金屬切削原理與刀具第七章孔加工刀具

1、7.1孔加工刀具的種類及用途,3中心鉆,主要用于加工軸類零件的中心孔，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為無護(hù)錐中心鉆（見圖7.1a）和帶護(hù)錐中心鉆（見圖7.1b）兩種。,深孔鉆：用來加工長(zhǎng)徑比較大的孔（詳見第二節(jié)）,7.1.2 對(duì)已有孔加工用刀具,1鉸刀：,2鏜刀,鉸刀是孔的精加工刀具，也可用于高精度孔的半精加工。（詳見第三節(jié)）,鏜刀是一種很常見的擴(kuò)孔用刀具，鏜孔的加工精度可達(dá)IT6IT8，加工表面粗糙度Ra可達(dá)6.30.8m，用于較大直徑的孔的粗加工、半精加工和精加工。根據(jù)鏜刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用方式，可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。,單刃鏜刀,雙刃鏜刀,3擴(kuò)孔鉆,用途：用于鉸或磨前的預(yù)加工或毛胚孔的擴(kuò)大,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及

2、優(yōu)點(diǎn),外形與麻花鉆相類似。通常有三四個(gè)刃帶，沒有橫刃，前角和后角沿切削刃的變化小，故加工時(shí)導(dǎo)向效果好，軸向抗力小，切削條件優(yōu)于鉆孔。另外，擴(kuò)孔鉆主切削刃較短，容屑槽淺；刀齒數(shù)目多，鉆芯粗壯，剛度強(qiáng)，切削過程平穩(wěn)。再加上擴(kuò)孔余量小。因此，擴(kuò)孔時(shí)可采用較大的切削用 量,結(jié)構(gòu)形式見圖,4锪鉆,锪鉆用于在孔的端面上加工圓柱形沉頭孔（圖a）、錐形沉頭孔（b）或凸臺(tái)表面（圖c）。,7.2 麻花鉆,生產(chǎn)中使用最多的是麻花鉆，對(duì)于直徑為0.1mm80mm的孔，都可使用麻花鉆加工但主要用于孔的粗加工，IT11級(jí)以下；表面粗糙度Ra25m 6. 3 m 。,7.2.1麻花鉆的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù),1、麻花鉆的結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)

3、麻花鉆的結(jié)構(gòu)如圖7.7a、b所示，有柄部、頸部和工作部分組成。,圖7.7 麻花鉆的結(jié)構(gòu)1,（1）柄部,（2）頸部,鉆頭的夾持部分，與機(jī)床連接，并在鉆孔時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向力。有錐柄和直柄兩種。直柄主要用于直徑小于12mm的小麻花鉆。錐柄用于直徑較大的麻花鉆，錐柄鉆頭的扁尾用于傳遞轉(zhuǎn)矩和拆卸鉆頭。,是磨削鉆頭柄部時(shí)的砂輪越程槽，常用來標(biāo)鉆頭的規(guī)格。,（3）工作部分,鉆頭的主要部分，由切削部分和導(dǎo)向部分組成。,切削部分擔(dān)負(fù)著切削工作，有兩個(gè)前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃及一個(gè)橫刃組成,起導(dǎo)向作用，也是切削部分的備磨部分。為減少導(dǎo)向部分與孔壁的摩擦，其外徑（即兩條刃帶上）磨有倒錐。,圖7.7

4、麻花鉆的結(jié)構(gòu),2麻花鉆的幾何參數(shù),（1）螺旋角,指鉆頭最外緣處螺旋線的切線與鉆頭軸線的夾角 ，外徑處最大。螺旋角的大小不僅影響排屑情況，而且它就是鉆頭的軸向前角。（圖7.8）,圖7.8 麻花鉆的幾何參數(shù),（2）頂角2,指兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角 。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的頂角一般為118o（圖7.8）,主偏角r,在主切削刃上選定點(diǎn)的基面內(nèi)度量的假定工作平面與切削平面之間的夾角。主切削刃上各點(diǎn)的主偏角是變化的，愈接近鉆心，主偏角愈小。,主偏角與頂角的關(guān)系為：,stm主切削刃上任意點(diǎn)的端面刃傾角。,（3）前角o,是在正交平面內(nèi)測(cè)量的前刀面與基面間的夾角 。（圖7.8 ）,由于鉆頭的前刀面是螺旋

5、面，且各點(diǎn)處的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各處的前角也是不相同的，由外緣向中心逐漸減小。在圖樣上，鉆頭的前角不予標(biāo)注，而用螺旋角表示。,（4）后角f,是在以鉆頭軸線為軸心的圓柱面的切平面內(nèi)測(cè)量的切削平面與主后刀面之間的夾角。住切削刃上任一點(diǎn)m處的后角用fm 表示。,為改善切削條件，并能與切削刃上變化的前角相適應(yīng)，而使各點(diǎn)的楔角大致相等，麻花鉆的后角刃磨時(shí)應(yīng)由外緣向中心逐漸增大。,（5）橫刃角度,橫刃角度包括橫刃斜角、橫刃前角o、和橫刃后角 o。（圖7.9）,由于橫刃前角為負(fù)值，因此橫刃的切削條件很差，切削時(shí)因產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓而產(chǎn)生很大的軸向力。 對(duì)于直徑較大的麻花鉆，一般都需要修磨橫

6、刃。,圖7.9 橫刃的幾何角度,7.2.2 鉆削原理,鉆削是使用鉆頭在實(shí)體材料上加工孔的最常用的方法，其加工精度可達(dá)IT12IT11表面粗糙度Ra可達(dá)12.56.3m，可作為攻絲、擴(kuò)孔、鉸孔和鏜孔的預(yù)備加工。,1鉆削運(yùn)動(dòng),由主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所組成。其中，鉆頭（在鉆床上加工時(shí)）或工件（在車床上加工時(shí)）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)；鉆頭的軸向運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。,2鉆削用量,鉆削速度：,（2）進(jìn)給量f 和每刃進(jìn)給量af 鉆頭或工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，鉆頭相對(duì)于工件的軸向位移（或在進(jìn)給方向的位移量）稱進(jìn)給量f（mm/r）。由于麻花鉆有兩個(gè)切削刃，故每齒進(jìn)給量為f z =f/2 （mm/z）。,（3）背吃刀量ap,在基面上垂

7、直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向度量的尺寸，它是鉆頭的半徑,切削刃上選定點(diǎn)m相對(duì)于工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度,3鉆削的工藝特點(diǎn),（1）導(dǎo)向定心, 預(yù)鉆錐形定心孔 對(duì)于大直徑孔（直徑大于30mm），分兩次鉆孔 刃磨鉆頭時(shí)，盡可能使兩切削刃對(duì)稱 。,（2）冷卻問題：根據(jù)具體的加工條件，采用合理的冷卻方法。,（3）排屑問題,在普通鉆削加工中，采用定時(shí)回退的方法，把切屑排出；深孔加工中，要通過鉆頭的結(jié)構(gòu)和冷卻措施結(jié)合，由壓力冷卻液把切屑強(qiáng)制排出。,7.2.3 麻花鉆的結(jié)構(gòu)缺陷與刃磨,1麻花鉆的結(jié)構(gòu)缺陷,（1）主切削刃各點(diǎn)的前角、后角各不相同，切削能力懸殊；刃傾角和切削速度方向也不同，各點(diǎn)的切屑流出方向不同，不利于切屑的卷

8、曲， （2）主切削刃全刃參加切削，刃上各點(diǎn)的切削速度不相等，容易形成螺旋形切削，排屑困難。 （3）螺旋槽使鉆心更細(xì)，鉆頭的剛度低；孔的軸線容易偏斜；橫刃前角為負(fù)值，鉆削時(shí)軸向抗力大，定心困難。 （4）刀尖和主、副切削刃交匯處切削速度最高、刀尖角小，副切削刃后角為零。故刀尖處摩擦最大，磨損最快。,2麻花鉆的刃磨,（1）刃磨過渡刃,標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆的外緣是主副切削刃的交點(diǎn)，此處磨損最快?？蓪⒃撎幮弈コ呻p重頂角，當(dāng)直徑大于50mm時(shí)，還可磨出三重頂角，也可磨出圓弧刃 （相當(dāng)于多重頂角）。由于此類修磨會(huì)使變形和切削力增大，故對(duì)于塑性大的金屬不宜采用。,圖7.10 修磨過渡刃,（2）修磨橫刃,橫刃切削條件差，

9、將原來的橫刃長(zhǎng)度修磨短，同時(shí)修磨出前角，有利于鉆頭的定心和減小軸向力。如圖 所示,圖7.11 修磨橫刃,（3）修磨前刀面,加工硬脆材料時(shí)，將靠近外緣處的前刀面磨平一些以減小前角，如圖（a）所示。加工強(qiáng)度很低的材料時(shí)，為了減小切削變形，可在前刀面上磨出卷屑槽，以增大前角如圖（b）所示。,（4）修磨分屑槽,在鉆削塑性材料或尺寸較大的孔時(shí)，為了便于排屑，可在兩主切削刃的后刀面上交錯(cuò)磨出分屑槽，也可在前刀面上軋制出分屑槽，使切屑分割成窄條，便于排屑。,注意,開分屑槽時(shí)應(yīng)注意 ： a槽深要大于進(jìn)給量；b兩個(gè)主切削刃上后面上的分屑槽徑向位置應(yīng)錯(cuò)開。c分屑槽側(cè)面應(yīng)呈圓喇叭形，以保證側(cè)刃（開分屑槽形成的）有一

10、定的后角，,（5）修磨刃帶,加工軟材料時(shí)，為了減小刃帶與孔壁的摩擦，對(duì)于直徑大于12mm以上的鉆頭，可根據(jù)圖7.14所示對(duì)刃帶進(jìn)行修磨。,7.2.4 深孔鉆,1槍鉆,槍鉆最早用于鉆槍孔而得名，多用于加工直徑較?。?13mm）、長(zhǎng)徑比較大（100250mm）的深孔。加工后精度可達(dá)IT10IT8，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.20.8m，孔的直線性較好。, 結(jié)構(gòu)如圖7.15所示,工作原理如圖7.16所示,圖7.15 槍鉆的結(jié)構(gòu),圖7.16 槍鉆的工作原理,（3）特點(diǎn),槍鉆的外刃偏角略大于內(nèi)刃偏角，外刃所受徑向力略大于內(nèi)刃的徑向力。使鉆頭的支撐面始終緊貼孔壁，又鉆頭前面及切削刃不通過中心，避免了切削速度為

11、零的不利情況，并在孔底形成一芯柱，此芯柱在切削過程中具有阻抗徑向振動(dòng)的作用。具有導(dǎo)向作用，并可防止孔徑擴(kuò)大。 由于切削液進(jìn)出路分開，使切削液在高壓下，不受干擾，容易到達(dá)切削區(qū)，解決了冷卻、潤(rùn)滑問題； 刀尖具有偏心e，切削時(shí)可起分屑作用，切屑變窄，切削液便于將切屑沖出，排屑容易。,2錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆,錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆根據(jù)刀片的鑲嵌方式一般有焊接式和可轉(zhuǎn)位式，如圖7.19a、b所示。 該鉆頭的切削部分呈交錯(cuò)齒排列（故稱錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆），其后部的矩形螺紋與中空的鉆桿連接。 適用于加工直徑15180mm的孔。 其結(jié)構(gòu)和工作原理見下張幻燈片。,圖7.17 錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)及工作原理,3噴吸鉆,噴吸

12、鉆是一種新型的高效、高質(zhì)量加工的內(nèi)排協(xié)深孔鉆，用于加工長(zhǎng)徑比小于100，直徑為1665mm的孔，鉆孔精度為IT10IT11，加工表面粗糙度Ra為0.83.2m，孔的直線度為1000:0.1。,噴吸鉆的切削部分與錯(cuò)齒內(nèi)排協(xié)鉆頭基本相同。它的鉆桿由內(nèi)鉆管及外鉆管組成，內(nèi)外鉆管之間留有環(huán)形空隙。利用的是流體的噴吸效應(yīng)原理 。如圖7.18所示。,圖7.18 噴吸鉆,4套料鉆,套料鉆又叫環(huán)孔鉆，用來加工直徑大于60mm的孔。由于它切下的金屬少，節(jié)省了金屬材料、刀具和動(dòng)力的消耗。生產(chǎn)率高，加工精度也高。因此在重型機(jī)械的孔加工中應(yīng)用較多。,7.3 鉸刀,鉸刀是孔的精加工刀具，也可用于半精加工。鉸孔余量小，常

13、用于鉆孔或擴(kuò)孔等工序之后。為了提高鉸孔精度，鉸孔時(shí)，最好是工件旋轉(zhuǎn)，鉸刀只作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。但也可采用鉸刀既旋轉(zhuǎn)又進(jìn)給，工件固定不動(dòng)的辦法。,7.3.1 鉸刀種類和用途,1鉸刀的種類 ：見圖7.20,2用途,鉸削適用于孔的精加工和半精加工，也可用于磨孔或研孔前的預(yù)加工。 鉸刀是定尺寸刀具，適合于小直徑孔的精加工和半精加工。,圖7.20 鉸刀的種類,7.3.2 鉸刀的結(jié)構(gòu)與幾何參數(shù),1鉸刀的結(jié)構(gòu),鉸刀有工作部分、頸部和柄部組成,工作部分包括切削部分和修光部分，切削部分呈錐形，擔(dān)負(fù)主要的切削工作；修光部分用于校準(zhǔn)孔徑、修光孔壁和導(dǎo)向,鉸刀的柄部為夾持和傳遞扭矩的部分，手用鉸刀一般為直柄，機(jī)用鉸刀多為錐柄

14、。,2 鉸刀的結(jié)構(gòu)參數(shù),1）直徑及其公差G,鉸刀是定尺寸刀具，直徑及其公差的選取主要取決于被加工孔的直徑及其精度，同時(shí)，也要考慮鉸刀的使用壽命和制造成本。,鉸刀的公稱直徑d0是指校準(zhǔn)部分的圓柱部分的直徑，它應(yīng)等于被加工孔的基本尺寸dww，而其工差則與被鉸削孔的公差、鉸刀的制造公差、鉸刀的磨損儲(chǔ)備量H和鉸削過程中孔徑的變形性質(zhì)有關(guān)。, 加工后孔徑擴(kuò)大,鉸孔時(shí)，由工藝系統(tǒng)引起的顫動(dòng)以及鉸刀的安裝偏差、切削液和積屑瘤等因素的影響，都會(huì)使孔徑擴(kuò)張。這時(shí)，鉸刀直徑的極限尺寸可由下式計(jì)算：,d0max：鉸刀的最大極限尺寸 ； d0min：鉸刀的最小極限尺寸 ；Pmax：鉸孔時(shí)孔的最大擴(kuò)張量, 加工后孔徑縮

15、小,鉸削力較大或工件孔壁較薄時(shí)，由于工件的彈性變形或熱變形的恢復(fù)，鉸孔后孔徑常會(huì)縮小。,Pmin：鉸孔后孔的直徑最小收縮量,2）齒數(shù)z及槽形,（1）齒數(shù),鉸刀齒數(shù)一般為412個(gè)。通常在保證刀齒強(qiáng)度的和容屑空間的條件下，應(yīng)選取較多的齒數(shù)。鉸刀的齒數(shù)和鉸刀的直徑及加工材料的性質(zhì)有關(guān)。大直徑鉸刀取較多齒數(shù)；加工韌性材料取較小齒數(shù)；加工脆性材料取較多齒數(shù)。為了便于測(cè)量直徑，鉸刀齒數(shù)一般取偶數(shù)。刀齒在圓周上一般為等齒距分布。在某些特定情況下，也可選用不等齒距結(jié)構(gòu)。,（2）鉸刀的齒槽形式,鉸刀的齒槽形式有直線形、折線形和圓弧形三種 （分別如圖a、b、c）,圖7.22 鉸刀的齒槽形式,3鉸刀的幾何角度,（1

16、）前角o,一般取0。粗鉸塑性材料時(shí)，為了減少變形及抑制積屑瘤的產(chǎn)生，可取o=510，硬質(zhì)合金鉸刀為防止崩刃，取o=05。,（2）后角o,鉸刀后角較?。ㄒ话鉶為68）。高速鋼鉸刀切削部分的刀齒刃磨后應(yīng)鋒利不留刃帶，校準(zhǔn)部分刀齒則必須留有0.050.3mm寬的刃帶，以起修光和導(dǎo)向作用，也便于鉸刀制造和檢驗(yàn)。,（3）切削錐角2,切削錐角主要影響進(jìn)給抗力的大小、孔的加工精度和表面粗糙度以及刀具耐用度。手用鉸刀取較小的2值，通常=13。對(duì)于機(jī)用鉸刀，工作時(shí)的導(dǎo)向由機(jī)床及夾具來保證，故可選用較大的值。加工鋼料時(shí)=30，加工鑄鐵等脆性材料時(shí)=610，加工盲孔時(shí)=90。,（4）刃傾角s,在鉸削塑性材料時(shí)，高速

17、鋼直槽鉸刀切削部分的切削刃，沿軸線傾斜1520形成刃傾角s，它適用于加工較大的孔。硬質(zhì)合金鉸刀一般取s=0。鉸削盲孔用帶刃傾角的鉸刀，但在鉸刀端部開一沉頭孔以容納切屑，如圖7.23,圖7.23,7.3.3 鉸削特點(diǎn)與鉸刀的合理利用,1鉸削的特點(diǎn),鉸削精度高,鉸刀齒數(shù)多，心部直徑大，導(dǎo)向性及剛性好。余量小，切削速度低，且具有修光的作用，故加工精度和表面質(zhì)量高。,鉸削效率高,鉸刀屬于多齒刀具，其進(jìn)給量比較大，所以生產(chǎn)效率要高。,適應(yīng)性差,一種鉸刀只能用于加工一種尺寸的孔。此外，鉸削對(duì)孔經(jīng)也有限制，一般應(yīng)小于80mm。,2鉸刀的合理利用,（1）合理選擇鉸刀的直徑 （2）鉸刀的裝夾要合理 （3）鉸削余

18、量要適中 （4）選擇合適的切削用量并合理澆注切削液 （5）合理刃磨,并認(rèn)真鐾刀 （6）根據(jù)加工對(duì)象正確選擇鉸刀的類型,7.4 孔加工復(fù)合刀具,復(fù)合刀具是將兩把或兩把以上的同類或不同類的孔加工刀具組合成一體的專用刀具，它能在一次加工的過程中，完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪孔和鏜孔等多工序不同的工藝復(fù)合，具有高效率、高精度、高可靠性的成形加工特點(diǎn)。,1.復(fù)合刀具有以下特征：,（1）可同時(shí)或順序加工幾個(gè)表面，減少機(jī)動(dòng)和輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)率； （2）可減少工件的安裝次數(shù)或夾具的轉(zhuǎn)位次數(shù)，以減小和降低定位誤差； （3）降低對(duì)機(jī)床的復(fù)雜性要求，減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，節(jié)約費(fèi)用，降低制造成本； （4）可保證加工表面間的相互位置精度，加工質(zhì)量高。,2.常用孔加工復(fù)合刀具,1復(fù)合鉆,通常在