槍鉆的設(shè)計與應(yīng)用

1、槍鉆的設(shè)計及應(yīng)用槍鉆的設(shè)計及應(yīng)用主講人：劉繼安主講人：劉繼安槍鉆的設(shè)計及應(yīng)用一、槍鉆的外形二、槍鉆刀頭的組成部分設(shè)計及幾何參數(shù)三、槍鉆刀頭材料四、槍鉆刀頭刃形標(biāo)準(zhǔn)形狀及參數(shù)五、目前國際常見刀頭結(jié)構(gòu)發(fā)展六、鉆桿部分參數(shù)槍鉆的設(shè)計及應(yīng)用七、導(dǎo)向和支承八、冷卻液的流量及壓力九、切削用量的選用十、加工質(zhì)量保證的條件十一、機床的選用十二、普通機床的改裝槍 鉆槍鉆外排屑深孔鉆，是深孔加工專用刀具中最早的（50年代）一種專用刀具。它是靠冷卻液的壓力將切屑推出，為了保證孔的精度，除了切削刃外還應(yīng)有導(dǎo)向塊，槍鉆是小直徑深孔加工唯一方法。適用范圍廣泛，適用于加工汽車、船舶熱壓抗震零件，更適宜加工軍品部件。近年來槍

2、鉆頭部改為整體硬質(zhì)合金，尺寸小到1mm，一般在2mm以上，適用于鉆孔深度與孔徑之比大于100小于250的特深孔。槍鉆可用在多種機床上l 最早一般均在專用深孔加工機床上使用l 也適用于普通車床改裝l 更適用于數(shù)控設(shè)備加工中心上使用。槍鉆可加工通孔，也可加工盲孔、階梯孔、交錯孔、半圓孔以及疊層孔等；槍鉆不僅可以加工深孔，也可以加工淺孔。一、槍鉆的外形1.槍鉆包括帶有“V”形切削刃和一個或二個冷卻孔的鉆頭，鉆桿及適用于某種設(shè)備而設(shè)計的傳動器三部分組成，見圖1： 由上圖可見：槍鉆是由鉆桿尾部將油沖入鉆桿內(nèi)部進(jìn)行冷卻和潤滑，幫助排屑，然后再將切屑與冷卻液一起順著“V”槽排入油箱中。 鉆頭大部分為硬質(zhì)合金

3、，其中有整體硬質(zhì)合金或者用刀片焊接在刀頭的體部上，近年來又發(fā)展為不重磨式的機夾刀片，個別也有采用高速鋼制造，但現(xiàn)代很少采用。2.連接形式（國際上的連接形式）：螺紋連接旋轉(zhuǎn)限位V形槽、螺釘栓緊焊接現(xiàn)目前各國聯(lián)接形式多數(shù)為釬焊，V形焊，見圖3：小直徑用銅焊中等直徑用氣焊大直徑用電焊現(xiàn)在國內(nèi)的專業(yè)廠家均采用立式高頻焊（改制） 絕大多數(shù)廠家采用“”形式，因有優(yōu)點，刀頭與鉆桿比較容易對中；個別廠家也有采用“”形式，但應(yīng)用焊接夾具將鉆頭及鉆桿裝夾對中。對中后先焊兩點固定后將夾具去掉再焊接周邊。外排屑深孔鉆（刀片焊接式），當(dāng)直徑大于30時采用K頭部整硬（焊接式）槍鉆，當(dāng)直徑小于30時采用機夾式槍鉆：l刀片及

4、導(dǎo)向塊均可換l使刀體壽命大大延長l對槍鉆結(jié)構(gòu)來講：比較先進(jìn)，直徑大于20時均可采用3.關(guān)于刀頭尺寸及形狀何時加工n （1）最好刀頭與刀桿焊接后進(jìn)行精加工外徑尺寸及幾何角度，這樣可以使刀頭與刀桿對中，這樣要求在精磨各部位尺寸及形狀時再研磨要有一個專用夾具，進(jìn)行磨削，因刀桿是有120槽況且長（后面有支承架）?，F(xiàn)在有不少專業(yè)企業(yè)將20以下的槍鉆均將刀頭焊在刀桿上而后在圓磨床加工外徑及倒錐，這時刀頭與鉆桿外徑同心度控制在不大于0.05mm以內(nèi)，甚至還可以更小些。當(dāng)外徑及倒錐合格后取下，再在普通工具磨床或?qū)Ｓ萌心C加工鉆頭前部各部刃形及后角。n （2）也有廠家將刀頭全部精磨到圖紙要求是并經(jīng)檢驗合格后再焊

5、接，焊接后只是打磨焊口及校正。這時最大缺點：刀頭與鉆桿同心度不易保證。鉆桿的誤差總比上面方法要差些，可是據(jù)了解目前國內(nèi)專業(yè)廠家仍采用此辦法，因刀頭直徑大，普通圓磨床主軸孔穿不過去所致。 n （3）刀桿外形與刀頭的外形對稱問題：理論上要求對稱度誤差越小越好，對使用效果也越理想，但實際上做不到其原因是：l a.刀桿長度太長甚至23米，甚至個別還長。l b.即便刀桿不十分過長，焊后精加工刀頭但圓磨加工中也有一定誤差。l c.個別由于多種原因刀頭精加工后才進(jìn)行焊接，這時對稱度更有困難。（見下圖） 刀頭與刀桿對稱度最好控制在0.1-0.2視直徑大小有關(guān)，因刀桿與刀頭最大尺寸有一定差值，況且直徑越大其兩差

6、值也大，否則無法使用。 總之，當(dāng)?shù)额^直徑在可能條件力爭焊后再進(jìn)行精加工，外刃及其刃形和各部后角。為了保證孔加工精度，其刀頭上有分布合理的導(dǎo)向塊，形成二個導(dǎo)向塊和外切削刃的刃帶三點固定圓，起自行導(dǎo)向作用，見圖4：圖4二、槍鉆刀頭的組成、設(shè)計及幾何參數(shù)刀頭是槍鉆的主要部分，它直接影響加工質(zhì)量，刀具壽命。槍鉆刀頭的組成：有二個切削刃，其這二個切削刃相交處為鉆尖，這二個切削刃稱為內(nèi)刃和外刃，分別具有內(nèi)外角。1.內(nèi)外刃的內(nèi)外角與鉆尖的關(guān)系圖5：槍鉆刀頭切削部分要素 在設(shè)計上必須保證鉆削是徑向力接近平衡（圖b），并使切削刃的合理分布在鉆頭的兩導(dǎo)向塊之間，因此，作用在外，內(nèi)刃上的徑向力分別為： 其中： ,

7、內(nèi)外刃的徑向切削力 f進(jìn)給量 1rf1k11sine2sinDPFFP?r2f2r22sin e sinPFFP1FP2FP 為使徑向力平衡，需（公式）式等于（公式）式，獲得結(jié)果如下： 整理后得到： 由公式得：若 則若 則若 則由此可見， ， ，得選擇是相當(dāng)重要的，它決定著切削刃得受力狀態(tài)。r21rr22r1r1rsinsin2sine?D2rfr1fsine2sinK e ?KDPP1r1r1rr2r2 圖a 圖b 圖c由圖不難看出：外刃徑向力過大，使作用于導(dǎo)向塊得擠壓力加大，摩擦增大會使加工表面惡化，熱量增多。圖內(nèi)刃徑向力增大，會引起孔的直線性偏差增大，和孔徑超差，孔的表面粗糙度下降，切削

8、刃帶過早磨損。最好是：內(nèi)外刃徑向力相等或者外刃徑向力稍許大于內(nèi)刃徑向力，而取時工作狀態(tài)良好，同時又防止了鉆頭中心處切削速度為零，擠壓被切削材料，諸多因素鉆尖要取一個適當(dāng)?shù)木嚯x。 經(jīng)過上面分析得出：通常刀具偏移中心距離e=D/(3-5),現(xiàn)常取e=D/4，對于加工結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵取Kr2=20，Kr1=3040。主切削刃相對中心線位置（前角面與中心的關(guān)系）槍鉆的內(nèi)外刃基本要通過中心或者一定略低于中心，不能高于中心，這主要因為要避免引起崩刃。由于內(nèi)刃低于中心，在鉆削過程中將留有一個很細(xì)的芯棒，詳見圖6：圖6中間芯棒的形成有它一定的作用：l 可減少軸向力l 可減少孔中心線的偏移l 再加上有二個導(dǎo)向部分，

9、更有利于鉆削，支承芯棒直徑不能過大，便于拆斷可同切屑一起排出。 一般芯棒直徑不大于0.4mm，現(xiàn)在有些廠家在生產(chǎn)時控制在0.20.25mm，有的控制在0.10.3mm左右（鋼件），鑄鐵可稍微大些但不能大于0.5mm。 如果計算中心處芯棒是在作螺旋運動，其方法如下公式： 02tan2fhmin上式中進(jìn)給量內(nèi)刃后角計算結(jié)果表明：生產(chǎn)中常取 （鋼件）近年來發(fā)展加工鋼件的鉆頭為例D=20：則h=0.00520=0.1,即前刀面低于中心0.1（芯棒=0.12=0.2）（鑄件最好控制在h=0.30.4）02D01.0005.0hmin ?D005. 0hmin幾何參數(shù)的確定圖7（a）圖7（b）參數(shù)的確定：

10、由上圖指出：外角Kr1，內(nèi)角Kr2外角Kr1外主偏角：孔的加工表面隨外主偏Kr1增加使加工表面粗糙，因為，當(dāng)進(jìn)給量保持恒定時，切削厚度隨Kr1增大而增大。但Kr1不能取得太小，由于刃磨不對稱，當(dāng)?shù)都獯笥贒/4，會使外刃尺寸對面的導(dǎo)向塊承受很大切削力。從加工精度孔徑尺寸超差情況， Kr1取小值更為合理。內(nèi)刃Kr2對孔加工質(zhì)量也有影響，Kr2對孔加工表面質(zhì)量影響比Kr1大得多。因此，尺寸精度要求高，Kr2值應(yīng)選小值。由于很多材料在深孔加工時，還有其他變量，要想制訂能適用于所有情況的刃磨角度是不現(xiàn)實的。因此，刀具幾何參數(shù)應(yīng)根據(jù)加工材料、孔的技術(shù)要求等進(jìn)行選擇，由其內(nèi)外角度變化，一般按照下表選用：部位

11、工 件 材 料脆性材料軟質(zhì)材料低中合金鋼不銹鋼硬鎳、鑄鐵重疊件銅料外角Kr13030153030403024內(nèi)角Kr22020302020201028鉆尖位置D/4D/4D/4D/4D/4D/6D/4直徑大小有關(guān)，常規(guī)直徑4時，Kr1取40；直徑在420時，Kr1取30，Kr2取20；當(dāng)直徑20時，Kr1取20，Kr2取15內(nèi)外前角一般為0這種平面型前面，便于制造，簡化刃磨，再由前圖6（如下）來講：此值選取可按下圖中“h”值選取。后角的選取： 外刃后角 外刃二后角 內(nèi)刃后角 當(dāng)直徑小于4時其內(nèi)外后角可作一個主后角即（見圖7） ， ，一般常取 為25， 為15。 當(dāng)直徑大于4時一般常作為雙后角

12、， 即 取1015，常取12。 常取20，其兩后角寬度b按下表2：/000020020/0002/0表2直徑主后角寬度b倒角b1小于40.4-0.64-200.4-0.80.6-0.820-400.8-1.20.8-1.2 當(dāng)直徑4時則主偏角Kr1的后角只作一個后角即0常取25。 外徑處后角 為減少與孔壁摩擦，保證三點定圓，自行引導(dǎo)作用，將外徑處后角 取1015，并留有一定寬度刃帶b1常取0.40.6mm之間，一邊防止鉆頭劃傷油膜，太寬會使鉆頭擠住在孔中嚴(yán)重時將會使鉆扭斷，太窄會使鉆頭壽命過低。? /0? /0 刀尖后角 為確保鉆削輕快順利，刀尖處應(yīng)磨有后角而且此后角 取25。 倒錐： 倒錐有

13、它重要作用：l a.可減少與孔表面摩擦，減少鉆頭發(fā)熱l b.可保證冷卻潤滑液油膜潤滑，可防止鉆頭導(dǎo)向塊及切削刃表面損壞。 倒錐-是鉆頭切削部最前端向尾部方向減少稱為倒錐。 倒錐值的大小對切削性能都有明顯作用，過大磨損快，過小又會令孔壁接觸對切削十分不利，一般在100mm長度上的減少值。 倒錐值為：（0.04-0.06）/100 總之，倒錐值的確定原則既要考慮工件加工精度又要考慮鉆頭壽命，二者缺一不可。過大會使鉆削產(chǎn)生振動。04044.切削液間隙為增加切削液間隙空間，在鉆頭內(nèi)刃的延長線上磨出切削液間隙角。為順利排屑，避免切屑堆積，使切削液流向排屑。要磨出與徑向成1530，寬度為0.2mm的窄倒角

14、，見圖8見圖8切削液間隙大體有以下三種型式，見下圖（圖9）：n （1）斜坡型：也就內(nèi)刃的延續(xù)，刃磨方便，應(yīng)用廣泛，也就說外角Kr1=30，內(nèi)角Kr2=20，見圖（a） 當(dāng)內(nèi)角Kr215時，切削間隙變窄，這時會使切削液流量向鉆頭排屑槽減少，嚴(yán)重時會影響正常的切削，如果內(nèi)角Kr2過大，Kr23540時會使導(dǎo)向塊前端對切削刃A點距離加大“H”導(dǎo)致切削液漏溢太多圖9n （2）小斜坡斜坡階臺型和大斜坡平階臺型都是針對上述問題采取的措施，通常將內(nèi)刃延長超過軸心線0.150.8mm，再磨出臺階，如圖9的b、c 切削液間隙與鉆頭直徑的關(guān)系見表3鉆頭直徑mm3.1756.359.52512.515.87519.

15、0522.22525.4間隙mm1.5241.7782.2863.0484.0644.8265.3346.365.導(dǎo)向塊位置、寬度和形狀導(dǎo)向塊在深孔加工刀具是個重要部位，它的位置、形狀和尺寸都會影響著深孔加工質(zhì)量。n （1）位置及數(shù)量：導(dǎo)向塊位置分布合理性，要求導(dǎo)向塊與圓周刃帶要形成三點成圓，在孔中形成有力支承和擠壓，其位置分布最好按圖7所示，寬度一般取610mm視直徑大小而定。 導(dǎo)向塊數(shù)量多數(shù)為二個，也個別有二個以上。導(dǎo)向塊形狀：圖10導(dǎo)向塊周邊均應(yīng)倒角且光潔圖中“b”尺寸按直徑大小而定導(dǎo)向塊形狀不可忽視它有以下影響：l a.防止劃傷孔加工表面l b.有助于形成油膜有助于潤滑，從而使導(dǎo)向塊獲

16、得充分的潤滑，從而使導(dǎo)向塊對孔表面粗糙度及刀具壽命都有極大好處。 刀頭長度L視直徑大小而定通常選為3550mm。由其是當(dāng)加工十字貫穿孔選的長些，才能獲得平穩(wěn)切削。n （2）刀頭外徑D-外徑尺寸,它影響孔加工精度，但尚需有高剛性鉆桿，機床等多方配合，孔的公差可達(dá)IT6-IT8級，而刀頭直徑D制造公差可達(dá)IT6-IT7級。三、槍鉆刀頭的材料1.刀頭材料分為整體式，焊接式l a.整體式：多數(shù)為硬質(zhì)合金刀頭l b.焊接式：切削和導(dǎo)向部位硬質(zhì)合金刀片，其體部位普通結(jié)構(gòu)鋼如：40Cr，45鋼等目前世界各國整體硬質(zhì)合金刀頭都已標(biāo)準(zhǔn)化最小有 140mm，其材質(zhì)的選用原則為：l a.要求效率高的應(yīng)采用耐磨性好的

17、l b.工作條件差，較為沉重的切削條件，如：加工斜孔，斷續(xù)切削條件的應(yīng)選用韌性好的其具體選用參考下表4：硬 質(zhì) 合 金 材 質(zhì) 的 選 用 表4工 件 材 料鉆 孔擴(kuò) 孔調(diào)質(zhì)鋼易切調(diào)鋼M20，K20M20，P20滲碳鋼易切滲碳鋼K20P20耐熱鋼K20，M20K20不銹鋼K20 P20P20，K20氮化鋼K20P20灰鑄鐵K10K10黑心可鍛鑄鐵K20K20鑄 鋼M20 P20P20含硅鋁合金K20K20 K10銅，黃銅K20K20材質(zhì)的選用不能固定不變，因新材料不斷出現(xiàn)，要另外選用必要經(jīng)過對比試驗選用，據(jù)了解目前國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)廠家其采用材質(zhì)均為YG6X相當(dāng)于K10。四、槍鉆刀頭刃形目前國際已標(biāo)

18、準(zhǔn)化一般都可參考應(yīng)用詳見以下各圖圖a：一般直徑24mm圖b：一般直徑420圖c：一般直徑20也可制成分屑臺，詳見圖7（d）五、目前國際上對槍鉆刀頭發(fā)展（結(jié)構(gòu)形式）上圖a、b為整體式硬質(zhì)一般由250c.為焊接式硬質(zhì)合金刀片一般由1060d.裝配式一般由2040六、鉆桿部分參數(shù)鉆桿部分參數(shù)包括有直徑、長度、壁厚、內(nèi)徑、形狀等。長度應(yīng)根據(jù)鉆桿深度，機床結(jié)構(gòu)確定，同時要一定儲備量。 1.長度的確定圖中：1-鉆頭，2-工件，3-空心頂尖，4-支座，5-中心架，6-聯(lián)接器（刀柄）總長=a+b+c+d+e+f+g+k式中K保險量（一般可取100-200mm）上式為深孔鉆專用機床鉆頭總長的計算現(xiàn)目前深孔槍鉆可

19、用在普通車床，加工中心上使用其長度可按下式計算，見上圖鉆頭直徑44881818可重磨量15.0203030最小間隙30357080圓柱部51051010201020總長計算公式：L=a+b+c+d+e2.鉆桿直徑 ，一般可按如下方式取值：當(dāng)D=10則 =D-(0.40.5)當(dāng)D=1020則 =D-(0.81.2)當(dāng)D=2030則 =D-(1.21.5)當(dāng)D30則 =D-(1.52)式中 D-鉆頭直徑 -鉆桿直徑 -可按經(jīng)驗公式計算： =D0.953.鉆桿壁厚K：一般可取（0.10.115）D，這時鉆桿內(nèi)徑就為（0.770.8）D，鉆桿槽型見下圖圖15當(dāng)選鉆桿壁厚往往還要考慮無縫鋼管毛坯尺寸，既

20、要考慮使用，又要兼顧毛坯現(xiàn)有條件。/D/D/D/D/D/D/D/D4.目前國際各國多數(shù)取120，見圖16 鉆桿經(jīng)過壓有120V槽后大大增強剛性和抗扭曲性，從而確保了加工精度 C過中心量一般為0.515.鉆桿材料：通常用35CrMo或45鋼，硬度為3845HRC，無縫鋼管圖16七、導(dǎo)向和支承槍鉆刀頭的導(dǎo)向靠機床的導(dǎo)向套起作用。槍鉆本身不能自定心，同時也是不衡的。因此開始加工循環(huán)的開始，槍鉆必須足夠長和高精度孔為導(dǎo)向，或者用導(dǎo)向孔為導(dǎo)向，見圖17對孔的精度、直線性，刀具壽命有著主要的作用。否則槍鉆就無法使用。圖17導(dǎo)向套:通常在大批量或?qū)Ｓ蒙羁足@機床上用導(dǎo)向孔:通常在小批量生產(chǎn)或在改裝機床，加工中

21、心機床等用方便，容易實現(xiàn)1.導(dǎo)向套的長度及孔徑見圖18 -導(dǎo)向套孔徑一般 取的原則DG6則：鉆頭直徑D=12 =G6這又如鉆頭直徑為30，這時有： 長度L常規(guī)取40-60mm，與機床有關(guān)006.0017.0/D12006.0017.0/D/D/D/D009. 0025. 0/30D2.導(dǎo)向套材料及硬度材料選用T10A、T12A，硬度58-62HRC再者選高速鋼W18Cr4V 62-64HRC最好高硬度、高耐磨材料硬質(zhì)合金等YG8、YG6等。3.導(dǎo)向孔見上圖17中的b（非大批量生產(chǎn)時） /D具體尺寸 和L的確定F-引導(dǎo)錐：可避免鉆頭進(jìn)孔時振刀和崩刃D-鉆頭直徑鉆頭直徑LF4約2.5D自定4101

22、0/DD005. 0015. 0D010. 0020. 0D015. 0040. 0當(dāng)在加工中心機床使用槍鉆鉆孔時，操作應(yīng)注意以下幾點（見圖19）l b圖:當(dāng)槍鉆進(jìn)入導(dǎo)向孔的2/3時，這時供冷卻l c圖:當(dāng)槍鉆進(jìn)入導(dǎo)向孔底離不遠(yuǎn)的距離時可開始進(jìn)給，并開始旋轉(zhuǎn)主軸起l d圖:槍鉆鉆到所需深度時需快速返回；當(dāng)槍鉆退到接近原導(dǎo)向時停止主軸旋轉(zhuǎn)，并停止供給冷卻這時將槍鉆抽出（慢速或手搖出）圖19a:當(dāng)槍鉆在工件外面時請不要旋轉(zhuǎn)主軸不供冷卻，慢或手進(jìn)給將槍鉆搖進(jìn)入導(dǎo)向孔，如果旋轉(zhuǎn)其轉(zhuǎn)速不得大于50r/min，緩慢進(jìn)入b:當(dāng)槍鉆進(jìn)入導(dǎo)向孔的2/3時，這時供冷卻c:當(dāng)槍鉆進(jìn)入導(dǎo)向孔底離不遠(yuǎn)的距離時可開始進(jìn)給

23、，并開始旋轉(zhuǎn)主軸d:槍鉆鉆到所需深度時需快速返回；當(dāng)槍鉆退到接近原導(dǎo)向時停止主軸旋轉(zhuǎn)，并停止供給冷卻這時將槍鉆抽出（慢速或手搖出）4.關(guān)于支撐（鉆桿支撐架）槍鉆是加工深孔刀具，鉆桿很多少則2米甚至到45米不等。為確保鉆桿的剛性，因此，要支承架，其支承架的距離一般與直徑有關(guān)。圖13中未支承距離為e、g，參考數(shù)據(jù)見下表5表5槍鉆結(jié)構(gòu)鉆頭直徑mm未支撐距離（e、g）整體式槍鉆12100D26.580D刀頭為整體式釬焊槍桿式2040D203035D314030D405525D八、冷卻液的壓力和流量深孔加工時，冷卻液的主要作用是冷卻、潤滑、沖刷、減振和消聲。切削過程中切削力作用于導(dǎo)向塊上，與孔壁產(chǎn)生較大的摩擦力，他們都會轉(zhuǎn)變成熱量，這些熱量靠冷卻液帶走。除冷卻、潤滑和防腐性能外，還要考慮刀經(jīng)濟(jì)性，加工脆性材料、鑄鐵等時用1%2%左右的乳化液，其最佳溫度為3555；加工鋼件建議采用50時粘度1.7E,在20時粘度為3.5E的切削油，可適當(dāng)加入些添加劑。其作用是使相