第七章钻削与钻头ppt课件.ppt

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1、第七章 钻削与钻头,本章内容,7.1 麻花钻 7.2 钻削原理 7.3 钻头的修磨 7.4 先进钻型与结构特点简介 7.5 深孔钻,基本要求：（1）掌握麻花钻的结构组成及几何角度；（2）了解钻削基本规律、钻削力和功率；（3）合理选用钻削用量。,机械加工中的孔加工刀具分为两类：一类是在实体工件上加工出孔的刀具，如扁钻、麻花钻、中心钻及深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、锪钻、铰刀及镗刀等。 孔加工刀具的共同特点：刀具工作部分处于加工表面包围之中，刀具的强度、刚度及导向、容屑及冷却润滑等都比切削外表面时问题更突出。,麻花钻是一种形状较复杂的双刀槽孔加工工具。,7.1 麻 花

2、 钻,工作部分 由导向部分和切削部分组成。 导向部分 钻头螺旋槽部分，径向尺寸决定了钻头直径do，直径向尾部方制造成倒锥，前大后小，倒锥量为0.05/1000.12/100，螺旋槽是排屑通道，两条棱边起导向作用，两条螺旋形刃瓣中间由钻芯相连，以保持刃瓣连接强度，钻芯直径de=0.125do0.15do，并从切削部分到尾部方向制成正锥（前小后大），导向部分也是钻头的备磨部分。,一、麻花钻的结构1.麻花钻的结构组成麻花钻由装夹部分、工作部分和切削部分所组成。,柄部 用以装夹并传递钻削力和扭矩。钻头直径小于13mm时，通常采用圆柱柄；钻头直径在12mm以上时采用圆锥柄；扁尾是为防止钻柄打滑和供斜铁将

3、锥柄从钻套中取出。,颈部 用来连接柄部和工作部，并供磨外径时砂轮退刀和打钻头标记。, 切削部分 由两个螺旋形前刀面，两个经刃磨获得的后刀面、两个圆柱形的副后刀面（棱边）组成。前刀面与后刀面的交线形成形成横刃。,直柄,锥柄,麻花钻切削部分的名称术语,1.两前面 螺旋槽靠近切削刃的那部分面。2.两后面 在钻尖上与被加工表面相对的面。有两个后面，每个又可分为第一后面和第二后面。3.两副后面 副后面就是刃带棱面。4. 横刃 两后面相交成的刃口。5. 主切削刃 前面与后面相交成的刃口。普通麻花钻有两条。6. 副切削刃 前面与刃带的相交线，即刃带边缘刃。,1-前面 2、8-副切削刃(棱边) 3、7一主切削

4、刃 4、6-后面 5一横刃 9一副后面,1.螺旋槽 或称刃沟，钻体上螺旋形沟槽。作用有：排屑，容屑，切削液流入的通道。 2.刃瓣 钻体上外缘未切出刃沟的部分。 3.刃背 刃瓣上低于刃带的外缘表面。作用：在钻体的外圆上减小直径，以与孔壁形成径向间隙，防止摩擦，提高加工精度，降低切削力。,导向部分,麻花钻导向部分的名称术语(不介绍),4. 刃带或称棱边，即钻头的副后面。5. 后背棱后面与刃背的相交棱线。6. 后沟棱后面与螺旋槽的相交棱线。7. 尾根棱或称沟背棱，刃瓣上刃背与螺旋槽的相交棱线。8. 尾根转点尾根棱、后背棱和后沟棱三棱的汇交点。9. 钻芯连接二刃瓣钻体中心部分。,由以上的相关术语，可以

5、将麻花钻参加切削的主要部分归纳为“一尖、三刃”，“一尖”即钻心尖，“三刃”即两主切削刃，一横刃。,2、麻花钻的结构参数,1.钻头直径d：切削部分测量的两刃带间距离。2.钻径倒锥：远离切削部分的直径逐渐做小，以减少刃带与孔壁的摩擦。相当于副偏角。倒锥量一般取0.03-0.12mm/100mm。3.钻芯直径：两刃沟底相切圆的直径。影响钻头刚性与容屑截面.4.螺旋角：刃带棱边螺旋线展开成直线与钻头轴线的夹角。,上式表明：钻头越靠近中心处螺旋角越小。增大螺旋角使前角增大，有利于排屑，使切削轻快，但钻头刚性变差。,5.刃带宽度f：在垂直于刃带边缘（即副切削刃）的方向上测量的刃带的宽度。6.刃背直径q：钻

6、体刃瓣上刃背的直径值，和刃带高度的关系是：q=d-2c。7.刃瓣宽度B：在垂直于刃带边缘（即副切削刃）测得的刃带边缘刃（即副切削刃）与刃瓣尾根棱之间的长度。8.切削刃高度差H：在给定的位置半径上，相对于钻头端平面测得的两切削刃的轴向位移。9.横刃长度b：指在钻头端视图中的横刃的长度值。,二、麻花钻的几何角度,1、钻头角度参考系 1） 基面削刃某选定点包含钻头轴线的平面2） 切削平面过切削刃某选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。3） 正交平面过切削刃某选定点并同时垂直于基面、切削平面。,增加测量平面：端平面Pt: 与钻头轴线垂直的投影面。中剖面Pc: 过钻头轴线与两主切削刃平行的平面。柱剖面P

7、z: 切削刃选定点作与钻头轴线平行的直线，该直线 绕钻头轴线旋转形成的圆柱面。,1原始锋角20：钻尖两原始主刃母线的夹角，即两主切削刃在基面上投影的夹角。2使用锋角2：简称锋角（顶角），是两实际主刃在中断面投影中的夹角。3横刃斜角：在钻尖的端视图上，中断面与横刃的的钝夹角。,2、刃磨角度：,6外缘后角f：主切削刃靠刃带转角处，在柱断面中表示的后角。后角是在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。切削刃上任一点x处的后角用fx 表示。,由于横刃前角为负值，因此横刃的切削条件很差，切削时因产生强烈的挤压而产生很大的轴向力。 对于直径较大的麻花钻，一般都需要修磨横刃。,

8、普通麻花钻只需刃磨两个后面，控制三个角度： 顶角2，横刃斜角，外缘后角f。 小直径的钻头, 角度允许较大,横刃斜角数值与钻头中心处切削刃后角关系密切,一般通过测量来控制横刃后角. 刃磨钻头后面时，要控制钻头中心部位后角：越靠近钻头中心，后角磨的越大。目的有两个： 1. 使得横刃能获得较大前角，增加横刃的锋利程度。 2. 使得切削刃各点工作后角相差较少。,3、横刃角度分析,结论：横刃斜角、顶角钻心后角相互制约当后角磨得偏大时，横刃斜角越大，横刃长度b增大。,横刃由两个主后刀面相交形成,近似直线,以钻头轴线为分界线,将横刃分为两段四个区域.,横刃的长度,4、 主切削刃角度分析,由于钻头的前刀面是螺

9、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。所以钻头切削刃各点的螺旋角、刃倾角、前角和主偏角都不同。其换算关系详见表7-1。,5、 几何角度小结,1主运动。麻花钻的旋转运动称为主运动。钻削时通常以钻头外缘转点处的速度作为钻削速度，其计算公式如下：式中：d-钻头直径（mm）n-钻头转速（rev/min）2进给运动。加工时钻头的轴向移动称为进给运动。通常用进给速度vf或进给量f 、每齿进给量fz来表示。其计算公式如下：式中，Z为齿数，对普通麻花钻来说，Z=2。n为钻头转速。3主运动和进给运动的合成。,第二节 钻削原理,1.钻削用量,钻削背吃

10、刀量（mm）每刃进给量（mmz）钻削速度（mmin）,2.切削层参数,钻削厚度（mm）钻削宽度（mm）每刃切削层公称横截面积齿（mm2）材料切除率(mm3 min),一、钻削用量与切削层参数,二、钻削过程特点,1.钻削变形特点与切屑形状,钻削在半密闭空间内进行，横刃的切削角度不理想，故切削变形较为复杂： 1）钻心处切削刃前角为负刮削挤压，切屑呈粒状并被压碎； 2）钻心横刃区域工作后角为负楔劈挤压，轴向力增加； 3）主切削刃各点前角、刃倾角不同使切屑变形、卷曲、流向也不同，排屑困难； 4）钻头刃带无后角,与孔壁摩擦加工塑性材料容易产生积屑瘤。,2.钻削力,钻头每一切削刃都产生切削力，包括（1）切

11、向力（主切削力）：当左右刃对称时，构成钻削扭距 Mc ； （2）背向力（径向力）：当左右切削刃对称时，背向力抵消。（3）进给力（轴向力）。最终构成对钻头影响的是进给力Ff 与切削转矩Mc。 钻削力实验公式：,详见表73,3.钻头磨损特点,（1） 磨损的主要原因：高速钢钻头磨损的主要原因是相变磨损。外圆周切削速度最高，因此磨损最为严重。（2） 磨损的形式：钻头磨损的形式主要是后面磨损。当主刃削刃后面磨损达一定程度时，还伴随有刃带磨损，易咬死而导致钻头崩刃或折断。（3） 影响钻头耐用度的因素：主要包括：钻头材料与热处理状态，钻头结构、刃型参数、切削条件等。,三、钻削用量选择,1、钻头直径 ：尽可能

12、一次钻出所要求的孔。先钻孔再扩孔时，钻孔直径取孔经的 50% 70% 。,2、进给量: 经验公式估算 合理修磨的钻头可选用 f 0.03d 直径小于 3 5 的钻头，长用手动进给。,3、钻削速度,表74 高速钢钻头钻削速度,钻头的修磨概念：指将普通钻头按不同的加工要求对横刃、主刃、前后刀面进行附加的刃磨。,第三节 钻头的修磨,标准麻花钻的缺陷： 主切削刃上各点前角相差较大（由+30-30），切削性能相差悬殊；主切削刃长，切屑宽，切削刃上各点切削速度相差很大，使切屑卷曲和排出困难；横刃较长，又为负前角，钻削时会造成严重挤压，轴向力也很大，切削条件很差； 主切削刃与棱边转角处切削速度最高，副后角又

13、为零，因此转角处磨损最快。,a)刃磨正确b)顶角不对称孔径扩大，倾斜c)主切削刃长度不等-孔径扩大d)顶角和刃磨长度不对称孔径扩大，台阶,麻花钻刃磨对孔质量的影响,麻花钻刃磨要求：,（1）两条主切削刃对称：长度相等，角度相等。（2）横刃斜角125-130（3） 2=118，关于轴线对称。,一、修磨横刃,1、目的 ：在保持钻尖强度的前提下，尽可能增大钻尖部分的前角、缩短横刃的长度，降低进给力，提高钻尖定心能力。,2、两种较好的修磨形式：（1） 十字形磨：横刃长度不变，刃倾角仍为零度，但横刃前角增大了，此法简单， 但钻头芯强度有所减弱，要求砂轮圆角半径较小。,a）加大横刃前角,（2） 内直刃形修磨

14、：缩短横刃的长度，增大钻心处的前角，加大钻心处容屑空间，保持钻头原有强度，降低钻头进给力，对砂轮圆角无严格要求，此 法得到广泛推广使用。,磨短横刃并加大前角,二、修磨主切削刃,目的：改变刃形或顶角，控制分屑，或改变切削负荷分布，增大散热条件，提高钻头寿命。,磨出内凹圆弧刃：可加强钻头的定心作用，有助于分屑，断屑。磨出双重或多重顶角，或磨出外凸圆弧刃：可改善钻刃外缘处的散热条件提高钻头寿命、此形式适用于钻铸铁等脆性材料。磨出分屑槽：便于排屑。分屑槽可以交错开，单边开或磨出阶梯刃。适用于中等以上直径的钻头切削钢。,三、修磨前面,目的：改变前角的分布，增大或减少前角，或改变刃倾角，以满足不同的加工要

15、求。,a)将外缘处磨出倒棱面前面减小前角，增大进给力，避免扎刀b)沿切削刃磨出倒棱增加刃口强度，适用于较硬材料。c)在前面磨出卷屑槽-增大前角，适用于切削硬度较小的软材料，如有机玻璃，以提高 R a 。 d)在前面上磨出大前角及正的刃倾角控制切屑向孔底方向排出。试用于精扩孔钻。,四、修磨后面,目的： 是在不影响钻刃的强度下，增大后角，以增大钻磨容屑空间，改善冷却效果，将后面磨出双重后角。,修磨刃带（副刃后面），以减少刃带宽度，磨出副后角，以减少刃带与孔壁的摩擦。运用于对韧性大，软材料的精加工。以上修磨形式，实际生产中通常同时选择两到三种组合使用。,一、群钻,第四节 先进钻型与结构特点简介,1）

16、 横刃短（只有普通钻头的1/5 ，横刃一部分磨成了内直刃，修磨了横刃前刀面，使得横刃处前角有所增加，改善了横刃处切削条件。）圆弧刃、内刃上前角平均增大 15 ，使进给力（轴向力）下降 35 50%，转矩下降10% 30% ，故进给量比普通钻头的提高 2 3倍。钻孔效率大大提高。2） 钻头寿命约可提高 2 3倍。3） 钻头定心作用好，钻孔精度高。(内弧槽起到了良好的定心，导向作用。因为三个刀尖增加了定心的稳定性，圆弧刃又在工件上切出了凸形环筋，有利于钻头定心，从而限制了钻头的偏摆；钻矩可降低30%左右，所以可以用较大的进给量钻孔。)4） 工艺范围广，加工质量高（对不同材料用不同钻型）。,群钻优点

17、（与普通钻头比）：,结构特点： A. 三尖七刃钻当先； B. 月牙弧槽分两边； C. 一侧外刃开 屑槽； D. 横刃磨低窄又尖。,1-分屑槽；2-月牙槽；3-横刃；4-内直刃；5-圆弧刃；6-外直刃,先磨两条外刃，然后在两个后刀面上分别磨出对称的半径为R的月牙形圆弧刃，最后修磨横刃，使之变短、变低、变尖，以形成内直刃和一条窄横刃，对较大直径钻头在一边外刃上可再磨出分屑槽。,群钻磨出作用对称的圆弧刃的作用：1.可以防止钻孔过程中产生偏斜，减少孔径的扩大，加强了定心导向作用。2.圆弧刃与外直刃转折点，切屑流向有较大变化，形成了自然的分屑点，外刃切屑呈带状，而圆弧刃切屑呈卷曲扇形容易断；3.圆弧刃改

18、变了切削刃的主偏角和刃倾角，使该段正交平面前角增大，平均约增大15；4.圆弧刃使外刃与内刃参数得以分别控制。可以刃磨大的内刃顶角，横刃虽然变窄变尖，但强度可以保持不变。,二、S形横刃钻,钻尖处顶角较小，横刃前角较大定心精度性能好，进给力小。,三、深孔麻花钻,深孔麻花钻,厚钻芯、抛物线齿形、45大螺旋角， 增大了刃瓣刚性与容屑槽空间，提高排屑能力。,十字形横刃修磨减少钻削力。,大顶角、分屑槽或圆弧刃分屑、排屑。,四、硬质合金钻,硬质合金钻头应用广泛，结构基本上与高速钢钻头相同，相应差别主要有:,1）硬质合金刀具要求较小的前角，相应的角也要小。 2）硬质合金刀具要求较高的刚度和强度，均修磨，容屑槽

19、较宽。 3）硬质合金钻头本身备磨量较高速钢钻头少得多，工作部分长度较短。 4）用加强锥柄，以保证可靠的工作，倒锥较大。,硬质合金钻头加工硬脆材料，小直径硬质合金钻头做成整体式，大直径硬质合金钻头可做成镶片结构。,五、可转位浅孔钻（U形钻）,使用硬质合金可转位刀片 可高速、大进给切削，效率高。,装有交错的两个可转位刀片,* 深孔加工概念：长径比L/D5的孔为深孔。一般L/D510的深孔可用深孔麻花钻加工， L/D20则必须使用深孔刀具。,* 深孔加工的难点：不能观测到切削情况 切削热不易传散孔易钻偏斜 刀柄细长、刚度差、易振动,* 深孔加工刀具必须解决的问题：,(1) 断屑和排屑 深孔加工时必须

20、保证可靠地断屑和排屑，否则切屑堵塞就会引起刀具损坏。(2) 冷却和润滑 孔加工属于半封闭式切削，摩擦大，切削热不易散出，工作条件差，而加工深孔时，切削液更难注入，必须采取有效的冷却和润滑措施。(3) 导向 由于深孔的长径比大，钻杆细长，刚性较低，容易产生振动，并使钻孔偏歪而影响加工精度和生产率，因此深孔钻的导向问题需很好解决。,第五节 深 孔 钻,常用深孔刀具外形结构图,a）单刃外排屑小深孔钻b）错齿内排屑深孔钻c）不重磨内排屑深孔钻d）喷吸钻e) 外排屑机夹套料钻f）不通孔套料刀g) 机夹单刃内排屑深孔镗刀h）小深孔拉铰刀i）深孔滚压头,一、枪孔钻,单刃外排屑小深孔枪钻,其切削部分仅在钻头轴

21、线的一侧制有切削刃，无横刃。钻尖相对于钻头轴线有一定的偏移量e，偏移量大约为1/4钻头的直径。将切削刃分成外刃和内刃。 排出的切削液经过过滤、冷却后再流回液池，可循环使用. 优点：较好的导向性，改善了排屑条件。 缺点：生产率不高。,切削部分用高速钢或硬质合金，工作部分用无缝钢管压制成形。,（2）工作原理 工作时，高压切削液(约为3.510MPa)由钻杆后端的中心孔注入，经月牙形孔和切削部分的进油小孔到达切削区，然后迫使切屑随同切削液由120o的V形槽和工件孔壁间的空间排出。因切屑是在深孔钻的外部排出，故称外排屑。这种排屑方法无需专门辅具，排屑空间亦较大。但钻头刚性和加工质量会受到一定的影响，因

22、此适合于加工孔径220mm、表面粗糙度Ra3.2-0.8m、公差IT8ITl0级，长径比大于100的深孔。,枪钻受力分析与导向芯柱,* 切削部分特点：,F1+F2=Fp+Ff,二、错齿内排屑深孔钻（BAT深孔钻）,BAT深孔钻,BTA深孔钻特点：无横刃、内外切削刃余偏角不等、有钻头偏距切削刃分段、交错排列，保证可靠分屑和断屑，外缘刀片耐磨性好，中心韧性好。,错齿内排屑深孔钻根据刀片的镶嵌方式一般有焊接式和可转位式。,内排屑深孔钻一般由钻头和钻杆用螺纹连接组成。工作时，高压切削液(约26MPa)由钻杆外圆和工件孔壁间的空隙注入，切屑随同切削液由钻杆的中心孔排出，故名内排屑。 内排屑深孔钻一般用于

23、加工直径为18185mm、长径比小于100、表面粗糙度Ra3.2m、公差IT6IT9的深孔。由于钻杆为圆形，刚性较好，且切屑不与工件孔壁摩擦，故生产率和加工质量均较外排屑的有所提高。,三、喷吸钻,1工件 2夹爪 3中心架 4引导架 5向导管 6支持座 7连接套 8内管 9外管 10钻头,BAT深孔钻喷吸排屑装置,喷吸钻是一种新型深孔钻，因为它利用切削液体的喷射效应排出切屑，故切削液的压力可较低，一般仅为12MPa。工作时不需要专门的密封装置，可在车床、钻床或镗床上应用。喷吸钻是一种内排屑的深孔钻，常作成硬质合金错齿结构。它由喷吸钻头和内、外钻管组成。喷吸钻头的结构型式、几何参数、定心导向、分屑

24、、排屑等情况，基本上均和错齿内排屑深孔钻相类似，用以加工表面粗糙度Ra320.8/m、公差IT7ITl0、孔径为665mm的深孔，效率较高。,三、喷吸钻,喷吸钻的特点： 1）不需要BTA系统的高压输油器及密封装置。不但提高了排屑效果，又改进了工作条件。 2）可在车、钻、镗床上使用，操作方便，钻孔效率高。 3）由于钻杆内还有一层内管，排屑空间受到限制，较难用于小直径。加工精度略低于BTA钻头。,切削液由压力油入口处进入，2/3的切削液由内、外管之间的空隙和钻头上的六个小孔流达切削区，对切削部分和导向部分进行冷却和润滑，然后从内管中排出；另外1/3的切削液从内管后端四周的月牙形喷嘴向后喷射。由于喷

25、嘴缝隙很窄，流速很快，产生喷射效应，在喷射流的周围形成低压区，因而在内管的前后端产生了压力差，后端有一定的吸力，将切屑加速向后排出。因此，喷吸钻和一般的内排屑深孔钻相比，切削液流向稳定，排屑通畅，可以显著改进工作条件，提高钻孔效率。加工普通钢材时，切削速度可达60100m/min，进给量可达0.150.30mm/r。,三、喷吸钻,* 配备DF系统的深孔钻,3.麻花钻,最广泛应用的孔加工工具。适应性较强、成熟的制造工艺及完善的刃磨方法。,4.深孔钻,孔深与孔径之比大于510倍的孔称为深孔。,2.中心钻,三种结构形式：带护锥中心钻，无护锥中心钻和弧形中心钻（见后图）。,1.扁钻,使用最早的钻孔工具

26、，结构简单、刚性好、成本低、刃磨方便。,第六节 钻削方法及特点（补充）,三种结构形式：带护锥中心钻 图a）无护锥中心钻 图b）弧形中心钻 图c）,a) 带护锥中心钻 b) 无护锥中心钻 c) 弧形中心钻,一、钻削的方法,1.在钻床上的钻孔,（1）工件装夹,根据工件形状常选用手虎钳、机床用平口虎钳、V形块和压板、螺钉等辅助工具来装夹。,手虎钳 b) 机床用平口虎钳 c) V形块 d) 压板、螺钉,（2）钻孔方法及注意事项,1).在斜面上钻孔时,需先用铣刀铣出平台后再钻孔2).钻半圆孔时，需将两件对合起来钻孔3).钻不通孔时，要按钻孔深度调整好挡铁来控制孔深4).对直径大于30mm的孔，一般分两次

27、钻5).孔即将钻穿时，此时须减小进给量6).在钻深孔时，需经常退出钻头将切屑排除7).钻孔时，需用切削液充分冷却,2.在车床上钻孔,二、钻头的装夹,1.直柄钻夹头,1夹头体 2夹头套 3夹头钥匙4夹爪 5内螺纹圈,钻夹头的结构如图所示，夹头体上有锥孔与钻夹锥柄紧配；夹头套与内螺纹圈紧配；钥匙用来旋动夹头套；夹爪用来夹紧钻头直柄；内螺纹圈用来使爪伸出或缩进。,2.锥柄钻夹头,1内锥孔 2外圆锥 3扁尾,内外表面都是锥体，称为钻套。,3.其他钻夹头,（1）自动退卸钻头装置,1主轴 2挡圈 3螺钉销 4横销 5外套 6垫圈 7硬橡胶垫 8导向套9主轴箱 10弹簧 11钻头,（2）快换钻夹头的用途及构造,快换钻夹头1钢珠 2滑环 3可换套 4弹簧环 5夹头体,拆卸钻头1斜铁 2主轴 3钻头,将半圆弧一边放在上面，否则会将钻床半圆弧孔打坏。 拆卸前，在工件或工作台上要垫木块，防钻头掉下打坏工件或工作台。,将斜铁放钻床主轴圆弧孔内，贴紧锥钻扁尾的斜角部分。 用锤子锤击斜铁即可。,注意：,拆卸方法：,思考题：,1.试述孔加工刀具的类型及其用途。2.作图表示麻花钻结构、标注结构参数与 刃磨角度。3.分析麻花钻前角、后角、主偏角及端面 刃倾角的变化规律。4.为什么要对麻花钻进行修磨?有哪些修磨 方法？,