孔加工刀具课件

孔加工刀具1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

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0.03～0.5mm的微孔钻削时，整体扁钻仍被广泛采用。1.整体式扁钻6

主要用于直径25～500mm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73.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Ra25－6.3um），也可用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。91.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）和锥柄（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钻头的工作部分

有两条对称的螺旋槽，是容屑和排屑的通道。

麻花钻的两个主切削刃由钻芯连接，为了增加钻头的强度和刚度，钻芯制成正锥体（锥度为（1.4－2）/100）。

导向部分磨有两条棱边，为了减少与加工孔壁的摩擦，棱边直径磨有(0.03～0.12)／100的倒锥量(即直径由切削部分顶端向尾部逐渐减小)，从而形成了副偏角κ'r。11两后刀面在钻心处的交线。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。与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。副后刀面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122.麻花钻的主要几何参数通过该点又包括钻头轴线的平面。由于切削刃上各点的切削速度方向不同，故基面也就不同。麻花钻的基面与切削平面基面

切削刃上任意一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)。切削平面切削刃上各点的切削平面与基面在空间互相垂直，且位置是变化的。13麻花钻的主要几何参数

较大的螺旋角，使钻头的前角增大，故切削扭矩和轴向力减小，切削轻快，排屑也较容易。但是螺旋角过大，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

=18°～30°，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。螺旋角的大小不仅影响排屑情况，而且它就是钻头的进给前角。螺旋角对切削过程的影响14

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°，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

。15

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16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。17

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。18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8°～20°，大直径钻头取小值，小直径钻头取大值。19横刃角度横刃是两个主后刀面的交线，其长度为bψ。横刃角度包括横刃斜角

，横刃前角γoψ和横刃后角αoψ。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

=50

～55

。当后角磨得偏大时，横刃斜角

减小，横刃长度bψ增大。20横刃角度横刃是通过钻心的，在钻头端面上的投影近似为一条直线，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

o≈90

-

o

。标准麻花钻的

o=－(54

～60

)，

o＝26

～30

。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。21三、中心钻

中心钻是用来加工各种工件的中心孔用的刀具。它主要有无护锥复合中心钻及带护锥复合中心钻两种。22四、深孔钻

孔深与孔径的比h/d

10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。23五、扩孔钻

扩孔钻是用于对已钻孔进一步加工，以提高孔的加工质量的刀具。其加工精度可达IT10～IT11，表面粗糙度可达Ra6.3～3.2

m。扩孔钻的刀齿比较多，一般有3～4个，故导向性好，切削平稳。由于扩孔余量较小，容屑槽较浅，刀体强度和刚性较好；扩孔钻没有横刃，改善了切削条件，因此，可大大提高切削效率和加工质量。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。24六、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IT6～IT8，表面粗糙度可达Ra1.6～0.4

m。铰刀齿数多(6～12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。25七、镗刀26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)27指钻头主切削刃外缘处的线速度。1．切削速度v2．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。283．背吃刀量（钻削深度）ap4．切削厚度ac在基面内垂直于主切削刃方向测量的切削层厚度。5．切削宽度aw沿主切削刃测量的切削层宽度。6．切削面积Acz、Ac29二、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30

实验证明，轴向力F主要由横刃产生(F

≈57％F)；扭转M主要由主切削刃产生(M

≈80％M)。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。31钻削力、扭矩的经验公式

钻削力即指轴向力，它会引起工艺系统的弹性变形，影响孔的加工质量，影响机床进给机构的强度。扭矩即主运动方向的阻力矩，它与主轴转速决定钻削功率；过大的扭矩会使钻头扭断。在钻床、钻夹具，钻头设计时需用钻削力和扭矩值。钻削力F、扭矩M的经验公式及其中的系数、指数和修正系数可查阅有关设计手册得到。32三、钻头的磨损与耐用度

钻头切削时处于半封闭状态，散热条件比车削时差，热量多集中在钻头上，故钻头磨损较严重。由于钻头上各切削刃的负荷不均匀，因此各部分的磨损也很不均匀。一般，钻头的主切削刃、前刀面、后刀面、棱边、横刃都有磨损，但磨损量最大的是处于切削速度、切削温度较高，强度较弱的钻头外缘处。钻削钢料时，常用外缘处后刀面磨损量VB值作为磨钝标准。钻削铸铁时，则以转角处转角磨损长度△为磨钝标准。钻头的磨损33钻头的耐用度影响钻头耐用度的因素有：钻头材料、钻头几何参数、切削条件。在一定磨钝标准下钻头的总切削时间。1．钻头几何参数对耐用度的影响顶角2

。实验证明，钻削不同材料时，最高耐用度对应的顶角值不同，如以较高钻削速度和中等进给量钻削铸铁时，其最佳顶角2

≈80

；在钻削钢料时，顶角则应适当加大。减短钻头工作部分长度，能减小振动，可提高钻头耐用度。横刃斜角

＝50

～55

范围内，耐用度较高。342．切削条件对耐用度的影响工件材料硬度的均匀性对耐用度影响较显著。钻通孔时，在钻头出口时，进给量瞬时急剧增大，易“扎刀”，使钻头磨损加剧，耐用度下降。钻孔深度越大，排屑、冷却状况变坏，切屑与孔壁间摩擦加剧，钻头耐用度下降。35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，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d

0.15D，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：36(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。371．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

，2

＝116

，

＝30

。钻削45钢时，可提高耐用度1.5～2倍，扭矩降低20％。382.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。39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(2

＝70

～75

)

。由于减小了顶角，使轴向力减小；同时刀尖角增大