《金屬切削原理與刀具》課件 6孔加工刀具

第6章孔加工刀具

在機(jī)械加工中，孔加工刀具的應(yīng)用十分廣泛，種類(lèi)也很多，孔加工刀具在工件內(nèi)部表面工作，因而存在如容屑、排屑、強(qiáng)度、剛度、導(dǎo)向、潤(rùn)滑和冷卻等等問(wèn)題，因此孔加工刀具在設(shè)計(jì)上有其獨(dú)特之處?？准庸さ毒甙从猛究煞譃閮纱箢?lèi)：一類(lèi)是從實(shí)體材料上加工出孔的刀具，如：扁鉆、麻花鉆、中心鉆、深孔鉆；另一類(lèi)是對(duì)工件上已有孔進(jìn)行再加工的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆、锪鉆、鉸刀、鏜刀、圓拉刀。孔加工刀具第一節(jié)

麻花鉆麻花鉆是孔加工中應(yīng)用最廣泛的刀具，它既可在實(shí)心材料上鉆孔，也可在原有孔的基礎(chǔ)上擴(kuò)孔。它可用來(lái)加工鋼材、鑄鐵，也可以加工銅、鋁及其合金，甚至還可加工有機(jī)材料和木材等非金屬材料。因此，從18世紀(jì)至今，麻花鉆一直得以廣泛應(yīng)用。鉆孔的尺寸精度為IT13～I(xiàn)T11，Ra為25～6.3μm。加工孔徑范圍為0.1～100mm,φ30mm以下時(shí)最常用?？准庸さ毒咭?、麻花鉆的組成

1、刀柄用來(lái)夾持鉆頭，用來(lái)傳遞扭矩和軸向力。

直柄——傳遞扭矩小，一般用于直徑d0≤12mm的鉆頭；

錐柄——一般用于直徑d0＞12mm的鉆頭。2、頸部

柄部和工作部分的連接處，并作為磨削外徑時(shí)砂輪退刀和打標(biāo)記的地方，也是柄部與工作部分不同材料的焊接部分。3、工作部分（1）導(dǎo)向部分

鉆頭的導(dǎo)向部分用于導(dǎo)向、排屑，也是切削部分的備磨部分。由兩條螺旋槽所形成的兩螺旋形刃瓣組成，兩刃瓣由鉆芯連接。鉆芯直徑影響鉆頭的剛性和螺旋槽截面積。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆而言，為提高鉆頭的剛性，鉆芯直徑制成向鉆柄方向增大的正錐，其正錐量一般為（1.4～2）mm／100mm。

為減小兩螺旋形刃瓣與已加工表面的摩擦，在兩刃瓣上制出了兩條螺旋棱邊（稱(chēng)為刃帶），用以引導(dǎo)鉆頭并形成副切削刃；螺旋槽用以排屑和導(dǎo)入切削液，從而形成前刀面；導(dǎo)向部分的直徑向柄部方向逐漸減小，形成倒錐，其倒錐量為（0.03～0.12）mm／l00mm，類(lèi)似于副偏角，以減小刃帶與工件孔壁間的摩擦。

（2）切削部分鉆頭前端有切削刃的部分。鉆頭切削部分5條刀刃6個(gè)刀面兩條副切削刃一條橫刃兩個(gè)螺旋形前刀面兩個(gè)圓弧段的副后刀面兩條主切削刃兩個(gè)經(jīng)刃磨獲得的后刀面麻花鉆的兩個(gè)刃瓣可以看作兩把對(duì)稱(chēng)的車(chē)刀。其切削部分的構(gòu)成為：

前刀面----螺旋槽的螺旋面；

主后刀面----與工件過(guò)渡表面（孔底）相對(duì)的端部?jī)汕妫?/p>

副后刀面----與工件的已加工表面（孔壁）相對(duì)的兩條棱邊；

主切削刃----螺旋槽與主后刀面的兩條交線；

副切削刃----棱邊與螺旋槽的兩條交線；

橫刃----兩后刀面在鉆芯處的交線。麻花鉆切削部分的組成

1－前刀面

2、8－副切削刃

3、7一主切削刃

4、6－后刀面

5一橫刃

9一副后面（棱邊）圖7-1麻花鉆的結(jié)構(gòu)和參數(shù)a)麻花鉆組成b）麻花鉆螺旋角c）麻花鉆切削部分鉆頭在制造時(shí)控制的尺寸和有關(guān)的角度。1、直徑d2、鉆芯直徑d03、螺旋角β

鉆頭刃帶棱邊螺旋線展開(kāi)形成的直線與鉆頭軸線的夾角。二、麻花鉆的結(jié)構(gòu)參數(shù)盡管麻花鉆的結(jié)構(gòu)較車(chē)刀復(fù)雜，但從切削刃來(lái)看，麻花鉆只是有兩條對(duì)稱(chēng)的主切削刃、兩條對(duì)稱(chēng)的副切削刃和一條橫刃。因此，討論麻花鉆的幾何角度，同樣可按確定車(chē)刀幾何角度的方法，即以切削刃為單元確定選定點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)處假定的主運(yùn)動(dòng)方向和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向建立坐標(biāo)平面，給定測(cè)量平面，從而確定其相應(yīng)的幾何角度。麻花鉆的主要幾何參數(shù)有：

頂角2Ф、前角γo、后角αo和橫刃斜角ψ等。三、麻花鉆的幾何角度圖7-2麻花鉆的基面與切削平面三、

麻

花

鉆

的

幾

何

角

度頂角2Φ：兩主切削刃在與它們平行的平面上投影的夾角。頂角越小→主切削刃越長(zhǎng)，單位長(zhǎng)度切削刃上的負(fù)荷越小，軸向力減小，有利于切削；頂角太小→鉆尖強(qiáng)度減弱，不利于提高鉆頭壽命。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頂角為118°。橫刃斜角ψ

：指在端面投影中橫刃與主切削刃之間的夾角。頂角和后角越大，橫刃斜角越小，橫刃越長(zhǎng)。一般ψ=50°~55°。標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆橫刃前角為負(fù)值，橫刃切削極為不利；加工時(shí)約有50％的軸向力是由橫刃產(chǎn)生的，一般需要修磨橫刃。1、鉆削運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)vc（鉆頭或工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)vf

（鉆頭的軸向運(yùn)動(dòng)）合成運(yùn)動(dòng)ve

四、麻花鉆的鉆削過(guò)程鉆削用量(1)鉆削速度vc：鉆頭外徑處的主運(yùn)動(dòng)速度。(2)進(jìn)給量①每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f（mm／r）②每刃進(jìn)給量fz（mm／z）(3)背吃刀量ap2、鉆削要素切削層參數(shù)(1)鉆削厚度hD(2)鉆削寬度bD(3)切削層面積Ac

每刃切削層面積

切削層總面積圖7-4鉆削力a）鉆頭上作用力分解b）鉆削力和轉(zhuǎn)矩組成3、鉆削力麻花鉆實(shí)物照片各種刃形麻花鉆的實(shí)物照片中心鉆用來(lái)加工軸類(lèi)零件的中心孔。復(fù)合式中心鉆：做成兩部分，既加工中心孔的圓柱表面，同時(shí)又加工中心孔的錐面，可以提高加工效率。

帶護(hù)錐復(fù)合中心鉆：不僅可以加工中心孔的圓柱及圓錐表面，又可加工錐角等于120°的護(hù)錐表面。

a)無(wú)護(hù)錐復(fù)合中心鉆； b)帶護(hù)錐復(fù)合中心鉆孔加工刀具中心鉆中心鉆實(shí)物照片涂層中心鉆實(shí)物照片深孔鉆用于加工孔深與孔徑之比l/d=20～100的特殊深孔。深孔加工的特點(diǎn)：

（1）不易觀測(cè)刀具切削情況，只能靠聽(tīng)聲音、看出屑、測(cè)油壓等手段來(lái)判斷排屑與刀具磨鈍情況。（2）切屑排出困難，切屑多易堵塞，易折斷鉆頭，必須保證斷屑與排屑通暢。（3）鉆頭在近似封閉的狀態(tài)下工作，切削熱不易散出，必須采取有效的冷卻潤(rùn)滑措施。（4）加工時(shí)孔易偏斜，刀具結(jié)構(gòu)上應(yīng)有導(dǎo)向裝置。（5）刀桿細(xì)長(zhǎng)，剛性差，易振動(dòng)，孔的精度及表面粗糙度難控制，需合理選擇加工工藝與切削用量。因此在加工過(guò)程中，必須解決斷屑排屑、冷卻潤(rùn)滑和導(dǎo)向等問(wèn)題。

孔加工刀具第二節(jié)、深孔鉆典型深孔鉆（1）外排屑深孔鉆（槍鉆）加工孔徑為1～35mm、深徑比大于100的深孔。工作時(shí)工件旋轉(zhuǎn)，鉆頭進(jìn)給，同時(shí)高壓切削液由鉆桿尾部注入，冷卻切削區(qū)后沿鉆桿外部凹槽將切屑沖刷出來(lái)呈外排屑。

圖7-12單刃槍鉆a)槍鉆結(jié)構(gòu)b）槍鉆工作示意圖c）槍鉆受力分析及導(dǎo)向芯柱槍鉆實(shí)物照片（2）錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆

1-液封頭2-進(jìn)液口3-刀架

4-排液箱5-鉆桿6-受液器7-中心架加工孔徑為18～180mm、長(zhǎng)徑比小于100的深孔。工作時(shí)，壓力切削液從鉆桿外圓與工件孔壁之間的間隙流入，冷卻潤(rùn)滑切削區(qū)后挾帶著切屑從鉆桿內(nèi)孔排出。

圖7-13噴吸鉆工作原理及鉆頭結(jié)構(gòu)a）噴吸鉆削系統(tǒng)b）噴吸鉆1-支架2-導(dǎo)向套3-鉆頭4-內(nèi)鉆管5-外鉆管6-連接裝7-夾緊裝置一、擴(kuò)孔鉆是用來(lái)對(duì)工件上已有孔擴(kuò)大孔徑或提高孔的加工精度的刀具。它即可用于孔的最終加工，也可作鉸孔、磨孔前的預(yù)加工（半精加工），在成批或大量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)用較廣。擴(kuò)孔鉆與麻花鉆相似，但齒數(shù)較多，一般有3～4齒。加工余量小，主切削刃不通過(guò)中心，無(wú)橫刃，鉆芯直徑較大，因此擴(kuò)孔鉆的強(qiáng)度和剛性均比麻花鉆好，可獲得較高的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率。擴(kuò)孔的加工精度可達(dá)IT10～I(xiàn)T9級(jí)，Ra可達(dá)6.3～3.2μm。

孔加工刀具第三節(jié)、擴(kuò)孔鉆、锪鉆、鏜刀擴(kuò)孔鉆的結(jié)構(gòu)圖7-14擴(kuò)孔鉆的類(lèi)型a)高速鋼擴(kuò)孔鉆b)鑲焊硬質(zhì)合金刀片的套式擴(kuò)孔鉆锪鉆用于在已加工孔上锪各種沉頭孔和孔端面的凸臺(tái)平面。

圖7-15

锪鉆的類(lèi)型a)帶導(dǎo)柱平底锪鉆b)帶導(dǎo)柱錐面锪鉆c)不帶導(dǎo)柱錐面锪鉆d)端面锪鉆孔加工刀具二、锪鉆帶導(dǎo)柱平底锪鉆——適于加工六角頭螺栓、帶墊圈的六角螺母、圓柱頭螺釘?shù)某令^孔。這種锪鉆在端面和圓周上都有刀齒，并且有一個(gè)導(dǎo)向柱，以保證沉頭座和孔保持同軸。錐面锪鉆——適于加工錐角為60°、90°、120°的沉頭螺釘?shù)某令^座。端面锪鉆——只有端面上有切削齒，以刀桿來(lái)導(dǎo)向，保證加工平面與孔垂直。

帶導(dǎo)柱平底锪鉆實(shí)物照片不帶導(dǎo)柱錐面锪鉆實(shí)物照片鏜刀是在車(chē)床、鏜床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、自動(dòng)機(jī)床以及組合機(jī)床上使用的孔加工刀具，尤其適用于箱體孔系及大直徑孔的粗加工、半精加工和精加工。一般鏜孔的加工精度可達(dá)IT8～I(xiàn)T7級(jí)，表面粗糙度值可達(dá)Ra1.6～0.8μm。若在高精度鏜床上進(jìn)行高速精鏜，可以獲得更高的加工精度。鏜刀種類(lèi)很多，按切削刃刃數(shù)可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。

①單刃鏜刀——機(jī)夾式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，通用性好。

孔加工刀具三、鏜刀

②多刃鏜刀——一種定直徑尺寸刀具，兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的切削刃，分布在鏜桿軸線的兩側(cè)，可相互抵消切深抗力，鏜桿不受彎曲變形。工件的孔徑尺寸與精度由鏜刀徑向尺寸保證。常用的有固定式鏜刀和浮動(dòng)式鏜刀。多采用浮動(dòng)鏜刀,鏜刀片與鏜桿浮動(dòng)連接，通過(guò)切削時(shí)作用在兩刃的徑向切削力實(shí)現(xiàn)刀片的自動(dòng)定心，以自動(dòng)補(bǔ)償由于刀具安裝誤差及鏜桿徑向跳動(dòng)所引起的加工誤差。孔加工刀具單刃微調(diào)鏜刀1—緊固螺釘2—精調(diào)螺母3—刀塊4—刀片

5—鏜桿6—導(dǎo)向鍵

雙刃鏜刀1—刀塊2—刀片

3—調(diào)節(jié)螺釘4—斜面墊板

5—緊固螺釘單刃鏜刀a)鏜通孔b）鏜盲孔ab圖7-17微調(diào)鏜刀1-鏜刀頭2-微調(diào)螺母3-螺釘4-波形墊圈5-調(diào)節(jié)螺母6-導(dǎo)向鍵7-固定座套微調(diào)鏜刀實(shí)物照片圖7-18可調(diào)節(jié)式硬質(zhì)合金浮動(dòng)鏜刀a）AC型—加工通孔b）BC型—加工盲孔1-上刀體2-下刀體3-緊固螺釘4-調(diào)節(jié)螺釘可調(diào)節(jié)式硬質(zhì)合金浮動(dòng)鏜刀實(shí)物照片

鏜刀結(jié)構(gòu)

鉸刀是對(duì)已有中小直徑孔進(jìn)行半精加工或精加工用的多刃刀具。鉸孔是一種操作方便、生產(chǎn)率高、能夠獲得高質(zhì)量孔的切削方式，故在生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。鉸刀齒數(shù)多，導(dǎo)向好，容屑槽淺，剛性增加，加工精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T6級(jí)，Ra可達(dá)1.6～0.2μm。根據(jù)使用方式鉸刀可分為手用和機(jī)用兩大類(lèi)。

手用鉸刀：常為整體式結(jié)構(gòu)，工作部分較長(zhǎng)，齒數(shù)較多；直柄方頭，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，手工操作，使用方便。

機(jī)用鉸刀：用于在機(jī)床上鉸孔，常用高速鋼制造，按鉸刀結(jié)構(gòu)有整體式（錐柄和直柄）和套裝式。

孔加工刀具第四節(jié)鉸刀鉸刀的種類(lèi)硬質(zhì)合金鉸刀粗鉸刀精鉸刀套式鉸刀手動(dòng)鉸刀

a)整體式b)可調(diào)式機(jī)用鉸刀鉸刀實(shí)物照片鉸刀的結(jié)構(gòu)，一般由工作部分、頸部及柄部組成。工作部分包括引導(dǎo)錐、切削部分、校準(zhǔn)部分。

引導(dǎo)錐——在鉸刀前端制出，使鉸刀易于切入預(yù)制孔。

校準(zhǔn)部——由圓柱與倒錐兩部分組成。

圓柱部分用來(lái)校準(zhǔn)孔的直徑尺寸并提高孔的表面質(zhì)量，以及切削時(shí)增強(qiáng)導(dǎo)向作用。倒錐用以減少摩擦（可在校準(zhǔn)部分全長(zhǎng)上制成倒錐）。鉸刀結(jié)構(gòu)

鉸刀結(jié)構(gòu)

及幾何參數(shù)圖7-20鉸刀的組成及結(jié)構(gòu)a)高速鋼機(jī)鉸刀b）硬質(zhì)合金鉸刀l1—切削部分l2—校準(zhǔn)部分l4—柄部l—工作部分鉸削過(guò)程不完全是一個(gè)切削過(guò)程，而是包括切削、刮削、擠壓、熨平和摩擦等效應(yīng)的一個(gè)綜合作用過(guò)程。鉸削用量

1）鉸削余量

粗鉸余量為0.10mm～0.35

mm；精鉸余量為0.04mm～0.06mm。2）切削速度和進(jìn)給量鉸削速度為1.5m/min～5m/min；鉸削鋼件時(shí)，進(jìn)給量為0.3mm/r～2mm/r；鉸削鑄鐵件時(shí)，進(jìn)給量為0.5mm/r～3mm/r。

孔加工復(fù)合刀具是由兩把或兩把以上同類(lèi)或不同類(lèi)的孔加工刀具經(jīng)復(fù)合后同時(shí)或按先后順序完成不同工序的刀具。這種刀具目前在組合機(jī)床及其自動(dòng)線上獲得廣泛使用。1．復(fù)合刀具的種類(lèi)

復(fù)合刀具種類(lèi)繁多，按工藝類(lèi)型可分為同類(lèi)復(fù)合刀具和不同類(lèi)復(fù)合刀具。（1）同類(lèi)復(fù)合刀具——如復(fù)合鉸刀、復(fù)合鏜刀、復(fù)合鉆頭、復(fù)合擴(kuò)孔鉆、復(fù)合絲錐等。在組合機(jī)床及其自動(dòng)線上復(fù)合擴(kuò)孔鉆應(yīng)用的很多，結(jié)構(gòu)形式也有多種。（2）不同類(lèi)工藝復(fù)合刀具——如鉆-鏜復(fù)合刀具、鉆-擴(kuò)-鉸復(fù)合刀具，鉆-擴(kuò)、鉆-鉸、鉆-攻螺紋、鏜-锪、鉆-擴(kuò)-锪等復(fù)合刀具。2．復(fù)合刀具的特點(diǎn)1）工序集中2）工件安裝次數(shù)少3）復(fù)合刀具的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜第五節(jié)、孔加工復(fù)合刀具孔加工刀具圖7-24同類(lèi)工藝復(fù)合刀具a)復(fù)合鉆b）復(fù)合擴(kuò)孔鉆c）復(fù)合鉸刀d）復(fù)合鏜刀復(fù)合鉆實(shí)物照片復(fù)合鉆和復(fù)合鉸刀實(shí)物照片復(fù)合鏜刀實(shí)物照片階梯鉆實(shí)物照片圖7-25不同類(lèi)工藝復(fù)合刀具a）鉆-擴(kuò)復(fù)合b）鉆-鉸復(fù)合c）鉆-鏜復(fù)合d）鉆-擴(kuò)-鉸復(fù)合

e）鉆-擴(kuò)-锪復(fù)合f）擴(kuò)-锪-鏜-倒角復(fù)合1—鉆锪刀體2—調(diào)整螺母3—緊定螺釘4—鏜刀5—倒角刀6—鏜桿本體7—調(diào)節(jié)螺釘8—楔塊9—锪刀片10—調(diào)節(jié)螺釘11—扁鉆鉆孔工藝一種高生產(chǎn)率、高精度的多齒刀具,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般是專(zhuān)用刀具，廣泛應(yīng)用于成批大量生產(chǎn)中。拉削時(shí)由于拉刀的后一個(gè)刀齒高出前一個(gè)刀齒，從而能依次從工件上切下很薄的金屬層，以獲得較高精度和較好的表面質(zhì)量；可用于加工各種形狀的通孔和外表面。第六節(jié)、圓拉刀一、拉削特點(diǎn)1、生產(chǎn)率高：拉刀同時(shí)參加工作的齒數(shù)多，切削刃總長(zhǎng)度大，一次行程能夠完成粗、半精及精加工。2、加工精度與表面質(zhì)量高：拉削速度較低（一般為v=2~8m/min），切削厚度很?。ù智旋X為0.02~0.2mm；精切齒為0.005~0.015mm），拉削平穩(wěn)，拉削精度可達(dá)TI8~IT7，表面粗糙度值Ra13.2~0.8μm。3、拉刀耐用度高：拉削速度低，切削溫度低，每一刀齒在工作行程中只切削一次，刀具磨損較慢。4、拉削運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單：拉削只有拉刀的直線主運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因此