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1、第 三 讲 孔 加 工 刀 具,主讲：薛国祥,1,优选课堂,第一节 孔加工的特点及工艺方法,孔加工刀具是切削加工中使用得最早的刀具之一，也是目前应用得很广泛的一种刀具。孔加工的对象为机器或仪器上各种各样的孔，例如：螺钉孔、销孔、齿轮内孔、箱体上的轴孔、机床主轴锥孔等。 根据用途及技术要求的不同，孔可以在车床、钻床，拉床、镗床和磨床上用镗刀、钻头、锪钻、铰刀、拉刀、内圆磨具等孔加工刀具来加工。,2,优选课堂,孔加工刀具的工作部分在工件内表面里工作，使刀具的某些结构尺寸受到限制，因而引起了一些突出问题，如：容屑排屑问题、刀具的强度、刚度及导向问题、散热冷却问题等。这些方面在设计和使用孔加工刀具时都
2、要特别注意。,刀具刚度差 排屑困难 直观性差 规格品种,一、孔加工的特点,3,优选课堂,二、不同精度孔的工艺方法,孔的加工方法很多。常见的有：钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔、珩磨孔和研磨孔等，还有电火花、超声波、激光加工等新工艺。,最常见的是在车床、钻床和镗床上进行孔的加工。,在车床或镗床上加工孔的工艺方法,4,优选课堂,第二节 孔加工刀具的类型及用途,孔加工刀具按其用途一般分为两大类： 一类是从实体材料上加工出孔的刀具，如扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等。 另一类是对已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀及镗刀等。,5,优选课堂,一、扁钻,常用的扁钻，可分为整体式和装配式两种重要类型。,主
3、要用于孔径为12mm以下的尺寸范围。它的切削部分的材料可用高速钢或硬质合金。在0.030.5mm的微孔钻削时，整体扁钻仍被广泛采用。,1.整体式扁钻,6,优选课堂,主要用于直径25500mm的大尺寸范围的钻孔或扩孔。其结构由钻杆和可换刀片两部分组成。可换刀片的材料为高速钢或硬质合金。,2.装配式扁钻,7,优选课堂,3. 扁钻的特点,缺点,切削条件差，生产率低，排屑困难，钻孔时不易保持孔的位置，加工精度低。,优点,强度和刚性较好、结构简单、制造成本低，便于采用机夹结构。,8,优选课堂,二、麻花钻,麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。 一般用于孔的粗加工（IT11以下精度及表面粗糙度
4、Ra256.3um），也可用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。,9,优选课堂,1.麻花钻的构造,尾部：是钻头的夹持部分，用于与机床联接，并传递扭矩和轴向力。按麻花钻直径的大小，分为直柄（直径12mm）两种。 颈部：是工作部分和尾部间的过渡部分，供磨削时砂轮退刀和打印标记用。直柄钻头没有颈部。 工作部分：是钻头的主要部分，前端为切削部分，承担主要的切削工作；后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。,标准麻花钻由3个部分组成：,10,优选课堂,麻花钻的组成,11,优选课堂,钻头的工作部分,有两条螺旋槽: 容屑排屑,麻花钻两主切削刃由钻芯连接，为了增加钻头的强度和刚度，钻
5、芯制成正锥量。,导向部分两条棱边，减少与加工孔摩擦，棱边磨(0.030.12)100倒锥量, 形成副偏角r。,12,优选课堂,前刀面 螺旋槽的螺旋面 主后刀面与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面 副后刀面与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边 主切削刃螺旋槽与主后刀面的两条交线 副切削刃棱边与螺旋槽的两条交线 横刃两后刀面在钻心处的交线。,13,优选课堂,2.麻花钻的主要几何参数,麻花钻的基面与切削平面,基面:通过该点又包括钻头轴线的平面。 因切削刃上各点的切削速度方向不同，基面不同。,切削平面:刀刃上某点的切削平面是包含该点切削速度方向，而又切于该点加工表面的平面)。,切削刃上各点的切削平
6、面与基面在空间互相垂直，且位置是变化的。,14,优选课堂,麻花钻切削刃 各点的基面及切削平面,15,优选课堂,16,优选课堂,麻花钻的主要几何参数,较大的螺旋角，使钻头前角，切削扭矩和轴向力，切削轻快，排屑。 螺旋角过大，会削弱钻头的强度和散热条件，使钻头的磨损加剧。标准麻花钻的 =1830，小直径钻头值较小。,螺旋角钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线间的夹角。,螺旋角影响排屑，而且它就是钻头的进给前角。,螺旋角对切削过程的影响,17,优选课堂,标准麻花钻的螺旋角,18,优选课堂,两主切削刃在与其平行的轴向平面上投影之间的夹角，顶角是钻头在刃磨测量时的几何角度。标准麻花钻的2 =118，
7、此时的主切削刃是直线。,顶角2和主偏角Kr,主偏角与顶角不同，它是主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。由于主切削刃各点基面位置不同，故主切削刃各点的主偏角是变化的。,顶角,主偏角,钻头的顶角直接决定了主偏角Kr的大小，Kr 。,19,优选课堂,麻花钻的主要几何参数,20,优选课堂,顶角越小，切削刃长度增加，单位切削刃长度上负荷降低，刀尖角r增大，改善了散热条件，提高了钻头的耐用度且轴向力减小。 但顶角越小，切屑变薄，切屑平均变形增加，故使扭矩增大。,顶角对切削过程的影响,21,优选课堂,端面刃倾角ST,在端面投影中主切削刃与基面间的夹角。,切削刃上不同点的端面刃倾角是不同的，外缘处的ST最
8、小，靠近钻心处的ST最大。,标准麻花钻主切削刃的端面刃倾角总为负值。,22,优选课堂,标准麻花钻切削刃上各点的前角值变化很大，从钻头最外缘到钻心，前角值可由30逐渐变为30，故靠近中心处的切削条件很差。,前角0,在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。,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。,23,优选课堂,后角f,在假定工作平面（即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。,考虑到进给运动对工作后角的影响，同时为了补偿前角的变化，使刀刃各点的楔角较为合理，并改善横刃的切削条件，麻
9、花钻的后角刃磨时应由外缘处向钻心逐渐增大。,在切削过程中，f在一定程度上反映了主后刀面与工件过渡表面之间的摩擦关系，而且测量也比较容易。,一般后刀面磨成圆锥面，也有磨成螺旋面或圆弧面的。标准麻花钻的后角(最外缘处)为820，大直径钻头取小值，小直径钻头取大值。,24,优选课堂,横刃角度,横刃是两个主后刀面的交线，其长度为b。,横刃角度包括横刃斜角，横刃前角o和横刃后角o。,横刃斜角：在钻头端平面内投影的横刃与主切削刃之间的夹角，它是刃磨后刀面时形成的。,标准麻花钻的=5055。当后角磨得偏大时，横刃斜角减小，横刃长度b增大。,25,优选课堂,横刃角度,横刃是通过钻心的，在钻头端面上的投影近似为
10、一条直线，因此横刃上各点的基面和切削平面的位置是相同的。,在横刃剖面O-O内，横刃前角o为负值，横刃后角o90- o 。,标准麻花钻的o=(5460)， o2630。由于横刃前角是很大的负前角，所以钻削时横刃处发生严重的挤压，而造成定心不好和很大的轴向力。,26,优选课堂,四、深孔钻,孔深与孔径的比h/d10的孔，一般称为深孔。钻削深孔的钻头称为深孔钻。 深孔钻的种类很多，常用的有内排屑深孔钻、外排屑深孔钻及喷吸钻等。,27,优选课堂,28,优选课堂,29,优选课堂,30,优选课堂,五、扩孔钻,扩孔钻对已钻孔再加工，孔的加工质量相对高。精度可达IT10IT11，Ra6.33.2m。 扩孔钻的刀
11、齿比较多，有34个，导向性好，切削平稳。加工余量较小，容屑槽较浅，刀体强度和刚性较好；扩孔钻没有横刃，切削条件好，可提高效率和加工质量。 扩孔钻的主要类型有两种，即整体式扩孔钻和套式扩孔钻，其中套式扩孔钻适用于大直径孔的扩孔加工。,31,优选课堂,扩 孔 钻,32,优选课堂,六、铰刀,铰刀用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，也可用于磨孔或研孔前的预加工。其加工精度可达IT6IT8，表面粗糙度可达Ra1.60.4m。 铰刀齿数多(612个)，导向性好，芯部直径大，刚性好。铰削余量小，切削速度低。铰刀有修光刃，在切削过程中有挤压作用，因此加工精度和表面质量很高。 铰刀分为手用铰刀和机用铰刀两类。手
12、用铰刀又分为整体式和可调整式，机用铰刀分带柄的和套式。加工锥孔用的铰刀称为锥度铰刀。,33,优选课堂,铰刀的类型,34,优选课堂,七、镗刀,35,优选课堂,36,优选课堂,第三节 钻削基本规律,钻削运动,一、钻削用量和切削层要素,主运动：钻头的旋转运动(钻床)，或工件的旋转运动(车床)。 进给运动：钻头沿轴线作直线进给运动(钻床)，或工件沿钻头轴线作直线进给运动(铣床),37,优选课堂,指钻头主切削刃外缘处的线速度。,1切削速度v,2进给量f、af、vf,每转进给量f(mm/r)：钻头或工件每转一转，它们之间的轴向相对位移。 每齿进给量af(mm/z)：钻头或工件相对钻头每转一个刀齿，它们之间
13、的相对位移。 进给速度Vf：钻头或工件每分钟内，它们之间的轴向相对位移。,38,优选课堂,二、钻削力与扭矩,钻削力来源于工件材料的变形抗力，以及钻头和切屑、工件间的摩擦力。 标准麻花钻有五个切削刃：两个主切削刃、两个副切削刃、一个横刃。因此钻头的轴向力F和扭矩M由各切削刃上总的轴向力与各切削刃上的扭矩总和构成。,来源与组成,39,优选课堂,实验证明，轴向力F主要由横刃产生(F57F)；扭转M主要由主切削刃产生(M80M)。各切削刃上的力及扭矩占总的轴向力及总的扭矩的百分比大致如下表所示。,40,优选课堂,第四节 麻花钻切削部分结构的分析及改进,(1)主刃上各点前角的数值相差悬殊，从外缘到钻心，
14、前角约由30减到30。靠近钻心处为负前角，切削条件很差； (2)横刃的负前角很大，切削条件很坏，轴向力很大。 横刃是由钻心而形成的。要保证钻头有一定的强度就要有钻心，一般新钻头的钻心厚度d0.15D，而且越向尾部越厚。钻心厚度大横刃也长，一般横刃长度b=0.18D。 设法增大横刃的前角(即减小它的负值)，缩短横刃的长度，是改善钻头切削性能的重要方面；,标准麻花钻在结构上存在着很多问题：,41,优选课堂,(3)主刃长，切削宽度大，各点切屑流出的速度相差很大，切屑占很大空间，排屑不顺利，冷却液难流入； (4)副后角为0。，棱带与孔壁摩擦，而此处切削速度又最高，产生热量多，所以磨损快； (5)横刃的
15、前、后角与主刃后角密切相关，不能分别控制。,为克服标准麻花钻的缺点，提高它的切削性能，一方面可以在设计制造时改革其结构或材料；另一方面可在使用时按具体切削条件，通过修磨，改变其几何角度。,42,优选课堂,1等前角钻头 为改进标准麻花钻主切削刃外缘处前角过大，钻芯处前角又过小的问题，设想使主切削刃上各点的前角趋向均匀，来设计钻头的沟槽形状，即成等前角钻头。,结构改革,试验证明： 等前角钻头，n=20，2116，30。 钻削45钢时，可提高耐用度1.52倍，扭矩降低20。,43,优选课堂,2.径向刃钻头 为了改善钻头主切削刃上各点的切削厚度分布不均匀的状况，使主切削刃处于钻头径向，故称之为径向刃钻
16、头。 径向刃钻头还可以普遍加大切削刃上各点前角，加大容屑空间。但为了保持钻头强度，需加厚钻芯。为减少轴向力，还需修磨横刃。,44,优选课堂,标准麻花钻的修磨,1修磨过渡刃 在钻头主切削刃与副切削刃相连接的转角处磨出过渡刃(27075) 。 由于减小了顶角，使轴向力减小；同时刀尖角增大，强化了刀尖并改善了转角处的散热条件。,45,优选课堂,它是将标准麻花钻的主切削刃外缘段修磨成圆弧，使此段切削刃各点顶角不等，由里向外逐渐减小。靠钻心一段切削刃仍保持原来的直线刃。 圆弧刃钻头的优点是增长了切削刃，使切削刃单位长度上的负荷减轻；同时改善了转角处的散热状况，可大大提高钻头耐用度。,圆弧刃钻头,46,优
17、选课堂,2修磨横刃 沿钻头后面的背棱刃磨至钻心，将原来的横刃磨成两条内直刃加一条窄横刃。,缩短了横刃，加大了修磨处内刃的前角，有利于分屑、断屑，同时又增大了钻心部分的容屑空间，还能保持钻心有一定的强度。,47,优选课堂,3修磨棱边,标准麻花钻棱边上的副后角为0，为减轻棱边与孔壁间的摩擦，对钻头直径大于12mm的钻头，可修磨出副后角f68，宽为0.10.2mm的刃带。,表面有硬皮的工件不能采用此法，它容易使棱边强度减弱而损坏。,48,优选课堂,3修磨分屑槽,在钻削大而深的孔，或钻削韧性材料时，排屑困难，此时应在钻头上修磨出分屑槽。,分屑槽可开在钻头前刀面上，也可开在后刀面上，但两条切削刃上的分屑槽位置必须错开。 在前刀面上开分屑槽时开槽困难，但重磨时不需重开分屑槽；在后刀面上开分屑槽比较方便，但重磨若干次后要重新开槽(其槽探要大于钻头进给量)。,49,优选课堂,