钻孔精度（精选七篇）
钻孔精度 篇1
1 提高钻头的刃磨质量
在钻削过程中钻头质量的好坏直接影响到孔的精度。标准麻花钻刃磨时两切削面要交替刃磨及时观察切削刃的长度, 对于初学的学生来说通过旋转来观察比对两刃的长度是很难发现切削刃是否一致, 通过自己的总结有两方面比较直观来检查切削刃的长度: (1) 在同一位置分别用两切削刃来划线观察两线高低, 如果重合说明两切削刃长度相等。 (2) 用专用的角度样板来测量刀刃的长度, 最好是有刻度。通过这两种方法就能很直观解决初学者刃磨钻头时两切削刃不等的问题。
2 工件的划线
划线时工件涂上涂色剂, 按钻孔位置划线, 在孔中心位置打上样冲眼, 量出半径尺寸, 画圆, 对于较大的孔时应多画出几个大小不一的圆, 以便检查和借正钻孔位置。对于精度要求较高的孔时, 避免因样冲偏离中心时要画出几个大小不等的方格, 钻孔时来检查和借正钻孔位置。
3 打样冲眼
样冲一般是用45钢车削或磨削成40到60度的锥体然后淬火后才能使用, 如果手工磨制的样冲圆锥度误差大钻头定心精度低。打样冲眼时, 先打一个小点, 从四周观察冲点是否在十字线正中间, 确认后把冲点加大, 以便起钻时钻头定心准确。
4 试钻
试钻就是在钻孔之前对钻床速度和进给量的确定和钻头精度的检验, 包括钻孔的直径的精度孔壁的粗糙度等等的检验。
5 工件的装夹
装夹工件时, 工件和平口钳要擦拭干净, 工件夹紧后检验工件是否与钻床主轴垂直, 对于钻直径大于10毫米的孔, 平口钳一定要上紧固螺钉或者使用压板, 避免钻削时平口钳震动过大, 影响钻孔精度。
6 起钻
起钻时先用钻头在打样冲位置钻一个小坑, 观察钻心是否在孔的中心位置, 对于精度要求高的孔, 要用中心钻先钻定位, 然后再用麻花钻钻孔。
7 钻孔
钻孔位置定好后就开始加工了, 实习中以台式钻床为主, 都是手动进给因此进给量不要太大避免钻头变形影响钻孔精度, 钻小孔和深孔时要及时排屑, 一般钻孔深度达钻头直径的3倍时要及时退出排屑, 防止钻头折断, 并注意冷却润滑, 一般选用3%-5%的乳化液, 7%的硫化液。当孔快钻透时一定要减小进给量, 避免钻透时因用力过大钻头折断等事故的发生。
钳工专业论文高钻孔位置精度论文 篇2
浅谈提高钻孔位置精度的方法
摘要：钻孔是钳工专业一项重要基本操作技能之一，要求对学生进行系统的技能技巧训练，掌握加工要求较高的孔及孔系位置精度的方法。
关键词：钻孔方法 孔距精度 技能训练
俗话说“钳工怕眼（钻孔），车工怕杆（车细轴）”，由此可见，钻孔是钳工专业一项重要的又比较难掌握的基本操作技能之一。在实际批量生产中，加工位置精度要求较高的孔及孔系一般都采用工装夹具、钻模夹具等方法来加工以保证精度的。而在单件生产中，特别是在钳工应会考核和操作比赛中，是不可能采用钻模加工来保证钻孔位置精度的，只能通过划线、找正等其它一些方法来保证钻孔位置的精度。
下面介绍一下我在多年的钳工实习教学、培训和技能比武中用来提高钻孔精度、保证钻孔位置精度的几种方法。
一、保证提高划线精度的几种方法和注意事项
划线精度的高低是确保加工钻孔位置精度的一个重要前提，因此在划线时应做好以下几方面的工作，以提高划线精度：
（1）采用高度游标划线尺划出加工孔的加工位置线。用高度游标划线尺划线，首先应检查高度尺的示值误差是否在规定的精度误差范围内，以保证所划线条的尺寸准确；其次还应检查高度游标划线尺
的划线刃口是否锋利，以确保所划线条清晰均匀。
（2）保证工件划线基准面无毛刺和达到形位精度要求，保证划线平板的精度，保持平板工作表面无毛刺、灰尘、杂质等，以免影响划线精度。
（3）如果孔加工的位置尺寸在图纸上没有直接标注出来，则需要通过相关尺寸的换算才能得到。因此在尺寸换算时，必须保留小数点后三位数，保证尺寸换算的准确性，提高划线精度。
（4）正确使用样冲。样冲眼的作用是为钻孔或划圆弧起定心作用的，因此，对刃磨样冲的要求是非常高的，要求样冲头必须磨得圆而尖和有足够的硬度。在敲击样冲眼时，首先是轻轻敲打，然后从多个方向观察所敲击的样冲眼是否偏离孔的十字中心线的交点，判断无误后，再将样冲眼加大，以保证钻孔时标准麻花钻准确地定心。
（5）划出检查孔位置精度的“检查圆”和“检查框”。在孔加工时，可以根据工作实际需要选择这两种找正基准。钻孔划线完毕后，一般都要划出比需要加工孔的直径大的“检查圆”，作为钻孔时的找正基准。但是用划规划“检查圆”时容易产生误差，因此，可采用高度尺将孔的“检查圆”划成“检查框”，“检查框”的方格与孔的十字中心线的四个交点即为孔的找正基准点，这样可以保证钻孔的中心与样冲眼定位的中心重合，保证划线精度，也避免了划“检查园”的误差。
二、正确确定钻头的钻孔位置及纠正偏位误差的方法
钻孔前，首先要正确装夹麻花钻，保证麻花钻中心与钻床主轴中
心重合。钻孔时，将钻头对准孔的中心钻出一浅坑，然后根据“检查框”的位置，检查所钻浅坑的位置是否准确。当发现有偏位误差时，可在起钻的同时用力将工件向偏位的相反方向推移，消除偏位误差。这样的操作对于刚学的学生是有一定难度的，要不断地通过训练来掌握消除偏位误差的操作技能。确定钻头钻孔正确位置的方法有许多，这里介绍如何准确起钻和纠正偏位误差的方法。
首先要确定起钻时的起钻中心。起钻前，应该保证麻花钻的中心与钻加工孔的中心重合。但是，根据麻花钻和中心钻的结构，都存在一定长度的横刃，使麻花钻的中心与钻加工孔的中心不重合，加工后的孔容易产生偏位，不能达到较高的孔位置精度要求。因此，可利用定位锥来确定起钻时的钻孔中心，定位锥的形状如图1所示。定位锥的加工可以在外圆磨床上磨制完成，以保证圆锥与圆柱的同轴度，定位锥的材料要求有一定的硬度和耐磨性。
然后把定位锥夹在钻夹头上，保证定位锥的锥顶尖对准所钻孔的中心，并从几个方向观察和判断锥顶尖是否对准了孔的中心，在确定锥顶尖已经对准孔的中心后再把定位锥取下，装夹好规定尺寸的麻花钻钻孔。由于定位锥是用尖点来找正，所以相对所钻孔的中心来说，其定心的准确程度比麻花钻和中心钻定心效果都要准确。
其次是介绍纠正钻孔偏位误差的方法“掏孔法”。“掏孔法”是我们经常采用的纠正钻孔偏位误差的常用方法。具体操作是在钻加工尺寸相对比较大的孔时，先选择一个小尺寸的钻头钻底孔来确定孔的位
置，然后再选择合适孔径大小的钻头进行扩孔加工，保证钻孔精度要求。但是在钻底孔时，会产生孔位偏移现象，“掏孔法”就可以纠正孔位偏移。
“掏孔法”的具体操作方法是：选择合适的小尺寸钻头钻底孔，然后将工件从钻床钻孔夹具上取下来，通过检测确定孔位是否偏位。如果孔位出现偏位，则需要把工件夹持在台虎钳上，用什锦锉等工具把孔偏位的相反方向多出的部分掏修锉掉(如图2中所示的阴影部分)，加工成腰形孔, 再把工件夹到钻孔夹具上，用规定尺寸的麻花钻进行扩孔加工。由于掏修加工过的孔两边所剩下的加工余量基本相等，孔两边的切削阻力也基本相等，加工孔的中心可基本纠正，达到规定的要求，满足加工精度。
三、提高钻孔精度控制孔距的方法
加工零件或工件上要求钻加工两个或两个以上的孔并且有严格的孔距要求时，常采用的方法就是用“双芯棒”加工，保证孔距精度要求。如图3所示：
根据零件图纸要求，选择正确的划线找正方法，确定起钻时的起钻中心，钻铰好基准孔(可采用“掏孔法”来纠正基准孔的位置)，在基准孔内插入一根与之相配的标准芯棒，然后在钻夹头上也夹持同样一根标准芯棒，反复调整工件的加工位置，利用千分尺的测量数据，保证尺寸L1，并且符合L1= L+1／2（d1+d2）的尺寸要求，取下钻夹头上的芯棒，选择合适的麻花钻装上，钻加工第二个孔，保证加工的零
件、工件两孔之间的孔距精度要求。也可采用同样的方法加工孔系，保证孔系间的孔距精度要求。
以上是钳工实习教学中提高和保证工件钻孔精度以及孔系位置精度的重要方法之一。“教学有法，教无定法”。在教学中应通过各种有效手段，制订一套合理的、切实可行的教学方法和解决问题的方法，指导学生用所学知识触类旁通地解决各种实际问题，这是我们教师的职责所在。只有这样，我们才能在教学过程中及时发现问题，及时调整教学重点和难点，不断地改进教学方式方法，不断总结提高，以达到理想的教学效果。
参考文献
《浅谈生产实习教学的课堂化》 [J].实验实训，2005。
《钳工手册》机械工业部出版，1988。
浅谈钻孔加工精度的保证 篇3
关键词：钳工操作 钻孔 精度保证
孔加工技能是钳工操作中应用最广泛的技能之一。目前，机械设备的零件、部件、构件之间的连接许多是靠孔来保证的。招聘企业也特别要求学生的钻孔加工技能。因此，学校也很重视对学生孔加工技能的培养。
孔加工精度包括尺寸精度、位置精度和表面粗糙度。加工精度实质是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状、位置）与理想几何参数的符合程度。尺寸精度是指加工表面的尺寸孔径到基面的精度；几何形状精度是指加工表面的宏观几何形状的精度；相对位置精度是指加工表面孔与其他表面的相对位置（平行度、垂直度）的精度。
笔者结合教学实践，阐述如何保证钻孔的精度。
一、钻头的刃磨是前提
准确刃磨出钻头的几何形状和角度是钻孔的前提。熟练掌握钻头的刃磨方法是学生掌握钻孔技能的基础。
1.了解钻头
学生在刃磨钻头时，要了解钻头的结构、切削角度。俗话说：“磨刀不误砍柴工。”要磨出一支理想的钻头，就要正确理解和判断钻头上的形状和切削角度。标准麻花钻上的切削角度比较复杂，也较难理解，兼之有些学生空间思维概念比较差。针对这种情况，笔者在教学中使用大量图片，再对照实物模型反复讲解，通过制作的角度校验样板供学生观察使用，反复训练学生目测判断角度的能力，如120?、60?、55?等定角度。学生在充分理解和掌握钻头切削角度并有一定判断能力的基础上，再进行刃磨练习。
2.掌握刃磨要领
钻头刃磨时的操作要领很多，老师要反复讲解和示范。笔者将刃磨方法编成口诀，以便学生理解和掌握。例如主切削刃的刃磨口诀：“钻刃摆平轮心靠，钻轴与轮成60°，由刃向背磨后面，上下摆动别翘尾。”刃磨时，要反复检查，保证钻头的顶角、后角、横刃斜角准确，两切削刃长度相等且与钻头中心对称，两主后刀面光滑。通过试钻来检验钻头的刃磨质量，经过反复试钻、修磨直至达到要求。
二、充分准备是基础
1.画线应精确
首先尺寸要准确，用高度尺准确画出孔位置的十字中心线；其次线条要清晰。划出“检查圆”或“检查框”，便于钻孔时检查和找正钻孔位置。认真打样冲眼，先轻轻敲打，然后从多个方向仔细观察，确认无偏差后把样冲眼冲大冲圆。若打偏了，及时采用补救措施。
2.装夹要正确
学生在实习操作中，没有专门的钻夹具。通常，夹具的选择与钻孔的直径有关，直径小于φ6mm的孔，如果精度要求不高，可用手钳夹紧；直径在φ6～10mm的孔，可用平口钳装夹；直径大于φ10mm的，采用压板夹紧的方式，圆柱形的工件用V型铁进行装夹。但无论哪种方式，都应使工件表面与钻床主轴垂直。
采用压板夹紧时要注意以下几点：压板厚度要适中，防止压板弯曲影响压紧力；垫板稍高于工件压紧表面，压板螺栓尽量靠近工件；保护好工件已加工表面，防止压出印痕。
3.切削用量要合理
钻孔切削用量包括切削速度、进给量、切削深度。对于孔的粗糙度，进给量比切削速度的影响大。对于钻头寿命，切削速度比进给量的影响大。钻孔时切削用量的选择原则是在允许范围内，尽量先选择较大的进给量，当受到表面粗糙度和钻头刚度的限制时，再考虑较大的切削速度。在钻高精度孔时，在允许的情况下，应选小的进给量和切削速度。
三、中心定位是关键
第一，正确装夹钻头，保证钻头轴线与钻床主轴轴线重合。
第二，用定位锥确定起钻中心。定位锥是用顶点来找正，比中心钻定位更准确。
第三，用小孔保证孔的位置，钻孔时先用φ3mm左右的钻头钻出底孔，再用合适的钻头扩孔，保证钻孔精度要求。如果把底孔钻偏了，可用“掏孔法”纠正，用什锦锉将孔偏位的相反方向修锉掉，锉削量是偏位的两倍，并把孔尽量修圆，最后用合适的钻头进行扩孔加工，达到加工精度要求。
四、孔距控制有方法
通过以上操作，单个孔的精度基本可以保证；如果工件上有两个或两个以上的孔，并且对孔距有严格要求，可以采用“双芯棒”加工，保证孔距精度要求。操作步骤如下：钻铰好基准孔，在基准孔内插入一根与之相配的标注芯棒，然后在钻头上也夹持同样一根标准芯棒，反复调整工件的加工位置，利用千分尺的测量数据，保证尺寸要求；取下钻夹头上的芯棒，选择合适的钻头装上，钻第二个孔，保证加工工件两孔孔距的精度要求。
如果学生在实习训练中，认真做好以上几点，反复练习，钻孔精度一定能提高。
参考文献：
[1]钳工工艺学.劳动部教材办公室组织[M].北京：中国劳动出版社，1996.
[2]钳工基本操作技能训练[M].北京：国防工业出版社，2006.
提高钻孔位置精度的方法 篇4
关键词：钻孔,位置,观察器具
0 引言
在钻床上加工孔, 既可以使用钻模, 也可以不用钻模。在用钻模对工件孔进行加工时, 由于麻花钻头得到了钻模上导向元件的引导, 因此所加工孔的位置精度容易得到保证。但在单件小批量钻孔操作中, 由于不使用钻模, 麻花钻头没有导向元件来引导, 因此, 麻花钻头的位置就变得不容易调整了。在实际工作中, 操作者往往只能根据加工孔所在的样冲眼位置来调整麻花钻头的位置。然而, 由于麻花钻头的横刃的存在, 同时操作者的观察易歪斜, 这使得麻花钻头的轴线与样冲眼位置并不能很好重合, 麻花钻头越大, 这种情形越突出, 最终导致工件孔位置偏离。为此, 操作者往往采取了很多方法来调整机床位置以提高钻孔的位置精度, 如划检验方格或检验圆, 试钻纠偏, 装夹中心钻打定位坑、利用定位锥确定起钻位置, 以及依靠操作经验来调整机床等。但是, 这些措施既费时费事、又效率低下。例如, 利用定位锥来确定起钻位置, 它是先将一定位锥装夹在钻夹头上, 调整机床, 使定位锥尖尽量对准样冲眼中心, 然后固定机床, 把定位锥取下, 再换上相应的麻花钻头钻孔。这在单件生产中是可行的, 效果尚可, 但在加工小批量工件时, 已显得比较麻烦。如图1, 在加工时, 对每一工件上的孔, 为了较为准确调整麻花钻头的位置, 操作者都要先卸下麻花钻头, 再换上定位锥, 机床位置调整好后, 如图1, 再换成麻花钻头钻孔, 不断重复这样的步骤, 造成操作者劳动强度大、工作效率低的问题。同时, 由于较长时间的仔细观察、调整, 很容易产生偏差错误。而应用加工孔位置的观察器具, 可以方便准确地调整机床, 从而在保证加工孔位置精度的同时降低了操作者劳动强度, 提高了生产效率。
1 加工孔位置观察器组成与原理
观察器的由镜筒 (内含物镜、目镜) 、调焦旋钮、支架等组成。其原理是通过光学透镜成像来观察加工孔的位置, 并由此调整机床, 避免用眼直接观察不准确所造成的加工孔位置偏差, 如图2、图3。
2 加工孔位置观察器的调整与应用
2.1 观察器调整
1) 将划好孔位置线的工件装夹固定好。
2) 为安装麻花钻头, 需调整机床主轴高度, 使钻夹头距离工件的高度约为一个麻花钻头长度。
3) 在钻夹头上装好定位锥。
4) 调整机床, 使定位锥对准加工孔位置线。
5) 固定机床, 取下定位锥。
2.2 应用
1) 将麻花钻头装夹在钻夹头上后即可对工件上的孔进行加工。
2) 对于下一个工件, 待工件装好后, 松开并调整机床, 使加工孔位置线再次映像在观察屏幕的十字线上时即可钻孔。
3) 如果工件上有多个在同一平面上的孔, 只需要第一个孔加工完后, 再按前面方法调整机床即可。
3 结语
通过孔位置观察器的应用, 可以提高孔的位置精度, 缩短机床调整时间, 减轻操作者劳动强度, 在小批量生产中可获得较好的加工效果。但不适合用于工件上有多个不在同一平面上的孔, 其主要原因是, 受机床结构限制, 观察器不能装在加工孔的正上方, 只能斜装, 这样就使得观察不同平面上的加工孔位置时偏差较大, 不适合机床调整定位用。
参考文献
[1]童永华, 冯忠伟.钳工技能实训[M].北京:北京理工大学工业出版社, 2009.
[2]吴国华.金属切削机床[M].北京:机械工业出版社, 2008.
工件斜面上钻孔精度的分析研究 篇5
孔加工是机械加工中最为普遍的加工形式之一,随着机械行业的迅猛发展、新型材料的出现以及精密制造的需要,越来越多的零部件需要在倾斜工作面上直接完成钻孔,但在工件斜面上钻孔与在平面上钻孔相比,有4个主要问题:1)加工初期条件差,钻头开始接触工件时,作用在钻头切削刃上的径向力把钻头推向一边,致使钻头偏斜、滑移而钻不进工件;2)钻孔中心容易滑离既定位置,钻出的孔相对位置精度较低;3)孔口经常会被钻烂,破坏孔端面的平整;4)钻头容易崩刃或折损。
针对以上的技术难题,目前在工件斜面上钻孔的主要方法有:1)先将钻头回转中心与工件钻孔中心校正,然后在不改变工件位置的前提下,用校冲在钻孔中心再打一个较大的中心眼,或在钻孔位置用錾子凿出一个定心窝,使钻头在切削刃不受倾斜面的影响而滑离既定位置,最后钻孔;2)先将工件钻孔端面置于水平位置装夹,在钻孔位置的中心钻出一个浅窝,再把上述端面装夹倾斜一些,将浅窝钻深形成一个过渡孔,然后将工件装夹至钻孔要求位置,正式钻孔;3)先校正工件需钻孔中心和钻头的相对位置,固定后不动,然后用中心钻先在孔中心钻一个中心孔,中心钻的柄部直径较大,钻心的直径虽小,但很短,故刚性比较好,不容易弯曲,可保持中心孔不会偏离既定位置,再用立铣刀或直柄槽铣刀加工出一个小平台(铣刀直径等于或稍大于孔径),最后再用钻头钻孔。
以上这些斜面钻孔的方法能够保证孔的精度,但效率较低,尤其对企业来说,在孔加工精度要求不太高的条件下成本较高。通过不同条件的钻削实验,研究直接在斜面上钻孔的精度及其影响因素,并作为能否满足生产实际需求的参考,将会对实际生产起到提高效率、降低成本、减少次品和避免浪费等作用。
1 在斜面上钻孔的机理分析
根据已有的在平面上和斜面上钻削时水平方向(x轴和y轴)的受力图谱分析[1],在斜面钻孔初期x, y方向受力较平面上大,随着钻头主切削刃进入工件的长度增加,平面钻削与斜面钻削时的水平受力又趋于一致。
与平面钻削不同,在斜面上钻削初期,钻头主要受到以下的力:横刃上的切削力、主切削刃上的切削力、刀具四周与内孔的摩擦力和切削排除时造成的摩擦力。在钻头的横刃和两主切削刃的共同作用下,产生切向分力FP、轴向分力FQ和径向分力FR。x, y水平方向受力较大,说明切向合力FP和径向合力FR不为零。由于横刃主要产生轴向分力FQ,所以当横刃全部接触工件后,在刀具对称性很好的状态下,平面钻削时径向分力和切向分力相互抵消为零,对斜面工件和平面工件的作用相同,因此,钻削初期受力的差异,主要来自径向分力和切向分力。不为零的径向合力和切向合力是造成x, y方向孔心偏移的主要原因。因此,在斜面钻削初期,轴向力、径向力和切向力的共同作用,使得钻头有偏离理想位置的趋势。
根据钻头钻削时对主切削刃的受力分析,得出[1]:
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其中:
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从上两式可以知道,径向分力和切向分力的变化均来自于两主切削刃与工件实际接触刃长l1和l2的变化,当两切削刃对称时,在平面上钻削或钻头主切削刃全部进入倾斜工件时,l1=l2,FR=0,此时只有恒定的切向力。
两主切削刃与工件的实际接触长度为l1, l2,当工件用平行平面P1和P2截断时,l1, l2与锥体母线相应部分相等,当P1和P2形成α夹角时,l1, l2可由如图1所示的锥体母线求得。
通过简化钻头主切削刃的模型,得到两主切削刃与倾斜工件的接触刃长l1, l2为:
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其中:θ——钻头旋转时xy平面内主切削刃旋角(与y轴夹角);
s ——z方向每转进给量,mm;
ka ——刀刃先端半角(即半顶角Φ);
w ——刀具心厚的投影值w′·cosψ, mm;
α ——斜面倾角;
ks ——切削抵抗比。
因此,钻头在斜面上钻削时受到不平衡的径向力FR和切向力FP作用,引起孔心偏斜,所以孔心偏移量δ与FR和FP有关,而FR和FP又随着钻头主切削刃与工件接触长度的变化而变化,直至钻头主切削刃全部进入工件,此时只存在轴向力和切向力,而径向力FR=0。由于这个偏移量δ的存在,使得钻头在继续钻削过程中,孔心的偏移量继续增大。
2 孔的精度分析及其影响因素
本实验考虑不同的倾斜角度、钻头直径以及工件材料等3个因素,分析孔的入出口孔心偏移量、入出口圆度、入出口孔径及其变化规律。
在相同的轴向力作用下,随着倾斜角度的增大,入出口的孔心偏移量均增大,相同直径钻头钻削不同工件材料时,#45钢因硬度较高、进给速度小而使得入口孔心偏移量比铝大;不同直径的钻头钻削同一工件时,直径大的钻头由于抗弯刚度大而使得入口孔心偏移量小。这种孔心位置偏移的趋势一直保持到工件的出口位置。图2是在不同倾斜角度下分别用d5mm和d7.2mm的钻头钻削#45钢的x方向孔心偏移量。从图中可以看出,d5mm和d7.2mm的钻头钻削#45钢,在倾斜角度较小时(5°),入口处孔心偏移量较小;随着倾斜角度的增大(10°),孔心偏移量也增大,但用小钻头钻的孔心偏移量变化趋势比大钻头大;当倾斜角度增大到15°时,小孔的孔心偏移量急剧增加,而大孔的孔心偏移量变化趋势一直保持平稳的增势。出口处的孔心偏移量随着入口处孔心偏移量的增大而增大,其增大趋势比入口处大。因此,大孔的孔心偏移量在同样的实验条件下比小孔的孔心偏移量小,且变化趋势基本保持直线变化。同时,从图中还可以知道,小孔孔心偏移量的测量数据分布范围比大孔的大,出口处孔心偏移量的测量数据分布范围比入口处大,这说明尤其是在较大倾斜角度下小直径钻头在工件斜面上定位的随机性很大,入口处孔心位置的随机性对出口处孔心位置的影响很大。
在硬铝上孔的偏移量因工件材质与#45钢不同而有所差异,但变化的趋势类似。
工件倾斜角度增大,孔的入口圆度误差急剧增大。由于铝在高温下具有很大的粘滞性,粘在孔壁上的铝屑使得圆度误差变大;不同直径的钻头在倾斜角度较小时,由于测量方法的原因,直径大的钻头圆度误差大些,而当倾斜角度较大时,其抗弯刚度差异对圆度误差起主要作用,直径小的钻头因抗弯刚度小而使得圆度误差大。随着钻削的深入,孔的形状趋于规则,孔的截面圆圆度误差减小,在出口处圆度误差最小,且在各种钻削条件下圆度误差随倾斜角度的增大变化不大(图3)。图中#45钢入口处小孔的圆度误差在倾斜角度较小时(约小于6°)比大孔的圆度误差小,而后小孔的圆度误差随倾斜角度的增大而急剧增大,在相同条件下其圆度误差以及变化趋势均大于大孔的圆度误差;硬铝工件入口处孔的圆度误差随着倾斜角度的增大而增大,且在相同的倾斜角度下大孔的圆度误差始终大于小孔的圆度误差。出口处由于孔的截面圆形状在各倾斜角度下均比较规则,故圆度误差都比较小,但由于铝在高温下的粘性特征,相比之下,大直径铝孔在较高的倾斜角度下出口处的圆度误差稍大。
钻削过程中产生的热量使工件发热,当工件冷却到室温时,由于硬铝比#45钢材料的收缩率大,所以硬铝的孔径比#45钢大,但硬铝因硬度较小,随着倾斜角度的增大,入口孔形状比同条件下的#45钢较规则,所以#45钢在入口处的孔径变化趋势比硬铝大;直径小的钻头因抗弯刚度小而比直径大的钻头对孔径变化的影响大,因此,用d5mm钻头钻削#45钢时,其孔径大小的变化率最大。在工件的出口处,孔径大小的区别只由工件材料的固态收缩率起主要作用,倾斜角度的变化对其影响很小。不同切削条件下的孔径大小如图4所示,很明显入口处大孔径的变化率比小孔径的变化率小,倾斜角度在5°～10°范围内变化时,铝的孔径比#45钢的孔径大,但用d7.2mm钻头钻的两个孔的孔径相差较大,而用d5mm钻头钻的两个孔的孔径相差无几,且随着角度的增大,越来越接近;当倾斜角度在10°～15°范围内变化时,#45钢的孔径增大很快,且用d5mm钻头钻的#45钢的孔径已超过铝孔径。出口处的孔径变化均比较平缓,但工件硬铝上的孔径始终比#45钢的孔径大一些。
3 孔的品质分析
根据实验结果,孔的入口品质比出口品质差,孔的入口主要由于倾斜角度的存在产生不平衡的径向力和切向力,使钻头在钻削初期不易定位而产生振动、滑移,并且由于钻头的弯曲变形,使得钻头的轴心线偏离理想位置,故造成孔的入口形状较差;倾斜角度越大、钻头直径越小,工件材料的硬度越高,孔心位置的随机性就越大,入口孔的品质也越差。如图5是#45钢和硬铝表面孔的入出口处形状,在倾斜角度15°时,孔的入口形状已很不规则,孔口边缘卷边和缺口现象严重,尤其是用d5mm钻头钻削#45钢时,孔的形状和位置都有很大的随机性,其位置的随机性影响到出口孔的位置;孔的出口处虽有一些毛刺,但孔口的形状比较规则,与平面钻削时的出口孔品质接近,且受倾斜角度、钻头直径以及工件材料的影响不大。
参考文献
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提高SH78深孔钻床的钻孔精度 篇6
因开发SH78Z自主品牌变速器的需要, 公司设计制造了轴类零件的钻深孔专机 (S H 7 8钻深孔专机) , 以满足其输入轴 (S H 7 8 Z-1 7 0 1111) 和输出轴 (SH78Z-1701211) 的钻深孔 (盲孔) 工序。加工孔径为Φ16±0.2mm。SH78钻深孔专机的机械布置如图1。
该机床采用两工位加工方式同时加工2个零件, 提高了生产效率。床身右边安装数控伺服滑台, 滑台上固定2个联体动力头, 动力头主轴由变频电机经多楔带传动。附设主轴转速检测功能。滑台前方安装了排屑箱, 其上固定了用于定心夹紧工件的锥度套, 中间安装了钻套。床身左侧安装液压顶紧尾架。设备的加工范围为, 钻孔最大孔径Φ20mm, 钻孔最深300 mm, 最大夹持工件长度500 mm。
之前公司已开发FORD传动轴钻深孔专机, 因此在机床的总体结构、主轴结构、传动方式和排屑方式等方面基本类似。但在前次设计中仍然存在钻孔范围窄、钻深小、枪钻使用寿命低和钻孔的偏摆误差偏大等缺陷, 为此本次设计对影响加工孔精度的关键部件钻套和导架做了改进, 同时优化了切削参数, 获得了比较好的孔加工精度。
2 影响孔加工精度的因素分析
2.1 钻杆的摆幅
深孔钻床的钻杆比较细长, 必须用钻杆支架来保证孔的加工精度;钻杆导向架和床头箱 (排屑箱) 的相互位置也影响孔的加工精度。因此, 仅找好机床各部件的几何精度是不够的, 这只是第一步, 还需要完善下面的相关环节, 才能达到高精度孔的加工。
从图2、图3可知, 只要钻头始终处于理论位置, 钻杆的摆幅小, 加工出的孔就越直。加工时钻杆处于同时旋转和进给状态, 钻杆的偏心受轴向作用力和回转的离心力两个因素制约。
在钻孔的过程中, 钻杆受压而不是受拉, 所以细长杆必弯;钻杆旋转, 受到离心力的作用, 所以有摆幅。钻杆实际切削加工中的形状如图4。
由图4看出, L1、L2、L3越大, δ1、δ2、δ3就越大。按照数学对称性原理可知
所以δ1=δ3 (L1/L2) , δ3=δ4 (L2/L3)
显然, 当L1、L2一定时, δ3越大, δ1就越大;当L2>L3时, δ3>δ4。
对于一个钻杆支架来说, 钻杆支架不是位于导向架和钻杆箱的中间位置而是位于靠近导向架为好, 这样δ1小, 钻头的倾斜就越小, 钻出的孔偏心就越小。δ3小了而δ4大了, δ1不大, 这里有一个传递顺序和衰减次数的关系。由图4可知, δ4经过δ3、δ2到δ1, 是2次衰减;δ3经过δ2到δ1的, 是1次衰减, 所以δ4大了δ1却不大。同理可推, 对于若干个钻杆支架来说, 它们的间距不是处于相等为好, 而是从导向架向后间距逐渐放大为好。
2.2 切削力变化对钻削稳定性的影响影响
钻削稳定性的因素很多, 追根究底是由切削力变化而产生的。
用Φ16mm枪钻钻削SH78输出轴, 切削扭矩变化如图5, 可分为4个阶段。
(1) 在钻套引导下, 切削刃切入工件, 切削扭矩迅速增大。这时, 切削力使枪钻头上的导向部分紧贴导向套孔壁, 起导向作用, 如OA段。
(2) 钻头切削刃切入工件后, 切削扭矩达到最大。钻头导向部分仍然停留在钻套内, 这时扭矩不会发生明显变化, 如AB段, 这段距离亦称为导向块滞后量。
(3) 钻头导向部分进入工件后, 与孔壁发生摩擦、挤压。这时扭矩会突然增大, 随着导向部分全部进入, 钻头定心作用加强, 钻削趋于平稳, 扭矩逐渐地减小, 如BC段。
(4) 钻头在已加工表面上稳定导向, 切削扭矩没有明显的波动, 进入稳定钻削阶段, 如CD段。
由此可知, 钻头的入钻使切削扭矩骤然产生, 其变化幅度之大, 足以影响工件加工质量和钻头耐用度, 是钻削稳定性的主要影响因素。
2.3 钻套与钻头配合间隙对钻孔精度的影响
为了正确引导钻头入钻, 批量生产时通常采用钻套导向的方法。入钻误差由钻头与钻套之间的间隙造成, 并随轴向力的增大而加大。钻套与钻头的配合间隙对入钻误差的影响如图6。在钻削开始时, 径向力将钻头导向部分压向钻套孔壁, 由于两者之间有间隙, 钻头中心相对工件回转中心发生偏移 (如图6a) , 这时钻出的孔径小于钻头直径。当导向部分开始进入已加工孔时, 在直径略小的孔壁作用下, 将外刃向外挤, 使钻头中心相对工件回转中心向相反方向偏移 (如图6 b) , 使孔径扩大, 并且与钻套孔壁挤压摩擦, 使钻削扭矩迅速增大, 这一过程与图5中BC段相对应。往往此时钻头突然发生抖动, 钻头容易发生破损。随着导向部分逐渐进入, 定心作用加强, 加工孔径也趋于稳定 (如图6c) 。这样在工件入口处产生一个喇叭口, 大端尺寸约等于钻套的内径, 长度约等于导向部分长度。间隙越大, 喇叭口也越大, 入钻容易钻偏, 钻削过程振动剧烈;间隙过小, 容易发生夹钻, 造成刀具破损。由此可见, 钻套与钻头的间隙也是钻削稳定性的主要影响因素之一。
轴向力将会加大入钻时的误差, 影响钻削稳定性。根据材料力学理论, 以纵横弯曲简支梁的力学模型对深孔钻削入钻过程进行研究。在建立力学方程后, 可推导出轴向力对钻头作用时钻杆挠度转角的放大系数X (u) , 该系数越大, 挠度转角也越大, 即
式中, L为钻杆长度;Fx为轴向力;E为弹性模量;I为惯性矩。
式中E、I为常量, X (u) 只与钻杆长度L和轴向力Fx有关, L、Fx增大, X (u) 相应增大。在入钻时, 轴向力Fx从零增加到最大, 放大系数X (u) 也不断增加, 钻杆挠度转角亦不断地被放大, 当切削刃全部切入时, 转角达到最大。由于钻头与钻套之间有间隙, 钻头相对于工件端面发生倾斜, 这就相当于在斜面上钻孔 (如图6d) , 入钻发生偏斜, 钻头与钻杆绕着工件回转中心转动, 产生周期振动, 容易使钻头破损, 使工件表面产生螺旋沟槽, 并随着钻孔深度的增加而加大。
3 实际应用
根据上述分析, 对原FORD深孔钻床的排屑箱做了改进, 如图7。
在改进后的排屑箱中增加了导向架组件和钻杆支架组件, 并将钻杆支架组件尽量靠近导向架, 同时将原钻头与钻套的配合间隙从H7/g6改为H6/h5, 减小钻头的倾斜量, 从而减小钻孔的偏心。在切削参数和钻深相同的情况下, SH78深孔钻床钻出的孔的同心度为0.12 mm/150mm, 比FORD深孔钻床提高了近20%。
钻孔精度 篇7
郑州黄河公铁两用桥为京广铁路客运专线及河南省规划的中原黄河公路大桥跨越黄河的共用桥梁, 是京广客运专线的重要组成部分。该桥铁路客运专线设计时速350km, 无碴轨道对线路平顺性要求较高, 基础沉降控制要求严格。桥址地处黄河主河槽和黄河滩地, 是整个客运专线工程中地质条件最复杂、基础施工难度最大的区段之一。桥址区场地土岩性以第四系河流相粉、细、中砂为主, 地层中夹粉质粘土、粉土, 软土不发育, 地下水量丰富, 地质条件复杂。
大桥主桥和引桥均采用摩擦型钻孔灌注桩群桩基础, 最大桩径2.0m, 桩长95m, 钻孔桩施工采用泥浆护壁、大扭矩旋转钻机成孔、垂直导管法灌注水下混凝土的成孔工艺进行施工, 施工困难较大, 易出现塌孔、斜孔等问题, 施工质量不易控制。对钻孔灌注桩的质量控制国内有很多的论述, 文献[1]介绍了钻孔灌注桩施工过程中成孔定位、泥浆护壁、成孔深度控制、清孔、钢筋笼吊放以及灌注混凝土等施工技术, 并对断桩和桩身夹泥等病害进行了处理;文献[2]从埋置护筒、泥浆质量控制、沉渣厚度控制、混凝土工程的控制几个方面分析了如何确保桩的工程质量;文献[3]对钻孔质量检测中的孔位检测、孔径检测、孔深检测三个主要质量指标予以了分析;文献[4]分析了灌注桩钻孔施工以及清孔时的注意事项, 并介绍了成孔后各项质量指标的检测方法。综上可以看出, 大部分的论述都集中在提高成孔质量的施工工艺上, 对如何提高钻孔桩的成孔质量检测精度却鲜有涉及。本文结合郑州黄河公铁两用桥钻孔桩成孔质量检测的工程实例, 介绍了成孔质量检测设备和方法, 并对施工中影响成孔质量检测精度的因素和所采取的相应措施进行了分析, 从而提出一些提高钻孔桩成孔质量检测精度的经验性意见。
1成孔质量检测设备和方法
1.1检测设备
常用的成孔质量检测方法是下探孔器进行检测, 常用探孔器 (如图1所示) 是按照钻孔桩直径加工的钢筋笼, 通过探孔器进行检测时, 只能反映桩的深度和整体倾斜度, 对于桩的扩孔现象探测不出来, 同时也无法反映孔径曲线, 对于现场水封混凝土, 砍球以及控制导管埋深等指导意义不大。
郑州黄河公铁两用桥钻孔桩成孔质量检测采用高精度的JJC—1D灌注桩检测系统 (如图2所示) 进行施工, 该检测仪器由上位机、下位机、井下仪器、电动绞车、井口架及光电脉冲发生器等组成。
1.2 检测方法及原理
1.2.1 垂直度测量
采用JJM—1型高精度数字测斜仪, 传感器采用液体摆, 稳定可靠, 可将数字信号直接上传至计算机。垂直度测量示意图如图3所示。为满足大直径的垂直度检测, 根据设计孔径和设计孔深两个指标来选择扶正圈。测量时采用点测, 每10m采一次样, 测量结束后计算机自动计算出偏心距、垂直度。
1.2.2 深度及孔径测量
孔径测量采用接触式方法测量, 利用四条测量腿紧贴井壁, 将两个正交方向上孔径变化的平均值反映出来。测量腿由弹簧支撑着, 下放时测量腿置于开腿盘中被束缚住, 到了孔底, 抖动一下电缆, 利用泥浆的反力将开腿盘拉下, 测量腿在弹簧的作用下弹开直至井壁, 测量腿随电缆提升而沿井壁作向上运动, 孔壁直径的变化带动测量腿倾角的变化, 其变化由传感器变成电信号, 电缆每移动2.5 cm下位机作一次采样, 通过串口送上位机处理。
滑轮装在由二条铝合金槽钢组成的井口支架上, 电缆每移动一米, 滑轮应转动三圈。滑轮上装的光电脉冲发生器随着滑轮一起转动, 并产生3600个深度脉冲信号传送到微处理器作采样脉冲, 同时通过串行接口到上位机作深度显示。孔径孔深测量示意图如图4所示。
1.2.3 沉渣测量
沉渣探管下到孔底后, 将绞车减速箱与齿轮脱开, 用手摇柄绞上2～3 m, 然后松手让探管自由下落, 穿过沉渣层抵达原土层, 将松弛的电缆收紧, 作好测量准备, 缓慢地用手柄绞电缆, 提速每分钟约1 m, 采样间隔2.5 mm, 在探头通过沉渣界面时, 电场会发生畸变, 沉渣曲线会跳变, 根据跳变曲线的拐点估算出沉渣厚度。沉渣测量示意图如图5所示。
2 施工中影响成孔质量检测精度的因素及措施
2.1 垂直度测量不准确
现场施工中影响垂直度测量精度的原因主要有:
(1) 扶正圈选择错误:没有根据要求选用合适的扶正圈导致测量数据不准确, 达不到1/100的精度要求;
(2) 仪器操作时没有及时修正扶正圈数值;
(3) 通用密封接头进水;
(4) 由于时间因素现场人员拉大垂直度测量间距。
针对以上原因采取的技术措施是:
(1) 准确计算扶正圈直径并及时修正。根据设计孔径和设计孔深两个指标来选择扶正圈。依据公式ϕ≥D-H/50 进行扶正圈计算 (式中:Φ—仪器外径;D—被测孔设计孔径;H—被测孔设计孔深) 。
郑黄桥钻孔桩桩径分1.5 m和2.0 m两种, 桩长为67 m和95 m, 计算所需的仪器外径为160—300 mm之间, 根据仪器配备选择为Φ420 mm的扶正圈。
测量仪器默认的是Φ200 mm的扶正圈, 实际测量中, 易出现忘记修改该值的行为, 在测量垂直度时必须专人对输入的扶正圈修正数值进行复核, 确认数值正确后再开始进行测量。
(2) 定期检查通用密封接头。施工环境比较恶劣, 仪器长期浸泡在碱性泥浆中, 通用密封接头容易损坏影响测量精度, 需要定期进行检查和保养。现场每两周或测孔超过20个后集中进行检查和保养。
(3) 严格执行操作规程。测量时采用点测, 每10 m采一次样, 测量后复核垂直度量测点数, 少于需要测点数5%的重新测量。测量前一定要先确认档位在“测斜”位置, 才能接通电源, 如果档位在“沉渣”位置接通电源, 此时沉渣的高压电源将会严重损坏测斜仪电路。
(4) 垂直度测量孔口校零。一般应先将探管下到10 m处再提升到5 m处, 这样做仪器会很快稳定下来, 保持垂直状态。当地下水位较低时, 起始测量深度应在水位以下。
2.2 孔深与孔径测量误差较大
在实际操作中, 测量孔深时常因为深度起算面选择不当而造成深度测量精度不够;在孔径测量中, 常因为抖动电缆的时机和力度把握不好而造成测量返工。针对上述问题所采取的主要措施有:
(1) 测量前, 依据护筒顶标高、翻板顶标高和设计桩顶标高准确计算起算点位置, 并进行标定;
(2) 在使用仪器测量后, 用传统测孔深的测绳进行测量结果的复核;
(3) 在孔深测量过程中, 避免下降仪器的突然停止, 以防止测腿张开。孔深测量到位后进行提电缆操作时应注意动作要领, 电缆提升的动作要猛提轻放, 一气呵成, 确保测腿全部张开, 保证孔径测量的精度。
2.3 沉渣测量精度不高
在沉渣测量中, 通过跳变曲线的拐点估算出沉渣厚度, 由于每个人对沉渣曲线拐点的选取不同, 造成估算出的沉渣厚度各不相同。客运专线对于基础沉降的要求比较严格, 这种沉渣测量方法影响了沉渣厚度测量的精度。针对这个问题主要采取以下措施:
(1) 使用沉渣探头量测前, 用测绳配合进行复核;
(2) 采取多人电脑数值读取分别进行计算的方法保证测量精度, 不同的人取值, 取最不利的值作为沉渣厚度值, 以达到沉渣厚度满足规范要求的目标;
(3) 在测量开关打开前将沉渣测定仪井下仪器下井, 并保证微电极系部分浸在水中;
(4) 微机检测仪“测量转换”开关选择“沉渣”档位, 然后打开电源 (注意应先换档再通电, 以免损坏换档开关) 。
2.4 忽视仪器的标定和保养
在钻孔桩成孔质量检测施工过程中发现, 每隔一段时间后检测出的孔径整体偏大或整体偏小, 这说明仪器在使用过程中, 精度降低, 需要进行标定。
(1) 在测量仪器下水前, 通过测量已知护筒的直径和仪器显示的测量直径进行比较。输入已知直径, 仪器根据测量的数据自动生成系统误差调整系数, 以提高仪器的测量精确度;
(2) 定期使用标定仪器对井径仪进行标定, 掌握仪器的工作状况, 提高测量孔径和孔深的精度, 对于标定中发现的不精确问题, 通过修正系数加以修订。
仪器长期在泥浆中浸泡, 在使用的过程中, 不可避免的受到碰撞和磨损, 对仪器的定期保养对于提高仪器的检测精度有着十分重要的作用, 常用保养措施有:
(1) 潮湿天气或雨天工作后, 用电吹风把微机检测仪内部的湿气吹干, 保证仪器内部的绝缘处于良好状态;
(2) 确保笔记本电脑应在背光、通风的环境下使用, 避免阳光直射;
(3) 阴雨天时及时撑起雨伞防止雨水淋到绞车开关处;
(4) 在每一项指标测量完毕后, 及时将仪器表面的擦拭、清洗干净;
(5) 仪器在运输过程中, 派专人负责仪器避免仪器的剧烈震动, 现场测量时轻拿轻放, 小心挪动, 避免损伤易损元件。
3 结束语
易坍塌地层的钻孔桩施工质量控制主要是过程控制, 虽然采用先进的电子仪器可以更加精确地检测成孔质量, 为钻孔桩的混凝土灌注施工提供精确指导, 但钻孔灌注桩的整个施工过程属于隐蔽工程项目, 质量检查困难。要保证钻孔桩施工质量关键还在于人的因素, 必须要强调现场管理人员的责任心和质量意识, 通过不断进行培训和交底提高施工人员的技能水平, 对桩基施工的各个环节进行精心组织以确保施工质量。本文结合郑州黄河公铁两用桥钻孔桩成孔质量检测的工程实例, 提出了提高钻孔桩成孔质量检测精度的经验性意见, 为以后该类地质的钻孔桩施工具有一定的指导意义。
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