《金属切削原理与刀具》课件 6孔加工刀具

第6章孔加工刀具

在机械加工中，孔加工刀具的应用十分广泛，种类也很多，孔加工刀具在工件内部表面工作，因而存在如容屑、排屑、强度、刚度、导向、润滑和冷却等等问题，因此孔加工刀具在设计上有其独特之处。孔加工刀具按用途可分为两大类：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、深孔钻；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、锪钻、铰刀、镗刀、圆拉刀。孔加工刀具第一节

麻花钻麻花钻是孔加工中应用最广泛的刀具，它既可在实心材料上钻孔，也可在原有孔的基础上扩孔。它可用来加工钢材、铸铁，也可以加工铜、铝及其合金，甚至还可加工有机材料和木材等非金属材料。因此，从18世纪至今，麻花钻一直得以广泛应用。钻孔的尺寸精度为IT13～IT11，Ra为25～6.3μm。加工孔径范围为0.1～100mm,φ30mm以下时最常用。孔加工刀具一、麻花钻的组成

1、刀柄用来夹持钻头，用来传递扭矩和轴向力。

直柄——传递扭矩小，一般用于直径d0≤12mm的钻头；

锥柄——一般用于直径d0＞12mm的钻头。2、颈部

柄部和工作部分的连接处，并作为磨削外径时砂轮退刀和打标记的地方，也是柄部与工作部分不同材料的焊接部分。3、工作部分（1）导向部分

钻头的导向部分用于导向、排屑，也是切削部分的备磨部分。由两条螺旋槽所形成的两螺旋形刃瓣组成，两刃瓣由钻芯连接。钻芯直径影响钻头的刚性和螺旋槽截面积。对标准麻花钻而言，为提高钻头的刚性，钻芯直径制成向钻柄方向增大的正锥，其正锥量一般为（1.4～2）mm／100mm。

为减小两螺旋形刃瓣与已加工表面的摩擦，在两刃瓣上制出了两条螺旋棱边（称为刃带），用以引导钻头并形成副切削刃；螺旋槽用以排屑和导入切削液，从而形成前刀面；导向部分的直径向柄部方向逐渐减小，形成倒锥，其倒锥量为（0.03～0.12）mm／l00mm，类似于副偏角，以减小刃带与工件孔壁间的摩擦。

（2）切削部分钻头前端有切削刃的部分。钻头切削部分5条刀刃6个刀面两条副切削刃一条横刃两个螺旋形前刀面两个圆弧段的副后刀面两条主切削刃两个经刃磨获得的后刀面麻花钻的两个刃瓣可以看作两把对称的车刀。其切削部分的构成为：

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----与工件的已加工表面（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----两后刀面在钻芯处的交线。麻花钻切削部分的组成

1－前刀面

2、8－副切削刃

3、7一主切削刃

4、6－后刀面

5一横刃

9一副后面（棱边）图7-1麻花钻的结构和参数a)麻花钻组成b）麻花钻螺旋角c）麻花钻切削部分钻头在制造时控制的尺寸和有关的角度。1、直径d2、钻芯直径d03、螺旋角β

钻头刃带棱边螺旋线展开形成的直线与钻头轴线的夹角。二、麻花钻的结构参数尽管麻花钻的结构较车刀复杂，但从切削刃来看，麻花钻只是有两条对称的主切削刃、两条对称的副切削刃和一条横刃。因此，讨论麻花钻的几何角度，同样可按确定车刀几何角度的方法，即以切削刃为单元确定选定点，根据该点处假定的主运动方向和进给运动方向建立坐标平面，给定测量平面，从而确定其相应的几何角度。麻花钻的主要几何参数有：

顶角2Ф、前角γo、后角αo和横刃斜角ψ等。三、麻花钻的几何角度图7-2麻花钻的基面与切削平面三、

麻

花

钻

的

几

何

角

度顶角2Φ：两主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角。顶角越小→主切削刃越长，单位长度切削刃上的负荷越小，轴向力减小，有利于切削；顶角太小→钻尖强度减弱，不利于提高钻头寿命。标准麻花钻顶角为118°。横刃斜角ψ

：指在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角。顶角和后角越大，横刃斜角越小，横刃越长。一般ψ=50°~55°。标准麻花钻横刃前角为负值，横刃切削极为不利；加工时约有50％的轴向力是由横刃产生的，一般需要修磨横刃。1、钻削运动主运动vc（钻头或工件的旋转运动）；进给运动vf

（钻头的轴向运动）合成运动ve

四、麻花钻的钻削过程钻削用量(1)钻削速度vc：钻头外径处的主运动速度。(2)进给量①每转进给量f（mm／r）②每刃进给量fz（mm／z）(3)背吃刀量ap2、钻削要素切削层参数(1)钻削厚度hD(2)钻削宽度bD(3)切削层面积Ac

每刃切削层面积

切削层总面积图7-4钻削力a）钻头上作用力分解b）钻削力和转矩组成3、钻削力麻花钻实物照片各种刃形麻花钻的实物照片中心钻用来加工轴类零件的中心孔。复合式中心钻：做成两部分，既加工中心孔的圆柱表面，同时又加工中心孔的锥面，可以提高加工效率。

带护锥复合中心钻：不仅可以加工中心孔的圆柱及圆锥表面，又可加工锥角等于120°的护锥表面。

a)无护锥复合中心钻； b)带护锥复合中心钻孔加工刀具中心钻中心钻实物照片涂层中心钻实物照片深孔钻用于加工孔深与孔径之比l/d=20～100的特殊深孔。深孔加工的特点：

（1）不易观测刀具切削情况，只能靠听声音、看出屑、测油压等手段来判断排屑与刀具磨钝情况。（2）切屑排出困难，切屑多易堵塞，易折断钻头，必须保证断屑与排屑通畅。（3）钻头在近似封闭的状态下工作，切削热不易散出，必须采取有效的冷却润滑措施。（4）加工时孔易偏斜，刀具结构上应有导向装置。（5）刀杆细长，刚性差，易振动，孔的精度及表面粗糙度难控制，需合理选择加工工艺与切削用量。因此在加工过程中，必须解决断屑排屑、冷却润滑和导向等问题。

孔加工刀具第二节、深孔钻典型深孔钻（1）外排屑深孔钻（枪钻）加工孔径为1～35mm、深径比大于100的深孔。工作时工件旋转，钻头进给，同时高压切削液由钻杆尾部注入，冷却切削区后沿钻杆外部凹槽将切屑冲刷出来呈外排屑。

图7-12单刃枪钻a)枪钻结构b）枪钻工作示意图c）枪钻受力分析及导向芯柱枪钻实物照片（2）错齿内排屑深孔钻

1-液封头2-进液口3-刀架

4-排液箱5-钻杆6-受液器7-中心架加工孔径为18～180mm、长径比小于100的深孔。工作时，压力切削液从钻杆外圆与工件孔壁之间的间隙流入，冷却润滑切削区后挟带着切屑从钻杆内孔排出。

图7-13喷吸钻工作原理及钻头结构a）喷吸钻削系统b）喷吸钻1-支架2-导向套3-钻头4-内钻管5-外钻管6-连接装7-夹紧装置一、扩孔钻是用来对工件上已有孔扩大孔径或提高孔的加工精度的刀具。它即可用于孔的最终加工，也可作铰孔、磨孔前的预加工（半精加工），在成批或大量生产时应用较广。扩孔钻与麻花钻相似，但齿数较多，一般有3～4齿。加工余量小，主切削刃不通过中心，无横刃，钻芯直径较大，因此扩孔钻的强度和刚性均比麻花钻好，可获得较高的加工质量及生产效率。扩孔的加工精度可达IT10～IT9级，Ra可达6.3～3.2μm。

孔加工刀具第三节、扩孔钻、锪钻、镗刀扩孔钻的结构图7-14扩孔钻的类型a)高速钢扩孔钻b)镶焊硬质合金刀片的套式扩孔钻锪钻用于在已加工孔上锪各种沉头孔和孔端面的凸台平面。

图7-15

锪钻的类型a)带导柱平底锪钻b)带导柱锥面锪钻c)不带导柱锥面锪钻d)端面锪钻孔加工刀具二、锪钻带导柱平底锪钻——适于加工六角头螺栓、带垫圈的六角螺母、圆柱头螺钉的沉头孔。这种锪钻在端面和圆周上都有刀齿，并且有一个导向柱，以保证沉头座和孔保持同轴。锥面锪钻——适于加工锥角为60°、90°、120°的沉头螺钉的沉头座。端面锪钻——只有端面上有切削齿，以刀杆来导向，保证加工平面与孔垂直。

带导柱平底锪钻实物照片不带导柱锥面锪钻实物照片镗刀是在车床、镗床、转塔车床、自动机床以及组合机床上使用的孔加工刀具，尤其适用于箱体孔系及大直径孔的粗加工、半精加工和精加工。一般镗孔的加工精度可达IT8～IT7级，表面粗糙度值可达Ra1.6～0.8μm。若在高精度镗床上进行高速精镗，可以获得更高的加工精度。镗刀种类很多，按切削刃刃数可分为单刃镗刀和双刃镗刀。

①单刃镗刀——机夹式，结构简单，制造方便，通用性好。

孔加工刀具三、镗刀

②多刃镗刀——一种定直径尺寸刀具，两个对称的切削刃，分布在镗杆轴线的两侧，可相互抵消切深抗力，镗杆不受弯曲变形。工件的孔径尺寸与精度由镗刀径向尺寸保证。常用的有固定式镗刀和浮动式镗刀。多采用浮动镗刀,镗刀片与镗杆浮动连接，通过切削时作用在两刃的径向切削力实现刀片的自动定心，以自动补偿由于刀具安装误差及镗杆径向跳动所引起的加工误差。孔加工刀具单刃微调镗刀1—紧固螺钉2—精调螺母3—刀块4—刀片

5—镗杆6—导向键

双刃镗刀1—刀块2—刀片

3—调节螺钉4—斜面垫板

5—紧固螺钉单刃镗刀a)镗通孔b）镗盲孔ab图7-17微调镗刀1-镗刀头2-微调螺母3-螺钉4-波形垫圈5-调节螺母6-导向键7-固定座套微调镗刀实物照片图7-18可调节式硬质合金浮动镗刀a）AC型—加工通孔b）BC型—加工盲孔1-上刀体2-下刀体3-紧固螺钉4-调节螺钉可调节式硬质合金浮动镗刀实物照片

镗刀结构

铰刀是对已有中小直径孔进行半精加工或精加工用的多刃刀具。铰孔是一种操作方便、生产率高、能够获得高质量孔的切削方式，故在生产中应用极为广泛。铰刀齿数多，导向好，容屑槽浅，刚性增加，加工精度可达IT7～IT6级，Ra可达1.6～0.2μm。根据使用方式铰刀可分为手用和机用两大类。

手用铰刀：常为整体式结构，工作部分较长，齿数较多；直柄方头，结构简单，手工操作，使用方便。

机用铰刀：用于在机床上铰孔，常用高速钢制造，按铰刀结构有整体式（锥柄和直柄）和套装式。

孔加工刀具第四节铰刀铰刀的种类硬质合金铰刀粗铰刀精铰刀套式铰刀手动铰刀

a)整体式b)可调式机用铰刀铰刀实物照片铰刀的结构，一般由工作部分、颈部及柄部组成。工作部分包括引导锥、切削部分、校准部分。

引导锥——在铰刀前端制出，使铰刀易于切入预制孔。

校准部——由圆柱与倒锥两部分组成。

圆柱部分用来校准孔的直径尺寸并提高孔的表面质量，以及切削时增强导向作用。倒锥用以减少摩擦（可在校准部分全长上制成倒锥）。铰刀结构

铰刀结构

及几何参数图7-20铰刀的组成及结构a)高速钢机铰刀b）硬质合金铰刀l1—切削部分l2—校准部分l4—柄部l—工作部分铰削过程不完全是一个切削过程，而是包括切削、刮削、挤压、熨平和摩擦等效应的一个综合作用过程。铰削用量

1）铰削余量

粗铰余量为0.10mm～0.35

mm；精铰余量为0.04mm～0.06mm。2）切削速度和进给量铰削速度为1.5m/min～5m/min；铰削钢件时，进给量为0.3mm/r～2mm/r；铰削铸铁件时，进给量为0.5mm/r～3mm/r。

孔加工复合刀具是由两把或两把以上同类或不同类的孔加工刀具经复合后同时或按先后顺序完成不同工序的刀具。这种刀具目前在组合机床及其自动线上获得广泛使用。1．复合刀具的种类

复合刀具种类繁多，按工艺类型可分为同类复合刀具和不同类复合刀具。（1）同类复合刀具——如复合铰刀、复合镗刀、复合钻头、复合扩孔钻、复合丝锥等。在组合机床及其自动线上复合扩孔钻应用的很多，结构形式也有多种。（2）不同类工艺复合刀具——如钻-镗复合刀具、钻-扩-铰复合刀具，钻-扩、钻-铰、钻-攻螺纹、镗-锪、钻-扩-锪等复合刀具。2．复合刀具的特点1）工序集中2）工件安装次数少3）复合刀具的结构较复杂第五节、孔加工复合刀具孔加工刀具图7-24同类工艺复合刀具a)复合钻b）复合扩孔钻c）复合铰刀d）复合镗刀复合钻实物照片复合钻和复合铰刀实物照片复合镗刀实物照片阶梯钻实物照片图7-25不同类工艺复合刀具a）钻-扩复合b）钻-铰复合c）钻-镗复合d）钻-扩-铰复合

e）钻-扩-锪复合f）扩-锪-镗-倒角复合1—钻锪刀体2—调整螺母3—紧定螺钉4—镗刀5—倒角刀6—镗杆本体7—调节螺钉8—楔块9—锪刀片10—调节螺钉11—扁钻钻孔工艺一种高生产率、高精度的多齿刀具,结构复杂，一般是专用刀具，广泛应用于成批大量生产中。拉削时由于拉刀的后一个刀齿高出前一个刀齿，从而能依次从工件上切下很薄的金属层，以获得较高精度和较好的表面质量；可用于加工各种形状的通孔和外表面。第六节、圆拉刀一、拉削特点1、生产率高：拉刀同时参加工作的齿数多，切削刃总长度大，一次行程能够完成粗、半精及精加工。2、加工精度与表面质量高：拉削速度较低（一般为v=2~8m/min），切削厚度很薄（粗切齿为0.02~0.2mm；精切齿为0.005~0.015mm），拉削平稳，拉削精度可达TI8~IT7，表面粗糙度值Ra13.2~0.8μm。3、拉刀耐用度高：拉削速度低，切削温度低，每一刀齿在工作行程中只切削一次，刀具磨损较慢。4、拉削运动简单：拉削只有拉刀的直线主运动，没有进给运动，因此