(金属切削原理与刀具)第七章 孔加工刀具课件

1、7.1孔加工刀具的种类及用途,3中心钻,主要用于加工轴类零件的中心孔，根据其结构特点分为无护锥中心钻（见图7.1a）和带护锥中心钻（见图7.1b）两种。,深孔钻：用来加工长径比较大的孔（详见第二节）,7.1.2 对已有孔加工用刀具,1铰刀：,2镗刀,铰刀是孔的精加工刀具，也可用于高精度孔的半精加工。（详见第三节）,镗刀是一种很常见的扩孔用刀具，镗孔的加工精度可达IT6IT8，加工表面粗糙度Ra可达6.30.8m，用于较大直径的孔的粗加工、半精加工和精加工。根据镗刀的结构特点及使用方式，可分为单刃镗刀和双刃镗刀。,单刃镗刀,双刃镗刀,3扩孔钻,用途：用于铰或磨前的预加工或毛胚孔的扩大,结构特点及优点,外形与麻花钻相类似。通常有三四个刃带，没有横刃，前角和后角沿切削刃的变化小，故加工时导向效果好，轴向抗力小，切削条件优于钻孔。另外，扩孔钻主切削刃较短，容屑槽浅；刀齿数目多，钻芯粗壮，刚度强，切削过程平稳。再加上扩孔余量小。因此，扩孔时可采用较大的切削用 量,结构形式见图,4锪钻,锪钻用于在孔的端面上加工圆柱形沉头孔（图a）、锥形沉头孔（b）或凸台表面（图c）。,7.2 麻花钻,生产中使用最

2、多的是麻花钻，对于直径为0.1mm80mm的孔，都可使用麻花钻加工但主要用于孔的粗加工，IT11级以下；表面粗糙度Ra25m 6. 3 m 。,7.2.1麻花钻的结构和几何参数,1、麻花钻的结构,标准麻花钻的结构如图7.7a、b所示，有柄部、颈部和工作部分组成。,图7.7 麻花钻的结构1,（1）柄部,（2）颈部,钻头的夹持部分，与机床连接，并在钻孔时传递转矩和轴向力。有锥柄和直柄两种。直柄主要用于直径小于12mm的小麻花钻。锥柄用于直径较大的麻花钻，锥柄钻头的扁尾用于传递转矩和拆卸钻头。,是磨削钻头柄部时的砂轮越程槽，常用来标钻头的规格。,（3）工作部分,钻头的主要部分，由切削部分和导向部分组成。,切削部分担负着切削工作，有两个前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃及一个横刃组成,起导向作用，也是切削部分的备磨部分。为减少导向部分与孔壁的摩擦，其外径（即两条刃带上）磨有倒锥。,图7.7 麻花钻的结构,2麻花钻的几何参数,（1）螺旋角,指钻头最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线的夹角 ，外径处最大。螺旋角的大小不仅影响排屑情况，而且它就是钻头的轴向前角。（图7.8）,图7.8 麻花钻的几何参

3、数,（2）顶角2,指两主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角 。标准麻花钻的顶角一般为118o（图7.8）,主偏角r,在主切削刃上选定点的基面内度量的假定工作平面与切削平面之间的夹角。主切削刃上各点的主偏角是变化的，愈接近钻心，主偏角愈小。,主偏角与顶角的关系为：,stm主切削刃上任意点的端面刃倾角。,（3）前角o,是在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角 。（图7.8 ）,由于钻头的前刀面是螺旋面，且各点处的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各处的前角也是不相同的，由外缘向中心逐渐减小。在图样上，钻头的前角不予标注，而用螺旋角表示。,（4）后角f,是在以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角。住切削刃上任一点m处的后角用fm 表示。,为改善切削条件，并能与切削刃上变化的前角相适应，而使各点的楔角大致相等，麻花钻的后角刃磨时应由外缘向中心逐渐增大。,（5）横刃角度,横刃角度包括横刃斜角、横刃前角o、和横刃后角 o。（图7.9）,由于横刃前角为负值，因此横刃的切削条件很差，切削时因产生强烈的挤压而产生很大的轴向力。 对于直径较大的麻花钻，一般都需要修磨横

4、刃。,图7.9 横刃的几何角度,7.2.2 钻削原理,钻削是使用钻头在实体材料上加工孔的最常用的方法，其加工精度可达IT12IT11表面粗糙度Ra可达12.56.3m，可作为攻丝、扩孔、铰孔和镗孔的预备加工。,1钻削运动,由主运动和进给运动所组成。其中，钻头（在钻床上加工时）或工件（在车床上加工时）的旋转运动为主运动；钻头的轴向运动为进给运动。,2钻削用量,钻削速度：,（2）进给量f 和每刃进给量af 钻头或工件转一转时，钻头相对于工件的轴向位移（或在进给方向的位移量）称进给量f（mm/r）。由于麻花钻有两个切削刃，故每齿进给量为f z =f/2 （mm/z）。,（3）背吃刀量ap,在基面上垂直于进给运动方向度量的尺寸，它是钻头的半径,切削刃上选定点m相对于工件的主运动的瞬时速度,3钻削的工艺特点,（1）导向定心, 预钻锥形定心孔 对于大直径孔（直径大于30mm），分两次钻孔 刃磨钻头时，尽可能使两切削刃对称 。,（2）冷却问题：根据具体的加工条件，采用合理的冷却方法。,（3）排屑问题,在普通钻削加工中，采用定时回退的方法，把切屑排出；深孔加工中，要通过钻头的结构和冷却措施结合，由压力

5、冷却液把切屑强制排出。,7.2.3 麻花钻的结构缺陷与刃磨,1麻花钻的结构缺陷,（1）主切削刃各点的前角、后角各不相同，切削能力悬殊；刃倾角和切削速度方向也不同，各点的切屑流出方向不同，不利于切屑的卷曲， （2）主切削刃全刃参加切削，刃上各点的切削速度不相等，容易形成螺旋形切削，排屑困难。 （3）螺旋槽使钻心更细，钻头的刚度低；孔的轴线容易偏斜；横刃前角为负值，钻削时轴向抗力大，定心困难。 （4）刀尖和主、副切削刃交汇处切削速度最高、刀尖角小，副切削刃后角为零。故刀尖处摩擦最大，磨损最快。,2麻花钻的刃磨,（1）刃磨过渡刃,标准麻花钻的外缘是主副切削刃的交点，此处磨损最快。可将该处修磨成双重顶角，当直径大于50mm时，还可磨出三重顶角，也可磨出圆弧刃 （相当于多重顶角）。由于此类修磨会使变形和切削力增大，故对于塑性大的金属不宜采用。,图7.10 修磨过渡刃,（2）修磨横刃,横刃切削条件差，将原来的横刃长度修磨短，同时修磨出前角，有利于钻头的定心和减小轴向力。如图 所示,图7.11 修磨横刃,（3）修磨前刀面,加工硬脆材料时，将靠近外缘处的前刀面磨平一些以减小前角，如图（a）所示。加工强

6、度很低的材料时，为了减小切削变形，可在前刀面上磨出卷屑槽，以增大前角如图（b）所示。,（4）修磨分屑槽,在钻削塑性材料或尺寸较大的孔时，为了便于排屑，可在两主切削刃的后刀面上交错磨出分屑槽，也可在前刀面上轧制出分屑槽，使切屑分割成窄条，便于排屑。,注意,开分屑槽时应注意 ： a槽深要大于进给量；b两个主切削刃上后面上的分屑槽径向位置应错开。c分屑槽侧面应呈圆喇叭形，以保证侧刃（开分屑槽形成的）有一定的后角，,（5）修磨刃带,加工软材料时，为了减小刃带与孔壁的摩擦，对于直径大于12mm以上的钻头，可根据图7.14所示对刃带进行修磨。,7.2.4 深孔钻,1枪钻,枪钻最早用于钻枪孔而得名，多用于加工直径较小（313mm）、长径比较大（100250mm）的深孔。加工后精度可达IT10IT8，表面粗糙度值Ra可达0.20.8m，孔的直线性较好。, 结构如图7.15所示,工作原理如图7.16所示,图7.15 枪钻的结构,图7.16 枪钻的工作原理,（3）特点,枪钻的外刃偏角略大于内刃偏角，外刃所受径向力略大于内刃的径向力。使钻头的支撑面始终紧贴孔壁，又钻头前面及切削刃不通过中心，避免了切削速度为

7、零的不利情况，并在孔底形成一芯柱，此芯柱在切削过程中具有阻抗径向振动的作用。具有导向作用，并可防止孔径扩大。 由于切削液进出路分开，使切削液在高压下，不受干扰，容易到达切削区，解决了冷却、润滑问题； 刀尖具有偏心e，切削时可起分屑作用，切屑变窄，切削液便于将切屑冲出，排屑容易。,2错齿内排屑深孔钻,错齿内排屑深孔钻根据刀片的镶嵌方式一般有焊接式和可转位式，如图7.19a、b所示。 该钻头的切削部分呈交错齿排列（故称错齿内排屑深孔钻），其后部的矩形螺纹与中空的钻杆连接。 适用于加工直径15180mm的孔。 其结构和工作原理见下张幻灯片。,图7.17 错齿内排屑深孔钻结构及工作原理,3喷吸钻,喷吸钻是一种新型的高效、高质量加工的内排协深孔钻，用于加工长径比小于100，直径为1665mm的孔，钻孔精度为IT10IT11，加工表面粗糙度Ra为0.83.2m，孔的直线度为1000:0.1。,喷吸钻的切削部分与错齿内排协钻头基本相同。它的钻杆由内钻管及外钻管组成，内外钻管之间留有环形空隙。利用的是流体的喷吸效应原理 。如图7.18所示。,图7.18 喷吸钻,4套料钻,套料钻又叫环孔钻，用来加工直径

8、大于60mm的孔。由于它切下的金属少，节省了金属材料、刀具和动力的消耗。生产率高，加工精度也高。因此在重型机械的孔加工中应用较多。,7.3 铰刀,铰刀是孔的精加工刀具，也可用于半精加工。铰孔余量小，常用于钻孔或扩孔等工序之后。为了提高铰孔精度，铰孔时，最好是工件旋转，铰刀只作进给运动。但也可采用铰刀既旋转又进给，工件固定不动的办法。,7.3.1 铰刀种类和用途,1铰刀的种类 ：见图7.20,2用途,铰削适用于孔的精加工和半精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。 铰刀是定尺寸刀具，适合于小直径孔的精加工和半精加工。,图7.20 铰刀的种类,7.3.2 铰刀的结构与几何参数,1铰刀的结构,铰刀有工作部分、颈部和柄部组成,工作部分包括切削部分和修光部分，切削部分呈锥形，担负主要的切削工作；修光部分用于校准孔径、修光孔壁和导向,铰刀的柄部为夹持和传递扭矩的部分，手用铰刀一般为直柄，机用铰刀多为锥柄。,2 铰刀的结构参数,1）直径及其公差G,铰刀是定尺寸刀具，直径及其公差的选取主要取决于被加工孔的直径及其精度，同时，也要考虑铰刀的使用寿命和制造成本。,铰刀的公称直径d0是指校准部分的圆柱部分的直

9、径，它应等于被加工孔的基本尺寸dww，而其工差则与被铰削孔的公差、铰刀的制造公差、铰刀的磨损储备量H和铰削过程中孔径的变形性质有关。, 加工后孔径扩大,铰孔时，由工艺系统引起的颤动以及铰刀的安装偏差、切削液和积屑瘤等因素的影响，都会使孔径扩张。这时，铰刀直径的极限尺寸可由下式计算：,d0max：铰刀的最大极限尺寸 ； d0min：铰刀的最小极限尺寸 ；Pmax：铰孔时孔的最大扩张量, 加工后孔径缩小,铰削力较大或工件孔壁较薄时，由于工件的弹性变形或热变形的恢复，铰孔后孔径常会缩小。,Pmin：铰孔后孔的直径最小收缩量,2）齿数z及槽形,（1）齿数,铰刀齿数一般为412个。通常在保证刀齿强度的和容屑空间的条件下，应选取较多的齿数。铰刀的齿数和铰刀的直径及加工材料的性质有关。大直径铰刀取较多齿数；加工韧性材料取较小齿数；加工脆性材料取较多齿数。为了便于测量直径，铰刀齿数一般取偶数。刀齿在圆周上一般为等齿距分布。在某些特定情况下，也可选用不等齿距结构。,（2）铰刀的齿槽形式,铰刀的齿槽形式有直线形、折线形和圆弧形三种 （分别如图a、b、c）,图7.22 铰刀的齿槽形式,3铰刀的几何角度,（1）前角o,一般取0。粗铰塑性材料时，为了减少变形及抑制积屑瘤的产生，可取o=510，硬质合金铰刀为防止崩刃，取o=05。,（2）后角o,铰刀后角较小（一般o为68）。高速钢铰刀切削部分的刀齿刃磨后应锋利不留刃带，校准部分刀齿则必须留有0.050.3mm宽的刃带，以起修光和导向作用，也便于铰刀制造和检验。,（3）切削锥角2,切削锥角主要影响进给抗力的大小、孔的加工精度和表面粗糙度以及刀具耐用度。手用铰刀取较小的2值，通常=13。对于机用铰刀，工作时的导向由机床及夹具来保证，故可选用较大的值。加工钢料时=30，加工铸铁等脆性材料时=610，加工盲孔时=90。,（4）刃倾角s,在铰削塑性材料时，高速钢直槽铰刀切削部分的切削刃，沿轴线倾斜1520形成刃倾角s，它适用于加工较大的孔。硬质合金铰刀一般取s=0。铰削盲孔用带刃倾角的铰刀，但在铰刀端部开一沉头孔以容纳切屑，如图7.23,图7.23,7.3.3 铰削特点与铰刀的合理利用,1铰削的特点,铰削精度高,铰刀齿数多，心部直径大，导向性及刚性好。余量小，切削速度低，且具有修光的作用，故加工精度和表面质量高。,铰削

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