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车刀

车刀是用于普通车床、转塔车床、自动车床和数控车床的刀具，它是生产中加工回转面工件时应用最为广泛的一种刀具。车刀在形式上，通常根据加工表面特征可分为外圆车刀、端面车刀、螺纹车刀、切断刀、内孔切槽刀等。也可以从结构上分为整体式、焊接式、机夹式和可转位车刀。

本节主要介绍焊接式、机夹式和可转位三类车刀的结构特点与设计要点。

一、焊接式车刀

焊接式车刀是将具有一定形状的硬质合金刀片，用紫铜或其它焊料钎焊在普通(常为45钢)刀杆上而成。焊接车刀由于结构紧凑、制造方便，目前在我国仍广泛使用。

焊接式车刀的设计包括选择车刀类型、刀片材料与型号、刀杆材料、确定刀杆外形尺寸、选择合理几何参数、确定刀槽参数、绘制工作图、选择焊料、制定技术条件等。下面就其中主要项目作必要介绍。

1．硬质合金刀片型号及选用

硬质合金各种型号刀片的主要用途为：A型用于90°外圆车刀、端面车刀等；B型用于直头外圆车刀、端面车刀、镗孔刀等；C型用于直头、弯头外圆镗孔、宽刃刀等；D型用于切断、切槽刀等；E型用于螺纹车刀。

2．刀杆外形及尺寸的确定

普通车刀外形尺寸主要有长、宽、高尺寸，刀杆断面形状为矩形或方形，一般选矩形,刀杆高度H按机床中心选。当高度尺寸受限制时，可加宽为方形，以提高其刚性。

刀杆外形分为直头和弯头两类。直头简单便于制造，弯头通用性好，既能车端面又能车外圆。

对于镗孔刀杆，其工作部分断面一般为圆形，直径与长度应按加工孔径与深度尺寸来选择。

3．刀槽的形式及参数确定

为使刀片焊接牢固，刃磨量小，故要在刀杆上加工出槽形，常见刀槽形式有以下几种。

(1)开口槽形状简单，加工容易，但焊接面积小，适用于C型刀片。

(2)半封闭槽制造较困难，但焊接刀片牢固，适用于A、B型刀片。

(3)封闭槽夹持刀片牢固，焊接可靠，用于螺纹刀具，适用于E型刀片。

(4)切口槽用于底面积较小的切断刀、切槽刀，从而增大焊接面积提高结合强度，适用于D型刀片。

二、机夹式车刀

为了避免焊接车刀因焊接使硬质合金刀片产生裂纹、降低刀具耐用度，使用时出现脱焊和刀杆只能使用一次等缺点。机夹车刀采用将刀片用机械夹持的方法固定在刀杆上，刀片用钝后可更换新刃磨好的刀片。

下面仅对常用的几种作一简单介绍。

1、上压式

这种形式是采用螺钉和压板从上面压紧刀片，通过调整螺钉来调节刀片位置的一种机夹车刀。其特点是结构简单，夹固牢靠，使用方便，刀片平装，用钝后重磨后面。上压式是加工中应用最多的一种。

2．侧压式

这种形式一般多利用刀片本身的斜面，由楔块和螺钉从刀片侧面来夹紧刀片。其特点是刀片竖装，对刀槽制造精度的要求可适当降低，刀片用钝后重磨前面。

3．切削力夹固式

这种形式通常是指切削力自锁车刀，它是利用车刀车削过程中的切削力，将刀片夹紧在1：30的斜槽中。其特点是结构简单，使用方便，但要求刀槽与刀片紧密配合，切削时无冲击振动。

三、可转位车刀

可转位车刀是将可转位的硬质合金刀片用机械方法夹持在刀杆上形成的。刀片具有供切削时选用的几何参数(不需磨)和三个以上供转位用的切削刃。当一个切削刃磨损后，松开夹紧机构，将刀片转位到另一切削刃后再夹紧，即可进行切削，当所有切削刃磨损后，则可取下再代之以新的同类刀片。

可转位车刀是一种先进刀具，由于其不需重磨、可转位和更换刀片等优点，从而可降低刀具的刃磨费用和提高切削效率。

几种典型的夹紧结构：

(1)偏心式它是利用螺钉上端部的一个偏心销，将刀片夹紧在刀杆上。该结构靠偏心夹紧，靠螺钉自锁，结构简单，操作方便，但不能双边定位。由于偏心量过小，容易使刀片松动，故偏心式夹紧机构一般适用于连续平稳切削的场合。

(2)杠杆式应用杠杆原理对刀片进行夹紧。当旋动螺钉时，通过杠杆产生的夹紧力将刀片定位夹紧在刀槽侧面上；旋出螺钉时刀片松开。该结构特点是：定位精度高，夹固牢靠，受力合理，使用方便，但工艺性较差，适合于专业工具厂大批量的生产。

(3)楔块式该结构是把刀片通过内孔定位在刀杆刀片槽的销轴上，由压紧螺钉下压带有斜面的楔块，使其一面紧靠在刀杆凸台上，另一面将刀片推往刀片中间孔的圆柱销上，将刀片压紧。该结构简单易操作，但定位精度较低，且夹紧力与切削力相反。

第二次课

§6-2 麻花钻

麻花钻作为一种重要的孔加工刀具，它既可在实心材料上钻孔，也可在原有孔的基础上扩孔。它可用来加工钢材、铸铁，也可以加工铝、铜及其合金，甚至还可加工有机材料和木材等非金属材料。因此，从18世纪至今，麻花钻一直得以广泛应用。

一、钻削运动

钻削是一种常用的切削加工方法，在孔加工中占有相当大的比重，它是一种使用钻头在实体材料上加工出孔(一般加工精度为ITll～ITl2，表面粗糙度值为Ra100～50μm)，或作为攻丝、扩孔、铰孔和镗孔前的预加工。

钻削运动由主运动νc。(钻头或工件的旋转运动)和进给运动νf (钻头的轴向运动)所组成，其合成运动为νe，如下图所示。

二、麻花钻的组成

如下图为麻花钻外形图。由图可知，麻花钻由柄部、颈部和工作部分三部分组成。

1．柄部

钻头的装夹部分，用来传递力和力偶矩。当钻头直径小于13mm时通常采用直柄(即圆柱柄)，大于12mm时则采用圆锥柄。工作时扁尾部分位于机床主轴孔的扁槽内，防止在机床主轴中转动，而且顶端还作为卸取的敲击部分。

2．颈部

柄部和工作部分的连接处，并作为磨削外径时砂轮退刀和打标记的地方，也是柄部与工作部分不同材料的焊接部位。

3．工作部分

由导向部分和切削部分组成。

(1)导向部分钻头的导向部分由两条螺旋槽所形成的两螺旋形刃瓣组成，两刃瓣由钻芯连接。为减小两螺旋形刃瓣与已加工表面的摩擦，在两刃瓣上制出了两条螺旋棱边(称为刃带)，用以引导钻头并形成副切削刃；螺旋槽用以排屑和导入切削液，从而形成前面；导向部分的直径向柄部方向逐渐减小，形成倒锥，其倒锥量为(O． 05～O．12)／lOOmm，类似于副偏角，以减小刃带与工件孔壁间的摩擦；钻芯直径(即与两槽底相切圆的直径)影响钻头的刚性和螺旋槽截面积。对标准麻花钻而言，为提高钻头的刚性，钻芯直径制成向钻柄方向增大的正锥，其正锥量一般为(1.4～2)／100mm。此外，导向部分也是切削部分的备磨部分。

(2)切削部分钻头的切削部分由两个螺旋形前面、两个由刃磨得到的后面、两条刃带(副后面)、两条主切削刃、两条副切削刃(前面与刃带的交线)和一条横刃组成。

三、麻花钻的几何角度

尽管麻花钻的结构较车刀复杂，但从切削刃来看，麻花钻只是有两条对称的主切削刃、两条对称的副切削刃和一条横刃。因此，讨论麻花钻的几何角度，同样可按确定车刀几何角度的方法，即以切削刃为单元确定选定点，根据该点处假定的主运动方向和进给运动方向建立坐标平面，给定测量平面，从而确定其相应的几何角度。麻花钻的主要几何角度如下图所示。

1．坐标平面与测量平面

为了确定切削部分各面在空间的位置，要人为地建立一些坐标平面和测量平面，并由这些平面构成参考系，从而可以确定刀具的各个几何角度以及各面所在的空间位置。

由于刀具的几何角度是在切削过程中起作用，因而坐标平面的建立应以切削运动为依据，即首先要在钻头切削刃的选定点D上假定主运动方向和进给运动方向，而后则可建立D点的坐标平面，它包括基面PrD和切削平面PsD，如图所示。

(1)基面PrD 它是指经过D点且包括钻头轴线在内的平面，显然，它与主运动方向垂直，如图中的PrD。由于钻头主切削刃上各点的主运动方向不同，因而基面的位置也不相同。

(2)切削平面PsD 它是指经过D点，与主切削刃相切，且垂直于该点基面PrD的平面。由于主切削刃上各点基面不同，切削平面的位置也就不同，如图中的PsD。

在研究钻头的几何角度时，除了假定钻头的主运动方向和进给运动方向、确定选定点、建立坐标平面外，还必须给定测量平面。此外，确定钻头的刃磨角度时，也须给出测量平面。除主剖面、进给剖面外，常用的测量平面还有三个，如图所示。

(1)端平面Pt 指与钻头轴线垂直的端面投影平面。

(2)中剖面Pc 指过钻头轴线与两主切削刃平行的平面。

(3)柱剖面Pz 指过主切削刃上某选定点作与钻头轴线平行的直线，该直线绕钻头轴线旋转所形成的圆柱面。

2．主切削刃几何角度

(1)主偏角κr 钻头主切削刃上选定点D的主偏角是指主切削刃在该点基面PrD上的投影与进给运动方向间的夹角，如图所示。由于主切削刃上各点基面位置不同，因而主切削刃上各点的主偏角κrD随钻头半径R的变化而变化，外径处大，钻芯处小。

(2)刃倾角λs 钻头主切削刃上选定点D的刃倾角λsD是指在该点的切削平面PsD内，切削刃与基面PrD之间的夹角；而端面刃倾角λstD则是该点的刃倾角λsD在端平面Pt中的投影。若该点处主偏角κrD已知，则λsD和λstD有如下关ω系：

tanλstD=tanλsD sinκrD

由于钻头主切削刃的刀尖(钻头外径处的转折点)是主切削刃上的最低点，因而钻头主切削刃刀尖处的刃倾角为负值。对于标准麻花钻，其刃倾角λsD在钻头外径处约为一4° 30'，在切削刃与横刃交界处约为一40° 31'。主切削刃刃倾角λs的变化范围很大。

(3)前角γo 钻头主切削刃上选定点D的前角γoD是指主剖面P。内前面与基面PrD间的夹角。

标准麻花钻主切削刃各点的前角变化很大，从外径到钻芯处，约由+30。减小到-30°。此外，由于主切削刃前角不是直接刃磨得到的，因而钻头的工作图上一般不标注前角。

(4)后角αo 钻头主切削刃选定点D的后角αoD是指在主剖面Po内后面与切削平面PrD间的夹角。但为了测量方便，麻花钻常采用进给剖面Pf内的进给后角αf。钻头切削刃的后角通过刃磨得到。

3．横刃几何角度

钻头的横刃是由两条主切削刃的后面相交而成的。按照横刃的工作情况，以钻头轴线为界进行分区，即分为四个区域，其中Ⅱ、Ⅳ为前面，I、Ⅲ为后面。这样便可得到横刃的几何角度。

(1)主偏角κrψ κrψ=90°。

(2)刃倾角λsψ λsψ=0°。

(3)前角γoψ γoψ=-(90°-αoψ)。

(4)后角αoψ 十横刃后角αoψ是钻头经刃磨后得到的，一般αoψ取30°～36°，则横刃前角γoψ=-(90°-αoψ)=一54°～-60°。

(5)横刃斜角ψ 钻头的横刃斜角ψ是指在端平面中横刃与中剖面间的夹角，该角度通过刃磨得到。

第三次课

四、麻花钻刃磨角度

麻花钻在制造或发生允许范围内的磨损时，都需要进行刃磨。麻花钻的一些几何角度，如主切削刃上的后角αf，只能通过刃磨来得到。

下面简述麻花钻的三个刃磨角度。

1．锋角2φ

锋角2φ是指钻头两主切削刃在中剖面Pс上的夹角。加工钢、铸铁的标准麻花钻的锋角(即钻头的设计角度)称为原始锋角2φ。=118°，麻花钻在使用或用钝后根据加工条件刃磨后得到的锋角称为使用锋角2φ，当标准麻花钻的使用锋角2φ< 2φ。时，主切削刃为凸形；当2φ=2φ。时，主切削刃为直线；当2φ＞2φ。时，主切削刃为凹形。

麻花钻在磨出锋角2φ之后，主切削刃上各点的主偏角κrD也随之确定。

由前述可知，由于λsｔD在钻芯处大，而外径处小，故使κrＤ在外径处大，而钻芯处小。通常可取κr＝φ。

2．后角αｆ

后角αｆ是指主切削刃上选定点D在对应的柱剖面中所测量的后面与端平面的夹角。在刃磨钻头时，要注意使后角αｆ沿主切削刃各点不能相等，外径处小而内径处大。这样做还可起到：

(1)与主切削刃前角γοD的变化相适应，使主切削刃各点的楔角基本相等，有利于主切削刃的强度和传热的均匀性；

(2)横刃处的后角大，使横刃前角增大，改善了横刃的切削条件。

麻花钻的名义后角αf是指钻头外径处的后角。

3．横刃斜角

横刃斜角ψ(其定义前面已述)是在刃磨钻头时形成的，其值大小与锋角2φ、横刃后角αοψ有关。生产中经常通过检验ψ角的数值来控制横刃后角αοψ值的大小。ψ值愈小，αοψ值愈大，横刃愈锋利；但若ψ值过小，则横刃过长，钻头在引钻时不易定中心。

普通麻花钻标准中规定ψ=47°～55°(对于直径小的钻头，ψ角允许较小)，此时钻头锋角值2φ=116°～118°，横刃后角值αοψ=36°～39°。

五、钻削用量和切削层参数

1．钻削用量

钻削用量同车削一样，也包括切削深度ap、进给量ｆ和钻削速度νc。

(1)切削深度ap 即为钻削时的钻头半径，即ap=dο／2，单位为mm。

(2)进给量钻削的进给量有以下三种表示方式。

①每齿进给量ｆz 指钻头每转一个刀齿，钻头与工件间的相对轴向位移量，单位为mm／z。

②每转进给量ｆ指钻头或工件每转一转，它们之间的轴向位移量，单位为mm／r。

③进给速度νf 是在单位时间内钻头相对于工件的轴向位移量，单位为mm／min或mm／s。

以上三种进给量的关系为：

式中 n——钻头或工件转速，r／min； z——钻头齿数，即切削刃数，对于麻花钻，z=2。

(3)钻削速度νc 指钻头外缘处的线速度，其计算公式为：

式中d。——钻头外径，mm； n——工件或钻头的转速，r／rain。

2．切削层横截面要素

钻孔时切削层横截面要素是在基面内度量的，但为了便于测量与计算，切削层横截面要素常取在中剖面中度量，它包括切削厚度hD、切削宽度bD和切削面积AD，如图6—25所示。

(1)切削厚度hD

(2)切削宽度bD

(3)切削层横截面积AD 钻削中的切削层横截面积AD有下述两种表达方式。

①每齿切削面积AD

②切削总面积ADΣ

六、钻削力和功率

1．钻削力

钻头切削时要受到工件材料变形抗力和切屑与孔壁间摩擦力的影响，从而使钻头主切削刃、副切削刃和横刃都要承受轴向抗力Ff、径向抗力FΡ和主切削力(切向力)Fc。其中，径向抗力FΡ对钻孔质量影响很大，会造成孔的扩大与偏斜，但在比较理想的情况下，即刃磨正确，各切削刃都相互对称，该力基本上相互平衡而抵消；其余的轴向抗力Ff和主切削力Fc分别合并成轴向力F和力偶矩Mc。

取不同的加工材料，在固定的钻孔条件下，改变切削用量，从而测出钻削轴向力和力偶矩，经过数据回归处理则可得到钻削力的实验计算公式如下：

式中，CF和cM均为系数；xF和yF，xM和yM均为指数；KF和KM均为修正系数乘积。

2．钻削功率

钻削功率是指钻削过程中消耗的功率。根据上述经验公式计算出力偶矩Mc，则可计算钻削功率，计算公式为：

式中Mc——力偶矩，N·m； n——工件或钻头的转速，r／min。

七、麻花钻的修磨与群钻

(一)麻花钻的修磨

麻花钻的修磨是指在普通刃磨的基础上，根据具体加工要求对其参数不够合理的部分进行的补充刃磨。

标准麻花钻本身存在一些缺陷：

（1）主切削刃上各点前角相差较大(由30。～一30。)，切削能力悬殊；

（2）横刃前角小(负值)而长，钻削轴向力大，定心差；主切削刃长，切削宽度大，切屑卷曲困难，不易排屑；

（3）主切削刃与副切削刃转角处(即刀尖)切削速度最高，但该处后角为零，因而刀尖磨损最快等。

这些缺陷的存在，严重地制约了标准麻花钻的切削能力，影响了加工质量和切削效率。因此，必须对标准麻花钻进行修磨。常见的修磨有以下几种。

1．修磨出过渡刃(即双重刃)

在钻头的转角处磨出过渡刃(其锋角值2φ1=70°～75°)，从而使钻头具有了双重刃。由于锋角减小，相当于主偏角κr减小，同时转角处的刀尖角εr′增大，改善了散热条件。

2．修磨横刃

将原来的横刃长度修磨短，同时修磨出前角，从而有利于钻头的定心和轴向力减小。

3．修磨分屑槽

在原来的主切削刃上交错地磨出分屑槽，使切屑分割成窄条，便于排屑。主要用于塑性材料的钻削。

4．修磨棱边

在加工软材料时，为了减小棱边(其后角等于零)与加工孔壁的摩擦，对于直径大于12mm以上的钻头，可对棱边进行修磨，这样可使钻头的耐用度提高一倍以上。

(二)群钻（简介）

群钻是对麻花钻经合理修磨后而创造的一种新钻型，在长期的生产实践中已演化扩展成一整套钻型。与普通麻花钻比较，群钻具有以下一些优点：

①钻削轻快，轴向力和力偶矩分别下降35％～50％和lO％～30％：

②钻孔进给量较普通麻花钻可提高3倍，大大提高钻孔效率；

③耐用度约提高2～3倍，钻头寿命延长；

④钻孔尺寸精度提高，形位误差和加工表面粗糙度值减小；

⑤使用不同钻型，可改善对不同材料如铜、铝合金、有机玻璃等的钻孔质量，并能满足薄板、斜面、扩孔等多种情况的加工要求。

群钻的种类很多，标准群钻(即钢群钻)应用最广，是其中的基本形式。下面就标准群钻的几何形状、刃磨参数和结构特点作一介绍。

1．标准群钻的几何形状

标准群钻在主切削刃、横刃等几何形状上，与普通麻花钻显著不同。

(1)主切削刃分成三段(即“三刃”)，并形成三个尖

①外刃 AB段主切削刃长度为ι。

②圆弧刃 BC段切削刃是月牙槽后面2与螺旋槽的交线，其圆弧半径为R。

③内刃 CD段切削刃是修磨的内刃前面7与月牙槽后面2的交线。

形成的三个尖分别是钻心尖(0点)和两边的刀尖(B点)。

(2)横刃变窄、变尖、变低

①变窄由于磨出内刃前面7，使横刃变窄，约为标准麻花钻横刃的1／4～1／6。

②变尖由于磨出了月牙槽后面2，从而使横刃变尖。

③变低由于月牙槽后面2向内凹，使横刃降低(其尖高h=O．04do)。

(3)在一边的外刃上磨出分屑槽

2．标准群钻的刃磨参数（略）

3．标准群钻的结构特点

由上述可见，群钻的结构概括为“三尖七刃(两条外刃、两条圆弧刃、两条内刃，再另加一横刃)”，用顺口溜可总结为：三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃开屑槽，横刃磨低窄又尖。其特点为：

(1)外刃上不对称地开出分屑槽，可有效地将宽切屑分割成窄切屑，而且在外刃与圆弧刃的转折点处切屑流向变化也增大，形成自然分屑点，从而使切屑容易折断排出；

(2)圆弧刃可增大中段切削刃的前角，使切削刃锋利，而且由圆弧刃切出的加工表面有一圈凸起的圆环筋镶嵌在圆弧中，可有效定心，防止钻头轴线偏斜，提高钻孔精度，同时圆弧刃还分别控制钻尖和外刃，使钻刃的高度下降，内刃锋角增大，保证钻头强度不致降低；

(3)内刃是修磨横刃时形成的，它大大缩短了横刃长度，其前角较横刃前角大，从而改善了切削条件；

(4)横刃在磨短、磨低的同时也增大了前角，可降低轴向力。

八、硬质合金钻头简介

加工硬脆材料如铸铁、绝缘材料、玻璃、淬硬钢等，当采用硬质合金钻头时，可显著提高切削效率。

对于小直径（即d0≤5mm）硬质合金钻头都做成整体结构，除用于加工硬材料外，也适用于非金属压层材料的加工，效果较好。

当直径大于6mm时，硬质合金钻头都做成镶片结构。与高速钢麻花钻相比，镶片式硬质合金钻头的钻芯较粗，dc=(O．25～O．3)do，工作部分缩短，加宽容屑槽，增大倒锥量，制成双螺旋角；刀片采用YG8，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，减小振动，便于排屑，防止刀片崩裂。

目前国内外还出现了许多不同结构的硬质合金可转位刀片钻头。它装有两个凸三角形刀片，用沉头螺钉夹紧在刀体上，一个刀片靠近中心，另一个在外径处，切削时可起分屑作用。该钻头的几何角度可由刀体上的安装角度来决定。

第四次课

§6-3 深孔钻、套料钻与扩孔钻简介

一、深孔钻

深孔是指孔深与孔径比超过5的孔，加工深孔用的刀具称为深孔刀具。这里只介绍深孔的类型及特点、深孔钻的结构与工作原理。

(一)深孔的类型与加工特点

1．深孔的类型

深孔按长度与直径之比(L／D)分为三类。

(1)L／D=5～20属一般深孔。这类零件在普通车床、钻床上用深孔刀具或用接长麻花钻就可以加工。

(2)L／D=20～30属中等深孔。如各类机床主轴内孔。这类零件可在普通车床上加工，但须使用深孔刀具。

(3)L／D=30～100属特殊深孔，如枪管、炮管、电机转子等。这类零件必须使用深孔机床或专用设备，并须用深孔刀具加工。

2．深孔加工的特点

深孔加工有很多不同于一般孔加工的特点和不利因素，应特别注意：

(1)不易观测刀具切削情况，只能靠听声音、看出屑、测油压等手段来判断排屑与刀具磨钝情况；

(2)切削热不易传散，须采用有效冷却方式；

(3)切屑排出困难，必须设计合理的切削图形，保证断屑与排屑通畅；

(4)加工时孔易偏斜，刀具结构上应有导向装置；

(5)刀杆细长，刚性差，易振动，精深孔的表面粗糙度也难控制，需选择合理的加工工艺与切削用量。

以上诸点以排屑、导向和冷却最为重要，它们是保证加工精度、提高刀具耐用度及生产率的关键。

(二)三种典型深孔钻

下面仅介绍三种典型深孔钻的结构特点与工作原理。

1．枪钻

枪钻是一种单刃外排屑小深孔钻，因最早用于钻枪孔而得名。它主要用来加工直径约1～35mm 的小深孔。枪钻工作部分采用高速钢或硬质合金与用无缝钢管压制成形的钻杆对焊而成。钻杆滚压出120°排屑槽，钻头中心制有120°凹槽，外径有 1／1000倒锥。工作时工件旋转，钻头进给，同时高压切削液由钻杆尾部注入，冷却切削区后沿钻杆外部凹槽将切屑冲刷出来呈外排屑。枪钻切削部分主要特点是：仅在轴线一侧有切削刃，没有横刃。将切削刃分成外刃和内刃。钻尖偏心距为e，此外，切削刃的前面偏离钻头中心一个距离h。

由于枪钻外刃所受径向力略大于内刃的径向力。这样使钻头的支撑面始终紧贴于孔壁，从而保证了钻削时具有良好的导向性，并可防止孔径扩大。此外，由于钻头前面及切削刃不通过中心，避免了切削速度为零的不利情况，并在孔底形成一直径为2h的芯柱，此芯柱在切削过程中具有阻抗径向振动的作用。在切削力的作用下，小芯柱达到一定长度后会自行折断。

2．错齿内排屑深孔钻(BTA深孔钻)

直径大一些的孔，例如从20～70mm，可以用内排屑深孔钻。工作时，压力切削液从钻杆外圆与工件孔壁之间的间隙流入，冷却润滑切削区后挟带着切屑从钻杆内孔排出。钻杆外径比外排屑钻增大，因而钻杆刚性较大，允许的进给量大，钻孔效率高；冷却排屑效果较好，也有利于钻杆稳定。但是内排屑钻头必须装置一套供液系统，如受液器、油封头等。

3．喷吸钻

喷吸钻是一种新型内排屑深孔钻，适用于加工直径为20～65mm的深孔。它的切削部分与 BTA深孔钻相同。喷吸钻的钻杆由内钻管和外钻管组成，二钻管之间留有环形空隙。工作时，高压切削液从进液口进入连接套，其中1／3从内钻管四周月牙形喷嘴喷人内管。由于月牙槽隙缝很窄，切削液喷出时产生喷射效应，使内管里被抽吸形成负压区。另外2／3的切削液经内、外管壁间进入切削区，汇同切屑被吸入内管，并迅速向后排出。这种喷吸效应有效地改善了排屑条件。

普通喷吸钻由于采用双钻管结构，故加工直径较小时排屑空间受到限制。近年来出现的DF深孔钻采用单钻管双加油器实现喷吸效应，较好地解决了这一问题。

二、套料钻

在实心材料上加工直径较大(50mm以上)的孔时，可采用套料钻。因为它只切出一环形孔而留下一个料芯，这样不仅可以减少切削工作量，提高生产效率，中间留下的芯材还可以利用，这对于节约贵重材料尤为重要。

套料钻是空心圆柱体，在其端面固定有切削齿，齿数一般为3～12齿。当被钻的孔较深时，断屑和排屑仍然是首先要解决的问题。钻孔时钻杆的内、外圆柱面与被加工表面的间隙较小，排屑困难，往往需要强迫注入高压切削液，通过钻杆内部(称内排屑)或钻杆外部(称外排屑)将切屑排出。

设计套料钻时，为保证排屑通畅，一般采用多刃分段切削法，将实际切屑的宽度控制为排屑间隙尺寸的1／3左右。

三、扩孔钻

扩孔钻是用来扩大孑L径、提高孔的加工精度的刀具。它用于孔的最终加工或铰孑L、磨孔前的预加工。扩孔钻与麻花钻相似，但齿数较多，一般有3～4齿。主切削刃不通过中心，无横刃，钻心直径较大，因此扩孔钻的强度和刚性均比麻花钻好，可获得较高的加工质量及生产效率。

§6-4 铰刀

铰刀是对预制孔进行半精加工或精加工的多刃刀具。铰孔是一种操作方便、生产率高、能够获得高质量孔的切削方式，故在生产中应用极为广泛。

一、各种铰刀简介

根据使用方法铰刀可分为手用和机用两大类。手用铰刀工作部分较长，齿数较多；机用铰刀工作部分较短。按铰刀结构有整体式(锥柄和直柄)和套装式。

铰刀常见类型如图6所示。选用铰刀时，要根据生产条件及加工要求而定。单件或小批量生产时，选用手用铰刀；成批大量生产时，采用机用铰刀。

铰刀的精度等级分为H7、H8、H9三级，其公差由铰刀专用公差确定，分别适于铰削H7、H8、H9公差等级的孔。上述的多数铰刀，每一类又可分为A、B两种类型，A型为直槽铰刀，B型为螺旋槽铰刀。螺旋槽铰刀切削过程稳定，故适于加工断续表面。

二、铰刀外径

铰刀的结构，一般它由工作部分、颈部及柄部组成。工作部分包括引导锥、切削部、校准部，其中校准部由圆柱与倒锥两部分组成。为了使铰刀易于切入预制孔，在铰刀前端制出引导锥。圆柱部分用来校准孑L的直径尺寸并提高孔的表面质量，以及切削时增强导向作用。倒锥用以减少摩擦。

铰刀直径公差对被加工孔的尺寸精度、铰刀制造成本和铰刀的使用寿命有直接影响。铰孔时，由于铰刀径向跳动等因素的影响会使铰出孔的直径往往大于铰刀直径，称为铰孔“扩张”；而由于已加工表面的弹性变形恢复和热变形恢复等原因，会使孔径缩小，称为铰孔“收缩”。铰孔后是扩张还是收缩由实验或凭经验确定。经验表明，用高速钢铰刀铰孔一般会发生扩张，用硬质合金铰刀铰孔一般会发生收缩。

铰刀直径的基本尺寸等于孔的直径基本尺寸。铰刀直径的上下偏差应根据被加工孔的公差、铰孔时产生的扩张量或收缩量、铰刀的制造公差和磨损公差来决定。

铰孔后发生扩张现象时，设计及制造铰刀的最大、最小极限尺寸分别为：

若铰孔后发生收缩现象，则设计及制造铰刀的最大、最小极限尺寸分别为：

国家标准规定：铰刀制造公差G=O．35IT。通常情况下，高速钢铰刀最大扩张量Pmax可取O．15IT；硬质合金铰刀最小收缩量Pamin常取0或0．1IT。Pmax和Pamin的可靠确定办法是通过实验测定。

三、铰刀的几何角度、齿数与齿槽

1．铰刀的几何角度

(1) 主偏角κr 主偏角愈小，铰刀受到的轴向力愈小，导向性愈好，但κr过小时，铰削时挤压摩擦较大，铰刀耐用度低，切入、切出时间长。故手用铰刀选择较小的主偏角，以减轻工人劳动强度和获得良好导向性，而机用铰刀选择较大的主偏角，以减少切削刃长度和机动时间，加工铸铁取κr=3°～5°；加工钢料取κr=12° ～15°；加工盲孔取κr=45°。

(2)前角γр 铰刀的前角规定在切深剖面(即铰刀的端剖面)内表示。铰削时，由于切屑与前面在切削刃附近处接触，切削厚度较小，故前角对切削变形的影响并不显著。为便于制造，通常高速钢铰刀在精加工时取γр=O°；粗铰塑性材料时取γр=5°～10°。硬质合金铰刀一般取γр=0°～5°。

(3)后角 αp 校准刃后角αp在切深剖面内表示；切削刃后角αo在主剖面中表示。由于铰削时切削厚度小，磨损主要发生在后面上，因此后角应该选得稍大些。但铰刀又是定尺寸刀具(即由刀具尺寸直接确定工件尺寸)，后角过大在铰刀重磨后会使其直径减小得快而降低铰刀的使用寿命，故铰刀后角不能选得过大。通常硬质合金铰刀校准刃后角αp=10°～15°，切削刃后角αo=6°～10°。刃带bα=0．1～0．5mm。

2．铰刀的齿数及齿槽

铰刀齿数影响铰孔精度、表面粗糙度、容屑空间及刀齿强度。其值按铰刀直径或工件材料确定。一般可按下式计算：

式中do——铰刀的直径。

加工塑性材料时，齿数应取小值；加工脆性材料时，齿数可取大值。为了便于测量铰刀直径，齿数一般取偶数。在常用直径do=8～40mm范围内，取齿数z=4～8。

铰刀刀齿沿圆周可以等齿距分布或不等齿距分布。等齿距分布制造简单，得到广泛应用；不等齿距分布切削时可减少周期性振动。为便于铰刀制造，铰刀一般取等齿距分布。另外，铰刀直径小于20mm时，采用直线齿背；铰刀直径大于20mm时，采用圆弧齿背。

为改善排屑条件，提高铰孔质量，铰刀齿槽常做成左旋螺旋槽，螺旋角取3°～5°。为便于制造与刃磨，也可取直槽，槽形如同尖齿铣刀容屑槽的形状，用单面角度铣刀铣削而成。

四、铰刀的重磨、研磨及其它

1．铰刀的重磨与研磨

铰刀是精加工刀具，其重磨和研磨的质量对被加工孔的表面粗糙度和精度有很大的影响。

为避免铰刀重磨后的直径减小或校准部分刃带宽度的减小，故一般只磨切削部分的后面。重磨通常在工具磨床上进行，铰刀轴线相对磨床导轨倾斜坼，并使砂轮的端面相对于切削部分后面倾斜1°～3°，以免两者接触面积过大而烧伤刀齿。磨削时，后面与砂轮端面应处于平行位置，前面下的支撑片应比铰刀中心低h，其值为h =dosinαo/2，这样便可得到所要求的后角αo。重磨后的铰刀用油石在切削刃与校准刃的交接处研磨出宽度为0．5～1mm的倒角刀尖，以提高铰削质量和铰刀耐用度。

工具厂供应的新铰刀，一般留有0．01mm左右的直径研磨量，使用前需经研磨才能达到要求的铰孔精度。磨损后的铰刀通过研磨可用于铰削其它配合精度的孔。研磨铰刀可在车床上进行，铰刀低速转动，研具沿轴线均匀移动。研具由研磨套及外套组成，研磨时应加入少量研磨膏。

2．确定合理的铰削用量

铰削用量对铰削质量、生产效率及铰刀磨损影响较大。

铰削余量A，一般粗铰时0．2～O．6mm，精铰时取0．05～O．2mm。孔的精度较高时，A取小值；反之取大值。

切削速度νс对铰孔表面粗糙度Ra值影响最大，所以一般采用低速铰削来提高铰孔质量。用高速钢铰刀铰削钢或铸铁孔时，选νс<10m／min；用硬质合金铰刀铰削钢或铸铁孔时，可取νс=8～20m／min。

进给量f对铰孔质量、刀具耐用度和生产率也有明显的影响。所以在保证加工质量的前提下，f值可取得大些。用硬质合金铰刀加工铸铁时，通常取f=0．5～3mm／r；加工钢时，可取f=O．3～2mm／r。用高速钢铰刀铰孔时，通常取f<1mm／r。

3．合理选用切削液

一般用高速钢铰刀铰削钢件时，常用10％～15％乳化液或硫化油；铰削铸铁件时，常用煤油。用硬质合金铰刀铰孔时应连续、充分地供给切削液，以免骤冷骤热造成刃口崩裂。另外在切削液中加入极压添加剂，有利于改善铰削效果。

4．金刚石铰刀

金刚石铰刀是采用电镀的方法将金刚石磨料颗粒包镶在45钢(或40Cr)刀体上制得的。用金刚石铰刀铰孔，铰削质量很高，加工精度可达IT5～IT4级，表面粗糙度值可低于Ra0．05μm。

§6-5 其它回转面加工刀具简介

一、镗刀

镗刀是在车床、镗床、转塔车床、自动机床以及组合机床上使用的孔加工刀具。一般镗孔的加工精度可达IT7级，表面粗糙度值可达RaO．8μm。若在高精度镗床上进行高速精镗，可以获得更高的加工精度。镗孔尤其适用于箱体孔系及大直径孔的加工。镗刀种类很多，按切削刃刃数可分为单刃镗刀和双刃镗刀。

1．单刃镗刀

普通镗床上常用的单刃镗刀，结构简单，制造方便。

2．双刃镗刀

双刃镗刀是一种定尺寸刀具，两个对称的切削刃，分布在镗杆轴线的两侧，可相互抵消切深抗力 Fp，镗杆不受弯曲变形。常用的有固定式镗刀和浮动镗刀。固定式双刃镗刀，该镗刀刚性好，不易引起振动，又因容屑空间大，生产效率较高，适用于粗镗和半精镗，还可用于锪沉头孔及端面的加工。

浮动镗刀，它是一种尺寸可调，并可自动定心的双刃镗刀。镗刀片与镗杆浮动连接，通过切削时作用在两刃的切削力实现刀片的自动定心，以自动补偿由于刀具安装误差、机床主轴偏差造成的加工误差。该刀具使用方便，常用在镗床或钻床上进行扩孔的粗加工。

二、复合钻

孔加工复合刀具是由两把或两把以上单个孔加工刀具组合成一体的刀具。这种刀具目前在组合机床及其自动线上获得广泛使用。

1．复合刀具的种类

复合刀具种类繁多，按工艺类型可分为同类工艺复合刀具和不同类工艺复合刀具。

(1)同类工艺复合刀具如复合铰刀、复合镗刀、复合钻头、复合扩孔钻、复合丝锥等。

(2)不同类工艺复合刀具如钻-镗复合刀具、钻-扩-铰复合刀具，钻-扩、钻-铰、钻-攻螺纹、镗-锪、钻-扩-锪等复合刀具。在组合机床及其自动线上复合扩孔钻应用的很多，结构形式也有多种。

2．复合刀具的特点

(1)工序集中有利于减少机床台数或工位数，机动和辅助时间少，生产率高，加工成本低。

(2)工件安装次数少从而减少了工件的安装及定位误差。此外，工件加工表面之间的位置精度容易保证。因此，使用复合刀具有利于提高工件的加工质量。

(3) 复合刀具的结构较复杂在制造、刃磨及使用过程中都可能出现一些特殊问题。设计时须考虑：诸如当各单个刀具的直径、切削时间等切削条件悬殊时，应选用不同的刀具材料；根据工件加工质量要求以及刀具的强度、刚度和刃磨工艺等因素，确定适宜的刀具结构形式；根据工艺系统刚性等条件，合理设计导向装置等。

使用复合刀具时还应注意几点特殊要求：如由于最小直径刀具的强度最弱，故应按最小直径刀具确定进给量；而由于最大直径刀具的切削速度最高，磨损最快，故应按最大直径刀具确定复合刀具的耐用度。总之，使用复合刀具时，须按各单个刀具所进行的加工工艺不同，兼顾其不同特点。

三、中心钻与锪钻

1．中心钻

中心钻用于加工中心孔。其类型有简单式中心钻、复合式中心钻和带保护锥的复合式中心钻。

(1)简单式中心钻简单式中心钻与普通麻花钻的区别是其工作部分长度较短，因为它所钻的孔很浅，常用于加工高强度材料。

(2)复合式中心钻复合式中心钻做成两部分，既加工中心孔的圆柱表面，同时又加工中心孔的锥面，可以提高加工效率。带保护锥的复合中心钻不仅可以加工中心孔的圆柱及圆锥表面，又可加工锥角等于120°的护锥表面。

2．锪钻

锪钻是对工件上已有孔进行加工的一种刀具，它可刮平端面或切出锥形、圆柱形凹坑。它常用于加工各种沉头孔、孔端锥面、凸凹面等。

带导柱平底锪钻，它适于加工六角头螺栓、带垫圈的六角螺母、圆柱头螺钉的沉头孔。这种锪钻在端面和圆周上都有刀齿，并且有一个导向柱，以保证沉头座和孔保持同轴。

锥面锪钻，适于加工锥角为60°、90°、120°的沉头螺钉的沉头座。

端面锪钻，这种锪钻只有端面上有切削齿，以刀杆来导向，保证加工平面与孔垂直。标准锪钻可查阅GB 4258～4266—84。单件或小批生产时，常把麻花钻修磨成锪钻使用。

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