第九章--钻削加工

第九章钻削加工钻床是加工内孔的机床，是用钻头在实体材料上加工孔,主要用于加工外形复杂，没有对称旋转轴线的工件，如杠杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔或孔系。

钻孔属粗加工。

·钻削加工的工艺特点（1）钻头在半封闭的状态下进行切削的，切削量大，排屑困难。

（2）摩擦严重，产生热量多，散热困难。

（3）转速高、切削温度高，致使钻头磨损严重。

（4）挤压严重，所需切削力大，容易产生孔壁的冷作硬化。

（5）钻头细而悬伸长，加工时容易产生弯曲和振动。

（6钻孔精度低，尺寸精度为IT13～IT10，表面粗糙度Ra为12.5～6.3μm。

·钻削加工的工艺范围钻削加工的工艺范围较广，在钻床上采用不同的刀具，可以完成钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪埋头孔和锪凸台端面等，如图所示。

在钻床上钻孔精度低，但也可通过钻孔----扩孔----铰孔加工出精度要求很高的孔（IT6～IT8，表面粗糙度为1.6～0.4μm），还可以利用夹具加工有位置要求的孔系。

在钻床上加工时，工件固定不动，刀具作旋转运动（主运动）的同时沿轴向移动（进给运动）。

第一节钻床钻床的主要类型有：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床和中心孔钻床等。

钻床的主参数一般为最大钻孔直径。

一、立式钻床立式钻床是钻床中应用较广的一种，其特点是主轴轴线垂直布置，且位置固定，需调整工件位置，使被加工孔中心线对准刀具的旋转中心线。

由刀具旋转实现主运动，同时沿轴向移动作进给运动。

因此，立式钻床操作不便，生产率不高。

适用于单件小批生产中加工中小型零件。

·立式钻床的传动原理主运动:单速电动机经齿轮分级变速机构传动；主轴旋转方向的变换，靠电动机正反转实现进给运动:主轴随同主轴套筒在主轴箱中作直线移动。

进给量用主轴每转一转时，主轴的轴向移动量来表示二、台钻台式钻床简称台钻，其实质上是一种加工小孔的立式钻床，结构简单小巧，使用灵活方便，适于加工小型零件上的小孔。

钻孔直径一般小于15mm。

三、摇臂钻床对于体积和质量都比较大的工件，在立式钻床上加工很不方便，此时可以选用摇臂钻床进行加工。

主轴箱可沿摇臂上的导轨横向调整位置，摇臂可沿立柱的圆柱面上、下调整位置，还可绕立柱转动。

加工时，工件固定不动，靠调整主轴的位置，使其中心对准被加工孔的中心，并快速夹紧，保持准确的位置。

摇臂钻床广泛地应用于单件和中、小批生产中，加工大、中型零件。

如果要加工任意方向和任意位置的孔和孔系，可以选用万向摇臂钻床，机床主轴可在空间绕二特定轴线作回转。

机床上端还有吊环，可以吊放在任意位置。

故它适于加工单件、小批生产的大中型工件。

四、其它钻床1、可调式多轴立式钻床（参考教材）2、深孔钻床（参考教材）第二节钻削刀具一、麻花钻（一）麻花钻的结构1、麻花钻由工作部分、颈部及柄部三部分组成(1)工作部分：麻花钻的工作部分有两条螺旋槽，其外形很像麻花因此而得名。

它是钻头的主要部分，由切削部分和导向部分组成。

(2)柄部：柄部是钻头的夹持部分，用于与机床连接，并在钻孔时传递转矩和轴向力。

麻花钻的柄部有锥柄和直柄两种。

直柄主要用于直径小于 12 mm 的小麻花钻。

锥柄用于直径较大的麻花钻，能直接插入主轴锥孔或通过锥套插入主轴锥孔中。

锥柄钻头的扁尾用于传递转矩，并通过它方便的拆卸钻头。

(3)颈部：麻花钻的颈部凹槽是磨削钻头柄部时的砂轮越程槽，槽底通常刻有钻头的规格及厂标。

直柄钻头多无颈部。

2、切削部分的组成切削部分担负着切削工作，有两个前面、主后面、副后面、主切削刃、副切削刃及一个横刃组成。

横刃为两个主后面相交形成的刃，副后面是钻头的两条刃带，工作时与工件孔壁(即已加工表面)相对，如图所示。

导向部分是当切削部分切入工件后所起的导向作用，也是切削部分的备磨部分。

为减少导向部分与孔壁的摩擦，其外径(即两条刃带上)磨有(0.03～0.12)/100的倒锥。

（每100mm长度上有0.03～0.12的倒锥度）另外为了提高钻头的刚度，工作部分两刃瓣间的钻心直径沿轴向做出（1.4～1.8）/100的正锥度。

（1）前刀面：前刀面即螺旋沟表面，是切屑流经表面，起容屑、排屑作用，需抛光以使排屑流畅。

（2）主后刀面：主后刀面与加工表面相对，位于钻头前端，形状由刃磨方法决定，可为螺旋面、圆锥面和平面、手工刃磨的任意曲面。

（3）副后刀面：副后刀面是与已加工表面相对的钻头外圆柱面上的窄棱面。

（4）主切削刃：主切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与主后刀面的交线，标准麻花钻主切削刃为直线（或近似直线）（5）副切削刃：副切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与副后刀面（窄棱面）的交线，即棱边。

（6）横刃：横刃是两个主后刀面的交线，位于钻头的最前端，亦称钻尖。

（二）麻花钻的几何参数1、坐标平面（1）切削平面Ps：是包含该点切削速度方向又与过该点切削刃所切表面相切的平面。

（2）基面Pr：钻头主切削刃上选定点的基面Pr是过该点且垂直于该点切削速度的平面。

基面总是通过钻头轴线并垂直于切削速度方向的平面。

2、钻头的几何角度（1）螺旋角：钻头螺旋沟表面与外圆柱表面的交线为螺旋线，该螺旋线与钻头轴线的夹角称钻头螺旋角，记为β。

（参考教材）（2）刃倾角与端面刃倾角由于主切削刃不通过轴心线，所以形成了刃倾角，对于切削刃上的各点，其刃倾角也都是不一样的，主要是因为各点的基面与切削平面都不同。

为了方便概念的说明，我们引入端面刃倾角的概念。

·端面刃倾角：主切削刃上选定点的端面刃倾角是在端面投影图中测量的该点的基面与主切削刃间的夹角。

对于不同的选定点，其端面刃倾角也不同，外缘处最大（绝对值最小）近钻心处小（绝对值大）。

x c tx r d 2sin -=λ （3）顶（锋）角与主偏角：钻头顶角是在与两条主切削刃平行的平面内测量的两条主切削刃在该平面内投影间的夹角。

记为2φ，标准麻花钻2φ＝118°主偏角是在基面内测量的主切削刃在其上的投影与进给方向间的夹角，记为κrx 。

由于主切削刃上各点的基面不同，因而各点处的主偏角也不相同。

（4）前角：主切削刃上选定点的前角是在该点的正交平面内测量的。

参考教材（5）后角：主切削刃上选定的后角，是在以钻头轴线为轴且过该点圆柱面的切平面内测量的，记为αf 。

（参考教材）二、钻削过程及钻削用量（一）钻削用量与切削层参数·钻削用量：包括背吃刀量（钻削深度）p a 、进给量f 、切削速度v c 三要素，由于钻头有两条主切削刃：（1）切削速度c v 1000n d v c π= （2）每刃进给量z f f f z 21= （3）背吃刀量p a d a p 21= 式中 d ——钻头直径（mm ）；f ——钻头进给量（mm/r ）；n ——工件或钻头的每分钟转数（r/min ）；p a ——背吃刀量（mm ）；z f ——每刃进给量（mm/z ）；c v ——钻削速度（m/min ）。

·切削层参数：切削宽度D b φsin 2sin 2d k d b r D ≈=切削厚度D h 2sin 2sin φf k f h r D == 每刃切削层公称横截面面积D A 4A D fd h b f a D D z p === 材料切除率 df v fnd Q c 25042==π（二）钻削过程特点1、钻削变形特点与切屑形状（参考教材）2、钻削力钻头上每一切削刃都产生切削力，包括切向力（主切削力）、背向力（径向力）和进给力（轴向力）。

当左右切削刃对称时，背向力抵消，最终钻削时产生扭矩T 和轴向力F 。

扭矩T 是各切削刃在主运动方向上的切削力c F 形成的，它消耗的功率最多。

轴向力F 是各切削刃在进给运动方向上的进给力f F 形成的，它也消耗功率，但所占比例较少。

·计算钻削力的实验公式扭矩T T y x T K f d C T T T =轴向力（进给力）F F y x F K fd C F F F =式中 T C 、F C ——系数T x 、T y ；F x 、F y ——指数T K 、F K ——修正系数乘积 钻削功率c P ：为转速乘上扭矩，经过转化为线速度dTv P c c 30= 3、钻头磨损的特点（参考教材）（三）钻削用量选择包括钻头直径、进给量、钻削速度的选择（参考教材）三、其它钻头（一）硬质合金麻花钻加工硬脆材料时，采用硬质合金钻头，可显著提高切削效率。

mm 5φ以下的硬质合金麻花钻都做成整体结构，mm 12~6φ的可作成直柄镶片硬质合金麻花钻，mm 30~12φ可作成锥柄镶片硬质合金麻花钻。

与高速钢麻花钻相比，钻芯直径较大，螺旋角较小，工作部分长度较短，刀体采用9SiCr 合金钢，并淬硬到50～52HRC 。

这些措施都是为了提高钻头的刚性和强度，以减少钻削时因振动而引起刀片的碎裂现象（二）深孔钻深孔一般指孔的长径比大于5倍以上的孔。

钻深孔时，必须要解决断屑与排屑、冷却与润滑、导向问题。

一、枪钻枪钻原用于枪管钻孔，故称枪孔钻。

多用于加工mm 20~2φ小直径的深孔加工。

1、结构与工作原理枪钻由切削部分和钻杆组成。

切削部分由高速钢或硬质合金制成，并作出排屑槽；钻杆用无缝钢管制成，在靠近钻头处滚压出排屑槽，钻杆直径比钻头直径小0.5～1mm ，二者用焊接的方法连接在一起，焊接时使排屑槽对齐。

工作原理：钻孔时工件旋转，钻头进给。

用高压将切削液由钻杆内孔和切削部分的进油孔注入切削区，进行冷却和润滑，同时把切屑由排屑槽内冲刷出来。

由于切屑是由钻头体外排出的，故称外排屑。

2、特点（1）由于切削液进、出路分开，使切削液在高压下，不受干扰，容易到达切削区，较好的解决了钻深孔时的冷却、润滑问题；（2）由于切削刃分为内、外切削刃，且刀尖有偏心e ，切削时可起分屑作用，切屑变窄，切削液便于将切屑冲出，使排屑容易；（3）由于钻孔后留有直径为2h 的芯柱，这样就能保证钻头支承面始终紧贴于孔壁，使钻头有可靠的导向，解决深孔钻导向问题。

二、内排屑深孔钻钻头由钻体、分布在不同圆周上的三个切削刃和两个导向块组成。

工作时，高压切削液从钻杆与孔壁间的间隙处送入切削区，起冷却润滑作用。

同时把切屑由钻头的体内排屑孔和钻杆内孔中冲出。

这种深孔钻，由于三个刀齿排列在不同的圆周上，起到分屑的作用，使排屑方便。

并且切屑在排出时，不与已加工表面摩擦，故生产效率和加工质量均较外排屑深孔钻高。

这种结构没有横刃，降低了轴向力，不平衡的圆周力和径向力由圆周上的导向块承受，深孔钻具有较好的导向性。

三、喷吸钻喷吸钻由钻头、内管和外管三部分组成。

工作时，2/3切削液经内、外管之间的间隙输入到切削区，用于冷却和润滑。

其余1/3的切削液经内管壁上的月牙小槽窄缝喷入管内，使内管的前端与后端形成压力差产生“吸力”，加速切削液和切屑排出。