提高钻孔精度的小窍门

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摘要：在钻削加工的实操训练中，应对教学设备和学生技能基础的实际情况认真分析研究，并在找正孔的中心位置、保证工件被加工表面与钻床主轴轴线垂直度及提高麻花钻刃磨质量等方面寻找窍门，给学生掌握钻孔工艺和提高操作技能水平引路。
　　关键词：钻孔；精度；窍门

　　俗话说：“车工怕车细长轴，钳工怕钻孔。”这句话说明在孔的加工方面保证精度是一件不容易的事。在孔的加工过程中最容易造成精度误差的因素通常有孔中心偏移、孔的轴线不垂直于工件基准面和钻出孔的孔径有误差。孔中心的偏移通常是因为孔的中心位置不正确引起的；孔的轴线不垂直基准面通常是在装夹工件时被加工表面与钻床主轴轴线不垂直造成的；孔径的误差则多数是由麻花钻刃磨不好、切削刃长度不等和角度偏差引起的。如何找正孔的中心位置？如何保证工件被加工表面与钻床主轴轴线的垂直度？如何刃磨好麻花钻？……对一个在校生来说，这些都不容易掌握，既是重点又是难点。通过多年的教学研究，对解决这些难点，笔者做了有益的尝试，收到了一定成效。
　　孔中心位置的找正窍门
　　找好中心点，打好样冲眼划中心线时应以工件的两个基准面来划线，不要以为只要保证划线的尺寸不出错，就可以随便选择一个面来划线。否则，不仅容易累积误差，而且还会给操作者判断样冲眼的位置带来困难。在打样冲眼时，大家容易考虑到保证样冲轴线和工作平面的垂直度问题，而往往忽视样冲眼究竟该打在什么位置上。通常情况，操作者很自然地就选择了中心线交叉处的中心位置（如图1a所示）。事实上，选择的这一点并不是圆的中心。在实践中，钳工操作通常使用的划线工具（划针、划规、高度游标卡尺等）所划出的线宽至少是0.1mm 左右。所以，打样冲眼时应考虑这一客观因素。正确的样冲眼选点应沿着划线基准方向且在圆的两条中心线下缘相交处，如图1b所示。
　　选择有正确锥度的样冲打眼保证所使用的样冲有正确的锥度对初钻时的钻头定位是十分重要的。在打样冲眼时千万别小看这个问题，更不应该随便在砂轮机上刃磨几下样冲就打眼了。这样，初钻时往往给钻头的定位带来不利影响，也给下道工序的扩孔或纠正偏差带来更多麻烦。通常的做法是操作者可选择直径适可的45号圆钢在车床上车出30°～60°锥度的样冲，并通过热处理来提高冲头的硬度，然后在划好的孔中心线上打样冲眼。这种做法有利于提高钻孔的精度。
　　制作辅助定位锥找正中心位置当工件装夹在平口钳上时，如何使圆的中心位置找正又快又准是操作者在钻孔前应考虑的问题。通常的做法是用一只小直径的钻头打底孔。一是因为它比直接用大钻头钻孔更易于找正中心位置，二是操作时即使找不正中心位置也给后一道工序留有调整的余地。事实上，这种中心找正方法仍存在较大误差，且花费时间多。可改用辅助定位锥来找正中心位置，具体做法是：用直径适可的45号圆钢在车床上车出一个锥度15°的小锥体（如图2所示），钻孔前把它装夹在钻夹头上。找正孔中心时用它来辅助找正，既有利于准确找正，又可大大缩短找正时间。
　　用中心钻先钻出中心孔来确保定位准确当用辅助锥体找正圆的中心位置后，在钻底孔前应先用中心钻钻出中心孔。因为钻底孔用的麻花钻直径较小且存在刚性不足的突出问题，而中心钻的刚性好、定位准确，有利于提高钻孔精度。
　　用检查方框来提高对钻孔误差判断的准确性通常在划线时操作者习惯于通过划几个同心圆的方式来判断孔中心线偏移的方向，如图3a所示。事实上，这种使用同心圆的判断方式不容易让操作者迅速做出偏移方向判断和快速准确校正孔的中心位置偏差，但改用检查方框来校正就会方便、准确、快捷得多，如图3b所示。其中的原因：一是检查方框是用高度游标卡尺在与中心线同一工作基准面划出的，而检查圆则是通过划线规以中心样冲眼为基准划出的。无论是从划线工具的精度，还是从选择基准划线来说，用方框检查都比用圆检查更有利于提高精度。二是从判断中心线偏移误差准确性方面来说，方框检查比同心圆检查的方法具有明显优势。用同心圆检查时，操作者需要判断的是浅锥孔的一段圆弧与检查圆弧的背离和靠近的程度，如图3a所示。而用方框检查时，操作者只需要判断浅锥孔与方框上下左右的四个切点的接近程度，如图3b所示。当浅锥孔与检查方框所形成的1点和2点为外切点，3点和4点为内切点时，则表明孔的中心线位置就是正确的了。显然，后者更容易、更快捷、更准确。
　　提高工件被加工表面与钻床主轴轴线垂直精度的窍门
　　工件孔轴线歪斜的最直接原因就是工件被加工表面没有与钻床主轴轴线垂直。解决这一问题的出发点就是想方设法减少装夹工件时人为因素（或设备、夹具）带来的影响。在一般的钳工操作中，钻孔常用的机床设备是台式钻床和立式钻床，所用的夹具多为平口钳（或压板）。对操作者而言，应对保证钻孔精度的机床设备有一个正确的了解，除了在钻孔前要检查钻床主轴是否过于松动，带轮的皮带是否过于松弛，活动平台的零刻线是否对齐之外，还要善于利用钻床的工作台面和夹具的工作面来保证钻孔的精度，例如，平口钳的底座平面和活动钳口的导轨面及固定钳口的垂直工作面等。这里笔者着重介绍提高工件被加工表面与钻床主轴轴线垂直精度的两个小窍门。
　　（一）利用自制的可调式三点支承垫铁来辅助装夹工件
　　可调式三点支承垫铁结构说明图4a是一块经磨削加工且在其上钻有三排孔的底板；图4b是通过车床精车加工得来的尺寸相同的带柄圆锥体。
　　可调式三点支承垫铁的工作原理根据“三点可决定一个平面”的原理并充分利用了三点支承稳定性好、平稳可靠的优点来支承工件。由于圆锥体的柄与底板的孔是间隙配合，所以根据支承工件的尺寸大小和形状选择不同孔位就很方便地进行了支承点的调整。
　　可调式三点支承垫铁的优点可调式三点支承垫铁与普通垫铁在支承工件时，虽然均选择平口钳的导轨面作为基准，但比较起来，可调式三点支承垫铁具有明显优点：（1）支承工件平稳可靠。（2）最大限度地减少了工件因变形、表面缺陷或形状误差（或加工中的铁屑）带来的影响，最大限度地减小了工件表面与垫铁表面大面积面与面相接触时带来的工件装夹误差。（3）可以方便地避开工作表面的瑕疵，保证钻孔的精度。（4）可以方便地让出钻削孔位，有利于钻通孔时排屑和避免钻头钻削到垫铁。（5）可根据工件的形状和大小方便地调整支承点。
　　（二）利用圆棒辅助装夹工件
　　在通常情况下操作者习惯将工件直接夹持在平口钳的固定钳口和活动钳口之间，如图5a所示。这样的夹持方式，若在工件两个侧面平行度精度非常高且与上下两个水平面的垂直度非常好的情况下，可以保证工作水平面与钻床主轴轴线的垂直，但是若两个侧面中有一个侧面加工精度不高就会使得工件在装夹时很难保证水平面与主轴轴线垂直。而采用圆棒辅助装夹就可以避免上述不利因素，提高钻孔的精度，如图5b所示。
　　操作说明将工件的加工基准面与平口钳的固定钳口夹持面直接接触，在工件的非基准面和活动钳口的夹持面之间水平放入一根小圆柱棒来辅助装夹。
　　工作原理利用小圆柱棒辅助装夹可把活动钳口夹持面、工件非准基面和工件基准面三者原来的面与面平行关系转化成小圆棒前、后素线与各夹持面的平行关系。由于小圆柱棒辅助装夹时是前后两条素线与活动钳口和工件非基准面接触，所以，在装夹工件时就可避免非基准面精度不高或是活动钳口夹持面有瑕疵（如有铁屑）等不利因素对工件水平面与钻床主轴轴线垂直度的影响，从而保证钻孔的精度。
　　提高麻花钻刃磨质量的小窍门
　　在钻削加工中，麻花钻切削刃的刃磨质量高低对钻孔精度的影响是比较大的，若左右两条切削刃长度不一样、角度不对称，不仅孔的轴线会偏移，而且孔径也会存在较大误差。保证麻花钻的刃磨质量对初学者来说还是有难度的，而借助角度样板来对照不失为一个好方法。在实际教学中，笔者深有体会，即使一些学生拿着角度样板来比对，也还是不能准确和迅速地判断出两切削刃的长度是否相等，角度是否一样大小。究其原因，目前所用的角度样板没有像游标卡尺或千分尺那样有刻度线和读数。为此，笔者尝试制作了一种有刻度线的角度样板，如图6所示。实践证明，这种带有刻度线的角度样板大大方便了学生在刃磨麻花钻时作出正确判断，提高了麻花钻刃磨的质量和效率。
　　具体做法是用高度游标卡尺在样板的前后两个大平面上均匀地划出一些刻度线。
　　以上所述来自于笔者教学实践中的经验，这些小窍门在指导学生实操训练方面已见成效，但也难免有不完善之处，敬请专家指正。
　　参考文献：
　　[1]岳忠君，芦玉昕.钳工技能图解[M].北京：机械工业出版社，2004.
　　[2]王德洪.钳工技能实训[M].北京:人民邮电出版社，2006.
　　[3]郭宗义.钳工操作技巧与禁点[M].北京：机械工业出版社，2006.