任务3.2.1 机床选用
镗床的工艺范围
一、机床选型及型号确定
1.加工工艺范围的认识
镗床类机床常用于加工尺寸较大且精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度（平行度、垂直度和同轴度等）要求较严格的孔系，利用坐标装置和镗模较容易保证加工精度。镗削加工的尺寸可大亦可小，一把镗刀可以加工不同直径的孔，对于不同的生产类型和精度要求的孔都可以采用这种加工方法。镗孔时，其尺寸精度为IT8、IT7、IT6，孔距精度可达0.015 mm，表面粗糙度Ra 为1.6～0.8 μm。若用坐标镗床和金刚镗床，则加工质量可更好。如各种箱体、支架和汽车发动机缸体等零件上的孔系加工。
镗床的主要工作是用镗刀镗削工件上铸出或已粗钻出的孔。机床加工时的运动与钻床类似，但进给运动则根据机床类型和加工条件不同，或者由刀具完成，或者由工件完成。镗床除了镗孔，还可进行钻孔、铣平面和车削等工作。当配备各种附件、专用镗杆和装置后，在镗床上还可以切槽、车削螺纹、镗锥孔和加工球面等。
2.车床类型的选择
镗床可分为卧式铣镗床、坐标镗床以及精镗床。此外，还有立式镗床、深孔镗床和落地镗床等。
（1）卧式铣镗床
卧式铣镗床的工艺范围十分广泛，因而得到普遍应用。卧式铣镗床除镗孔外，还可车端面，铣平面，车外圆，车内、外螺纹，钻、扩、铰孔等。零件可在一次安装中完成大量加工工序。卧式铣镗床尤其适合加工大型、复杂的具有相互位置精度要求孔系的箱体、机架和床身等零件。由于机床的万能性较大，所以又称为万能镗床。卧式铣镗床的主要加工方法如图3.2.1 所示。
图3.2.1 卧式铣镗床的主要加工方法
（a）用镗轴上的悬伸刀杆镗孔；（b）用后支架支承长镗杆加工同轴孔；（c）用平旋盘上的悬伸刀杆镗大直径孔；（d）用镗轴上的端铣刀铣平面；（e）用平旋盘刀具溜班上的车刀车内沟槽；（f）用平旋盘刀具溜班上的车刀车端面
（2）坐标镗床
坐标镗床是一种高精度机床，其特征是具有测量坐标位置的精密测量装置。为了保证高精度，这种机床的主要零部件的制造和装配精度要求都很高，并具有较好的刚度和抗振性。该机床主要用来镗削孔本身精度（IT5 级或更高精度等级）及位置精度要求很高的孔系（定位精度可达0.002～0.01 mm），如镗削钻模、镗模上的精密孔。
坐标镗床的工艺范围广，依据坐标测量装置，能精确地确定工作台、主轴箱等移动部件的位移量，实现工件和刀具的精确定位。例如，工作台面宽200～300 mm 的坐标镗床，坐标定位精度可达0.002 mm。坐标镗床除镗孔、钻孔、扩孔、铰孔、锪端面以及精铣平面和沟槽外，因其具有很高的定位精度，故还可用于进行精密刻线和划线、孔距和直线尺寸的精密测量工作。
坐标镗床主要用于工具车间加工工具、模具和量具等，也可用于生产车间成批地加工精密孔系，如在飞机、汽车、拖拉机、内燃机和机床等行业中加工某些箱体零件的轴承孔。
（3）金刚镗床
金刚镗床是一种高速精密镗床，因它以前采用金刚石镗刀而得名。现已广泛使用硬质合金刀具。这种机床的特点是切削速度很高（加工钢件v ＝1.7～3.3 m／s，加工有色合金件v ＝5～25 m／s），而切削深度（背吃刀量）和进给量极小（切削深度一般不超过0.1 mm，进给量一般为0.01～0.14 mm／r），因此可以获得很高的加工精度（孔径精度一般为IT6～IT7 级，圆度不大于3～5 μm）和表面质量（表面粗糙度一般为0.08 μm ＜Ra≤1.25 μm）。金刚镗床在成批生产、大量生产中获得了广泛的应用，常用于加工发动机的气缸、连杆、活塞等零件上的精密孔。
金刚镗床的种类很多，按其布局形式，可分为单面、双面和多面；按其主轴位置，可分为立式、卧式和倾斜式；按其主轴数量，可分为单轴、双轴和多轴。
图3.2.2 所示为单面卧式金刚镗床的外形图。机床的主轴箱1 固定在床身4 上，主轴2 高速旋转，带动镗刀做主运动。工件通过夹具安装在工作台3 上，工作台3 沿床身导轨做平稳的低速纵向移动，以实现进给运动。工作台3 一般为液压驱动，可为半自动循环。
镗床的运动
图3.2.2 单面卧式金刚镗床外形
1—主轴箱；2—主轴；3—工作台；4—床身。
镗床的分类
主轴组件是金刚镗床的关键部件，它的性能好坏，在很大程度上决定着机床的加工质量。这类机床的主轴短而粗，在镗杆的端部设有消振器；主轴采用精密的角接触球轴承或静压轴承支承，并由电动机经皮带直接传动主轴旋转，从而可保证主轴组件准确、平稳地运转。
（4）落地镗床及落地铣镗床
在重型机械中，大而重的工件移动困难，可采用落地镗床或落地铣镗床，其外形如图3.2.3 所示。落地镗床及落地铣镗床均没有工作台，工件直接固定在地面平板上，运动由机床来实现。由于机床庞大，机床的移动部件重量也大，为提高移动灵敏度，避免产生爬行现象，可采用滚动导轨或静压导轨。为方便观察部件的位移，移动部件应备有数控显示装置，以节省时间和减轻劳动强度。
图3.2.3 落地镗床和落地铣镗床外形
（a）落地镗床外形图；（b）落地铣镗床外形图
3.机床型号的确定
镗床型号的组代号和名称及常用镗床系代号、名称和主参数分别见表3.2.1 和表3.2.2。
表3.2.1 镗床型号的组代号和名称
表3.2.2 常用镗床系代号、名称和主参数
续表
二、结构布局及主要参数的认识
根据前述对工序卡中图样的分析，选择TP619 型卧式铣镗床。
卧式铣镗床的结构
1.机床结构布局的认知
卧式铣镗床的外形如图3.2.4 所示。主轴箱8 可沿前立柱7 的导轨上下移动。在主轴箱8 中装有镗杆4、平旋盘5、主运动和进给运动变速传动机构及操纵机构。根据加工情况，刀具可以装在镗杆4 或平旋盘5 上。镗杆4 旋转做主运动，并可沿轴向移动做进给运动；平旋盘5 只能做旋转主运动。装在后立柱2 上的后支架1 用于支承悬伸长度较大的镗杆4的悬伸端，以增加刚度［图3.2.1（b）］。后支架1 可沿后立柱2 上的导轨上下移动，以便与主轴箱8 同步升降，从而保持后支架1 支承孔与镗杆4 在同一轴线上。后立柱2 可沿床身10 的导轨移动，以适应镗杆4 的不同程度悬伸。工件安装在工作台3 上，可与工作台3 一起随下滑座11或上滑座12 做纵向或横向移动。工作台3 还可绕上滑座12 的圆导轨在水平面内转位，以便加工互相成一定角度的平面和孔。当刀具装在平旋盘5 的径向刀架上时，径向刀架可带着刀具做径向进给，以车削端面 ［图3.2.1（f）］。
图3.2.4 卧式铣镗床的外形
1—后支架；2—后立柱；3—工作台；4—镗杆；5—平旋盘；6—径向刀具溜板；7—前立柱；8—主轴箱；9—后尾座；10—床身；11—下滑座；12—上滑座。
2.机床主要参数的认识
TP619 型卧式铣镗床主要技术参数见表3.2.3。
TP619 的运动及组成
表3.2.3 TP619 型卧式铣镗床主要技术参数
三、加工方法的选择(https://www.daowen.com)
在箱体上通常分为三种孔系，分别为平行孔系、同轴孔系和交叉孔系，如图3.2.5 所示，加工时要保证孔系的位置要求。
图3.2.5 孔系的类型
（a）平行孔系；（b）同轴孔系；（c）交叉孔系
1.平行孔系镗削方法
（1）找正法
找正法包括划线找正法、量块心轴找正法［图3.2.6（a）和图3.2.6（b）］和样板找正法［图3.2.6（c）］。
图3.2.6 找正法
（a）划线找正法；（b）量块心轴找正法；（c）样板找正法
（2）坐标法
在普通卧式镗床、坐标镗床或数控镗铣床等设备上，借助测量装置调整机床主轴在工件间水平和垂直方向的相对位置，来保证孔心距精度的一种镗孔方法，称为坐标法。图3.2.7 所示为在普通镗床上用百分表1和量块2 来调整主轴垂直和水平位置示意图。百分表分别装在镗床头架和横向工作台上。这种装置调整费时，效率低。坐标法用得最多的是经济刻度尺与光学读数头测量装置，读数精度高的是光栅数字显示装置和感应同步器测量装置。
（3）镗模法
利用镗模夹具加工孔系的方法称为镗模法。如图3.2.8 所示，镗孔时，工件装夹在镗模上，镗杆被支承在镗模的导套里，镗刀通过模板上的孔将工件上相应的孔加工出来。在批量生产中广泛采用这种方法加工孔系。
图3.2.7 坐标法镗削平行孔系
1—百分表；2—量块。
图3.2.8 镗模法镗削平行孔系
（4）金刚镗
金刚镗也称为高速细镗，一般在专用镗床上采用金刚石作镗刀，在高速、小背吃刀量下进行镗孔，能获得高的精度和表面质量。对于铸铁和钢铁，金刚镗通常作为研磨和滚压前的准备工序；对于有色金属件的精密孔，金刚镗通常作为最终加工工序，如图3.2.9 所示。
图3.2.9 金刚镗削
2.同轴孔系镗削方法
①转动工作台方法（图3.2.10（a））。这种方法适用于在回转工作台装置精度高的卧式铣镗床上加工中小型工件。
②工件调头重新装夹方法（图3.2.10（b））。这种方法利用工件基准面或工艺基准面找正，使平面与镗杆的轴线平行。镗削一孔后，工件回转180°。重新校准平面与镗杆的轴线平行，这样可保证同轴孔系中心线的平行度。
③利用已加工孔做支承导向（图3.2.10（c））。
图3.2.10 调头镗削同轴孔系
（a）转动工作台方法；（b）工件调头重新装夹方法；（c）利用已加工孔作支承导向
3.垂直孔系镗削方法
（1）弯板与回转工作台结合方法（图3.2.11（a））
这种方法适用于较小工件。在回转工作台上装夹一块弯板，将工件的基准面夹压在弯板上，同样利用回转工作台保证垂直精度。工件不仅有垂直孔，而且还有平行孔，可先加工Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ孔，转90°后再加工Ⅰ孔；也可以先加工Ⅰ孔，转90°后再加工Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ孔。
（2）回转法（图3.2.11（b））
利用回转工作台定位精度，镗削垂直孔系，首先将工件安装在回转工作台上，按侧面或基面找正，待加工孔中心线与镗杆轴线同轴，镗好Ⅰ孔后，将回转工作台逆时针回转90°，再镗削Ⅱ孔。这种方法是依靠镗床工作台回转精度来保证孔系的垂直度。
（3）心轴校正法（图3.2.11（c））
利用已加工好的Ⅰ孔，按Ⅰ孔选配检验心轴插入Ⅰ孔，镗杆上装百分表校对心轴两端，待两端等值后，加工Ⅱ孔。另一种方法，镗出Ⅰ孔后，在一次装刀下镗出基准面A，然后转动回转工作台按A 面找正，使之与镗杆轴线平行，再镗出Ⅱ孔。这种方法比光依靠镗床工作台回转精度保证孔系的垂直度更加可靠。
数控镗床加工弧面加工演示
图3.2.11 镗削垂直孔系
（a）弯板与回转工作台结合；（b）回转法；（c）心轴校正法
4.镗削内沟槽的方法
图3.2.12 专用工具
1—内槽镗刀；2—凹形斜榫；3—轴用挡圈；4—螺杆；5—倒顺牙螺母；6—手轮；7—拉簧；8—拉簧连接座；9—锥柄。
（1）利用斜榫式径向内沟槽镗刀杆及镗刀头镗内沟槽（图3.2.12）
利用专用工具，完成刀具径向切入及切出内槽，专用工具锥柄与镗床主轴锥孔连接，转动手轮和螺杆，在螺母中旋转并移动。凹形斜榫向前或向后平移，内槽镗刀在斜榫作用下从刀体方孔中伸出或在拉簧作用下内缩，完成切槽和回刀动作。一般镗刀的切削刃宽≤5 mm，当要求槽宽＞5 mm 时，可通过镗床工作台移动来完成切削槽宽。
（2）平旋盘镗内沟槽（图3.2.13）
这种方法适用于内孔孔径较大的内槽加工。镗内槽时，镗刀固定在平旋盘径向刀架的刀杆上，刀架带动刀杆径向进给镗削出内槽。这种方法刚性较好。
（3）用铣头镗内沟槽（图3.2.14）
这种方法适用于大型工件的较大孔径上加工不通孔的内槽，镗床主轴通过传动轴使一对锥齿轮上的键带动铣头上的主轴转动，完成镗内槽工作，槽深由主轴箱升降来控制。
根据前述对工序卡中图样的分析，选择TP619型卧式铣镗床。
图3.2.13 平旋盘镗内沟槽
图3.2.14 用铣头镗内沟槽
1—主轴；2—传动轴；3—本体；4—90°锥齿轮副；5—铣刀主轴；6—立铣刀；7—工件。