难度并不大。当以轴件外圆为基准修研偏移量较大的中心孔时，就会有一定的难度。本示例修研的就是这类中心孔。
图2-86 修复以轴件外圆为基准的中心孔
图2-87 中心孔的修复过程
a）标示出中心孔的偏离方向及数值 b）轴件中心孔的安装位置
如图2-86所示，ϕ280mm与2×ϕ（47±0.007）mm的同轴度误差须保持在ϕ0.01mm之内。现要修磨ϕ280mm，但该直径右端中心孔被损坏，需要将右端中心孔修复后再修磨ϕ280mm外圆与ϕ（47±0.007）mm同轴。
由于右端中心孔距离ϕ（47±0.007）mm太远，用ϕ（47±0.007）mm定位修复右端中心孔很难达到要求，在缺少顶尖孔磨床的情况下，只能采用研磨的方法，其过程如下：
1）将轴件安装在测微仪或万能磨床两顶尖之间，测出轴件中心孔的偏离方向及数值，并标示出“+”或“-”，如图2-87a所示。
2）将轴件卸下后安装到车床两顶尖之间，一端为安装在主轴锥孔内加有研磨剂的60°标准铸铁顶尖，另一端为尾座上的回转顶尖。使轴件中心孔中的偏离方朝上（图2-87b），接着稍松尾座顶尖，开动车床主轴旋转（主轴速度n=60～200r/min）时，只有铸铁顶尖转动，此时用手扶住轴件，使它不转动。接着用手前后摆动轴件，摆动范围为100°～200°，每摆动2～3个来回，将尾座顶尖紧一次，作顶尖的松紧运动。根据轴件材料的软硬及研磨剂粒度的粗细掌握研磨时间，第一次可先按1～2min操作，停车前适当顶紧些，使轴件转几周，停车过程中不可松尾座顶尖，直至完全停车后方可松开。
3）取下轴件，擦净研磨剂，重新在测微仪或磨床上测量基准轴件外圆的偏摆量，并标示方向。根据上次的研磨情况，结合本次的测量结果进行分析，决定下次研磨的操作方法和时间，如此进行下去直至合格为止。
一般来讲，只要认真耐心地操作，对于径向圆跳动误差为0.03～0.05mm的中心孔，即使是用铸铁顶尖加氧化铬研磨也能在20～60min内修复到0.01mm以内。如果偏差在0.1mm以上，可用氮化硼顶尖预修，然后精研，最后对中心孔进行圆整研磨。
4.特殊加工条件下的中心孔与顶尖
以上介绍的均为标准中心孔，其定位面是60°内锥面，它与60°顶尖之间形成一个封闭的定位曲线──定位圆（图2-88）。但套筒类工件车外圆时，由于工件的中间是空的，无法加工中心孔，往往以孔圆作为定位基准如图2-89所示；或者当工件情况允许时，在工件两端孔口倒角，以形成60°（或90°）锥面，作为大中心孔，用于定位与顶尖配合；还可在两端孔口处加上圆柱形闷塞，在闷塞端部钻中心孔来安装工件。
图2-88 轴端中心孔理想定位
图2-89 以孔圆定位装夹工件
对前、后顶尖与轴端中心孔配合定位的要求是：两顶尖与两中心孔之间的两个定位锥面是同轴的，控制位置误差；中心孔和顶尖锥面形状误差小；中心孔孔口端面与中心孔定位锥面轴线的垂直度误差小。但在特定情况下，如采用双顶法车长轴件的圆锥面时（图2-90），由于尾座偏移了位置，顶尖与工件一端中心孔的接触情况如图2-91所示，将造成定位不准确，容易损坏顶尖和中心孔。如果采用如图2-92所示只有圆柱孔没有60°锥面的中心孔，则虽然回转阻滞情况有所改善，但顶尖与圆柱中心孔的接触面积偏小，易造成切削不稳定。
图2-90 采用双顶法车长轴件的圆锥面
图2-91 双顶法车外锥面尾座顶尖与中心孔的接触情况
为了得到更好的支承，可采用如图2-93所示的球形顶尖和圆弧形顶尖，此时顶尖与中心孔的接触情况会得到改善。
如图2-94所示的方法作了改进，后顶尖使用了球形顶尖，前顶尖头部做出了弧面孔，钢球放进弧面孔内将工件夹好。
图2-92 轴端两中心孔没有60°内锥面
图2-93 球形顶尖和圆弧形顶尖
a）球形顶尖 a）圆弧形顶尖
如图2-95所示工件的整个长度是圆锥面，且大端有螺纹孔。安装此工件时，将球座夹紧在自定心卡盘上并进行找正。将球形顶尖旋入工件的螺纹孔内，调整好尾座位置后，使球形顶尖的球面与球座的内球面接触，销子插入球座的缺口槽内，并将后顶尖顶好。这样，夹持件与工件连成一体，就可以开动车床进行加工了。
图2-94 用球形顶尖支承工件
图2-95 带内螺纹通长圆锥面工件的夹持方法
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