毕业设计（论文）机夹式深孔刀具设计

机夹式深孔刀具设计摘要深孔加工作为二战以后发展起来的一种新型加工工艺，在国民经济发展中发挥着越来越巨大的作用。然而，由于我国深孔加工技术起步较晚，发展不容乐观。本文研究了深孔加工原理。并针对难加工材料钛合金设计了适合加工中小直径深孔的刀具。本文重点在于分析深孔加工过程尤其是深孔钻削过程的工艺特点。初步地对深孔加工工艺特点进行分析。同时立足于石油石化行业，针对当前行业内对钛合金材料的深孔产品的需求，选择难加工材料钛合金作为加工对象。本文介绍分析了目前国内外深孔刀具现状，指出了焊接式深孔钻的缺点。针对焊接式深孔钻的缺点提出了机夹式深孔钻结构。并选择具有代表性的尺寸进行结构设计。提出了适合小直径深孔加工的紧凑型刀具和适合中等直径加工的普通型刀具。针对目前国内深孔机床造价昂贵，装备周期长的问题。本文提出并初步尝试了把普通车床改造为深孔机床的改造设计方案。关键字深孔刀具；内排屑深孔钻；深孔镗刀；钛合金；机夹式DESIGNOFCLIPONDEEPHOLEMACHINETOOLABSTRACTDEEPHOLEDRILLINGPROCESSING,ASANEWPROCESSINGTECHNOLOGYDEVELOPEDAFTERWORLDWARII,ISPLAYINGANINCREASINGLYSIGNIFICANTROLEINNATIONALECONOMICDEVELOPMENTHOWEVER,DUETOLATESTARTOFDEEPHOLEPROCESSINGTECHNOLOGY,THEDEVELOPMENTOFITISNOTOPTIMISTICINTHISPAPER,DEEPHOLEPRINCIPLEANDDESIGNEDPROCESSINGMIDDLEANDSMALLDIAMETERHOLETOOLS,WHICHWASFORTHETITANIUMALLOYWHICHDIFFICULTTOPROCESSMATERIALSOFTHETOOLTHISARTICLEFOCUSESONANALYSISOFDEEPHOLEDRILLINGPROCESS,ESPECIALLYTHEPROCESSOFDRILLINGPRELIMINARYPROCESSINGOFTHEHOLEWEREANALYZEDATTHESAMETIMEBASEDONTHEPETROLEUMANDPETROCHEMICALINDUSTRY,SELECTTHETITANIUMALLOYASTHEPROCESSINGOBJECTSTHISARTICLEDESCRIBESANDANALYZESTHECURRENTSTATUSDEEPHOLEMACHININGPROCESSINDOMESTICANDFOREIGN,ANDPOINTEDOUTTHESHORTCOMINGSOFWELDINGDEEPHOLEDRILLINGDEEPHOLEDRILLINGFORTHESHORTCOMINGSOFWELDINGMADECLIPONDEEPHOLEDRILLINGMACHINESTRUCTUREANDSELECTTHESIZEOFTYPICALSTRUCTURALTODESIGNPUTFORWARDTHECOMPACTTOOLFORTHESMALLDIAMETERDEEPHOLESANDTHEGENERALTYPEOFMEDIUMDIAMETERMACHININGFORTHEPRESENTPROBLEMSOFDEEPHOLEMACHINETOOLLIKEEXPENSIVEANDEQUIPMENTINLONGPERIODTHISPAPERINITIALLYTRIEDTOTRANSFORMANDDESIGNTOTRANSFORMATETHEORDINARYLATHEMACHINETOADEEPDEEPHOLEMACHININGKEYWORD；DEEPHOLETOOLS，CHIPINDEEPHOLEDRILLING，DEEPHOLEBORINGTOOL，TITANIUMALLOY，MACHINECLIPTOOLS目录1绪论111本课题研究的目的与意义112国内外发展与现状2121深孔钻削技术的发展2122国内外现状313深孔加工简介4131深孔的定义4132深孔加工的分类5133深孔加工的特点62钛合金深孔钻削技术研究721深孔钻的结构及切削角度7211深孔钻的结构7212深孔钻标注角度参考系7213深孔钻的标注角度822深孔刀具的受力分析9221力学模型的建立9222切削力计算1123钛合金加工特性研究12231钛合金理化性质12232钛合金的加工特点及深孔钻削中的问题1424刀具选择研究15241刀具材料应具备的性能15242硬质合金刀具简介17243刀齿材料选择18244刀齿产品初步选择193机夹式深孔钻设计2031工况分析及刀具结构选择2032刀具几何参数设计22321刀齿角度设计22322刀齿相关尺寸设计2333刀具结构设计2433130紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计2433270普通型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计2734小结304机夹式内排屑深孔镗刀设计3141镗刀几何参数确定3142刀体结构设计3142170普通型深孔镗刀设计3242230紧凑型深孔镗刀设计3343小结345深孔钻削系统设计3551改造方案的确定3552改造分析与计算35521车床型号的选择35522冷却排屑系统设计37参考文献38致谢39附录A401绪论11本课题研究的目的与意义第一次工业革命以来的历史证明，工业化程度的高低，直接决定了各个国家的社会发展阶段、人民生活水平和维护国家安全的能力。在工业部门中，制造业，尤其是装备制造业由于承担着为国民经济所有部门提供生产装备的重任，责无旁贷地成为国家的支柱产业。而要成为制造强国，首先则必须具有强大的技术开发能力，拥有大批拥有自主知识产权的重要产品和拥有国际领先的制造技术。深孔加工作为二战以后发展起来的一种新型加工工艺，在国名经济发展中发挥着越来越巨大的作用。上个世纪60年代以来枪钻、BTABORINGANDTREPANNINGASSOCIATION钻（即内排泄深孔钻）、喷吸钻被发明后迅速被应用于石油、煤炭采掘、水火力发电机制造、船舶、航空航天、冶金、化工、纺织、木材加工机械、饲料机械等不同行业的装备制造。以深孔零件为特征的民品装备不断涌现出新品种，成为20世纪下半叶世界装备制造业中的一枝独秀。截止2005年，据统计深孔钻加工装备的90都是进口产品。至70年代末我国改革开放时，中国的深孔加工技术已整整比西方落后了30年1。这一技术差距所导致的消极影响，早在80年代即开始显露。在我国制造业处于低谷时期，以深孔加工为关键技术的液压件、兵工等生产行业相继濒于停产、倒闭状态，数以千计的相关大、中、小企业从此一蹶不振。与此同时，我国与世界经济接轨又促成了大批新制造行业的诞生。2001年在我国统计的29个制造行业中，至少有一半对深孔加工技术和装备有直接需求，1/3以上有迫切需求。至20世纪90年代末，由于我国经经济发展的加速，上述供需矛盾呈现激化态势。一方面，不断涌现的新型深孔类新装备迫切需要“价廉物美”的深孔加工技术去承制试造；另一方面，由于国家没有自己的原创性先进深孔加工技术和专业化的深孔加工装备产业提供保证，迫使为数不多的大企业以高价进口深孔加工装备，只能靠相对落后的技术、装备去制造品质相对低劣的装备产品。必须看到，在深孔加工技术和装备制造上已经呈现出来的这一瓶颈现象如不能得到有效的解决，将会严重制约我国经济的持续快速发展。解决以上这一严峻矛盾的对策就是推出中国自己原创性的深孔加工技术，建立起一条专业化、现代化的深孔加工装备产业链。在这一产业链中，深孔加工刀具的设计是极其重要的一环。虽然目前国内已有较成熟焊接式深孔加工刀具，但焊接式深孔刀具的种种弊端制约着其发展。焊接式刀具采用焊接方式将刀块与刀体相连接在一起，在焊接过程中，刀块受焊接温度的影响硬度将会有所降低，影响切削效率和耐磨性。另外，焊接式深孔刀具由于采用了焊接式链接，刀体为一次性使用，大大增加了制造时间和材料损耗经济性较差。随着科学技术的发展，机械产品对材料的综合性能提出了更高的要求。钛合金材料凭借着其比强度高、热强度高、抗蚀性好和高温性能好等优良特性，在宇航、原子能、电力、化工和石油等行业的应用越来越广泛23。以石化行业为例，随着石油工业的的不断发展，对测井装备提出了耐腐蚀、耐高压、高强度、小尺寸，轻质量等各种要求，许多高性能材料（如沉淀硬化不锈钢、钛合金、耐热合金等）在石油测井仪器中得到越来越广泛的应用。这些材料的机械、物理性能在某些方面非常优良，如钛合金比强度（强度/密度）相对很高，有良好的耐腐蚀和高温高压性能，许多发达国家在20世纪90年代已将钛合金材料用于测井仪器的零部件，特别是保护外壳。我国近几年才将钛合金应用于测井仪器的保护外壳，这主要是由于钛合金的切削加工性非常差，特别是深孔加工性很差，因而限制了钛合金的应用4。为了解决以上面的种种弊端，设计一种新型方式将刀块同刀体相连接是很有必要的。机械式装夹方式作为一种经济有效的方案，可以很好地解决焊接式深孔刀具的弊端，实现深孔加工的产业化、经济化。12国内外发展与现状121深孔钻削技术的发展人类对深孔加工技术的需求，至少可以追溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次工业革命后现代机械技术的发展要早很多。工具和工具制造技术的产生和发展，源于人类生产活动和战争的需要。中国是火药的发源地。早在元、明时期已普遍使用金属管型火器手铳、火铳及火枪。金属管型火器是最早出现的深孔零件，比现代意义上的机械零件早出若干世纪。最早的管式火器是采用铸造、锻造方法制成。由于精度很低使用范围十分有限。随着时代的发展，人们对深孔工件的精度有了越来越高的要求。深孔加工工艺的革新问题显得迫在眉睫。图11扁钻最早用于加工深孔钻削的深孔钻头是扁钻（图11），它发明于18世纪初。1860年美国国人对扁钻进行了改进，发明了麻花钻。1930年出现了第一支能够连续供油排屑并具有自动导向功能的深孔钻头枪钻（图12），其因用于加工枪孔而得名。1943年，德国海勒公司研制出毕斯涅尔加工系统（即目前我国常称的内排屑深孔钻削系统）。图12枪钻图13BTA深孔钻二战结束以后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会联合组成了深孔加工国际孔加工协会BORINGANDTREPANNINGASSOCIATION,简称BTA协会。该协会对毕斯涅尔加工系统进行了改进，定名为BTA系统。后来由瑞典的山特维克公司首先设计出了可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔钻（图13）。BTA法存在着切削压力高，密封困难等缺点，为克服这些不足，1963年山特维克公司发明了喷吸钻法。20世纪70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出DFDOUBLEFEEDER法为单管双进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了令人满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。122国内外现状深孔加工技术从20世纪80年代末以来，在西方国家一直处于停滞状态。20世纪80年代以来，以枪钻、BTA钻为代表的的深孔加工技术在西方工业国未出现任何重要突破性的改进和发展。针对BTA钻的种种弊端，虽然在六七十年代曾经先后推出双管喷吸钻、DF系统两种改进方案，但均未取得很好的效果。学术方面，20世纪80年代以来学术研究出现了低潮期。20世纪5070年代有关国际性学术会议增举办过几次，国际上流传的为数不多的深孔加工专著和大批论文绝大多数是在20世纪7080年代出版和发表的。近20年来，国际学术研究沉寂，很少出现有创新意义的成果和论著。此外，国际深孔加工装备处于垄断状态，装备产品的进口价格居高不下。目前国际上主要的深孔刀具供应商是瑞典的山特维克可乐满SANDVIKCOROMANT公司。由资料5,44可知，如图14所示，其生产的深孔钻可加工直径由15MM到75MM以上，钻削深度达到，孔公差达到IT9级。CD4LCD150图14山特维克可乐满深孔钻削刀具加工范围我国20世纪下半叶才开始工业化进程，比欧洲晚了20年。80年代改革开放后才逐步加快了与国际接轨的步伐，90年代计入工业发展快车道，1997年以来，中国经济连续以8左右的速度增长，成为世界上经济增长速度最快的国家。但是我们也必须清楚地看到，尽管我国机电产品已成为出口贸易的最强大支柱和国内经济增长的发动机，但其中大多数仍属于劳动力密集型和资金密集型产品，技术密集型和创新型机电产品所占比重极为10左右。主要机械产品技术来源的57和大多数电子信息设备的核心技术均依靠国外引进。近年来机电装备的进口增长率和总额逐年均超过出口。截止2005年，据统计深孔钻加工装备的90都是进口产品。至70年代末我国改革开放时，中国的深孔加工技术已整整比西方落后了30年1。1978年DF法在我国设计完成并与1979年正式用于生产，现广泛用于中、小直径内排屑深孔钻削。国内几家重型机器制造厂相继研制成和采用了深孔套料钻，已成功加工出12M长的发电机转自内孔。西安石油大学与1989年成功地将喷吸效应原理应用到外排屑枪钻系统，使枪钻的加工性能大大提高；1994年又研制成功多尖齿内排屑深孔钻，使深孔钻削的稳定性和耐用度大大提高6。13深孔加工简介131深孔的定义在机械加工工艺中，孔的加工主要分为浅孔加工和深孔加工两大类。两类加工之间没有准确的界限。一般规定孔深L与孔径之比大于5，即的孔称为0D5/0DL深孔；反之的孔被称之为浅孔6。5/0DL在机械加工中浅孔一般采用麻花钻加工。麻花钻结构如图15所示。其结构直径、螺旋角和螺旋槽导程之间的关系为011TAN0DP人们在实践中发现，为了顺利排屑，麻花钻一次钻削的钻削深度L不应超过螺旋槽导程P的3/4，即。将其带入式11得4/3L12TAN30DL图15麻花钻的螺旋角由GB144178查得，麻花钻的螺旋角取值在之间。代入式12得3025。所以麻花钻的良好工作的钻深L是小于5倍孔径。因此，0845/0DL0D尽管麻花钻在钻浅孔时是功效很高的机夹刀具，但是受钻深L限制，使用麻花钻加工深孔时必须频繁退刀和进刀（有时还需要对钻头和被加工孔进行冷却润滑），使功效大大降低1。132深孔加工的分类深孔加工可分为一般深孔加工（钻、镗、铰等）、精密深孔加工（珩磨、滚压等）和电深孔加工（电火花、电解等）。一般深孔加工又可按多种方式分类。按加工方式分类分为1实心钻孔法，用于加工无孔毛坯。如图16A。2镗孔法，用于提高孔的精度和降低孔的内表面粗糙度。如图16B。3套料钻孔法，使用空心钻头钻孔，加工后可取出一根芯棒。如图16C图16深孔加工方式按运动形式分类分为1工件旋转，刀具做进给运动。2工件不动，刀具作旋转进给运动。3工件旋转，刀具做反向旋转进给运动。4工件作旋转进给运动，刀具不动。（此方法很少采用）按排屑方式分为内排屑、外排屑两种方式。外排屑又分为前排屑、后排屑两种方式。按加工系统冷却分类分为枪钻系统、BTA系统、喷吸钻系统、DF系统。133深孔加工的特点深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的，故其具有以下特点1不能直接观察到刀具的切削情况。目前只能凭经验，通过听声音、看切屑、观察机床负荷及压力表、触摸振动等外观现象来判断切削过程是否正常。2切削热不易传散。一般切削过程中80的切削热被切屑带走，而深孔钻削只有40，刀具占切削热的比例较大，扩散迟、易过热，刃口切削温度可达600必须用强制有效的冷却方式。3切屑不易排出。由于孔深，切屑经过的路线长，容易发生阻塞，造成钻头崩刃。因此，切屑的长短和形状要加以控制，并要进行强制性排屑。4工艺系统刚性差。因受孔径尺寸限制，孔的长径比较大，钻杆细而长，刚性差，易产生振动，钻孔易走偏，因而支撑导向极为重要。2钛合金深孔钻削技术研究21深孔钻的结构及切削角度211深孔钻的结构深孔钻具有多种结构，图21所示为焊接式多齿内排屑深孔钻结构，由刀齿、导向块和刀体三大部分组成。为了实现由钻杆内部将切屑排出，刀体是空心的，切屑由刀体头部的喇叭口进入，经过钻杆内部的空腔排出。导体尾部螺纹用于与钻杆相连接，保证了连接的紧密型和拆卸的方便性。刀齿由中心齿、中间齿和外齿共同组成。外齿除了起切削作用外，还与两导向块共同作用，起到导向扶正作用。1外齿；2中心齿；3中间齿；4导向块；5刀体图21焊接式内排屑深孔钻结构212深孔钻标注角度参考系深孔钻标注角度的参考系建立的条件与普通刀具相同，即假定运动条件和假定安装条件。为了合理标注切削角度，需要选择合适的参考平面，根据切削原理的定义，深孔钻参考平面如图22所示。基面通过切削刃上选定点，与该点主RP动运动方向垂直的平面。切削平面通过切削刃上选定点，与切S削刃相切且垂直于基面的平面。显然，切削R43215平面垂直于基面。图22深孔钻标注角度的参考平面由于刀具结构不同，根据加工、检验和计算等方面的要求，各种刀具角度的测量平面不尽相同。深孔钻常用测量平面为正交平面和法平面。正交平面它是通过切削刃上选定OP点，垂直于切削平面与基面的平面。SRP正交平面与基面、切削平面构ORS成正交的空间角度标注参考系OR，即，称为正交平面参考系SPSRO（图23）图23深孔钻标注角度的参考系213深孔钻的标注角度深孔钻属于多刃刀具，主切削刃通常刃磨略低于钻心，切削刃上各点的基面是变化的，若按上述标注角度参考严格标注就比较繁琐。由于主切削刃低于钻心不多（9000HV抗弯强度/MPA200040001500200013001800140018004007507009006009005008006001100抗压强度/MPA28003800350060003000400035005500300040002500500070008000断裂韧度ICK/（21MMPA）18301015914747730353540576585689弹性模量/MPA2106104803904003602807101020640560440420390320导热系数/（KMW）2030801102542217129172035130210热膨胀系数/1065104555758575857830334731耐热性/60070080090090010001000110012001200130010001300700800式中导热系数；抗拉强度；B泊松比；弹性模量；E热胀系数。导热系数越大，热量越容易被传导出去，从而降低道具表面的温度梯度；热胀系数小，可以减小热变形；弹性模量小，可以降低因热膨胀而产生的交变应力的幅度。钛合金材料硬度高、摩擦生热大、热导率低、前后刀面存在温差等种种不良特性导致对钛合金切削刀片有较高要求。此外，良好的工艺性能和经济性也是钛合金深孔刀具切削刃选择时需要考虑的因素。结合经济因素，参考表23可以得到如下结论。最常见的高速钢硬度8485HRA（相当于666646HRC10,62）显然无法满足硬度达到6774HRC的钛合金的切削。陶瓷材料、聚晶立方氮化硼和聚晶金刚石虽然能提供935HRC或更高的硬度，但其所能提供的抗弯强度将对较低，无法满足具有较大切削力的钛合金的加工。另外，陶瓷材料、聚晶立方氮化硼和聚晶金刚石等材料目前价格相对较高，货源相对紧张。综合以上因素可以初步选择硬质合金作为钛合金深孔刀具的切削刃材料。242硬质合金刀具简介硬质合金是由难熔金属碳化物（如TIC、WC、TAC、NBC等）和金属粘结剂（如CO、NI等）经粉末冶金方法制成。其常温硬度高达8993HRA（相当于7482HRC10，62），能承受800900以上的切削温度，在540时的硬度仍可达到8287HRA（相当于61704HRC10,62）；切削速度可达，切削效率为高速钢的5倍10倍。ISO（国际标准化组织）将切削用硬质合金分为三类。K类主要成分为WCCO，相当于我国的TG类，用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料。P类主要成分为WCTICCO,相当于我国的YT类，用于加工长切屑黑色金属。M类主要成分为WCTICTACNBCCO,相当于我国YW类，用于加工长或短切屑的黑色金属和有色金属。1钨钴类（WCCO）合金代号为YG，对应国标K类。这类合金由WC和CO组成，我国生产的常用牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8等。数字表示CO的百分含量，X表示细晶粒。晶粒越细硬度和耐磨度越高，但随之抗弯强度和韧性则要降低一些。此类合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工，钴含量低，适于精加工。此类合金韧性、磨削性、导热性好，较适合用于加工产生崩碎切屑、有冲击性切削力作用在刃口附近的脆性材料，主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640是发生严重粘结，使刀具磨损，耐用度下降。（2）钨钛钴类（WCTICCO）合金代号为YT，对应于国标P类。这类合金中的硬质相除WC外，还含有530的TIC。常用牌号有YT5、YT14、YT15及YT30。TIC的含量分别为5、14、15、30，相应的钴含量为10、8、6、4。此类合金有较高的硬度和耐热度。硬度为895925HRA，抗弯强度为0914GPA。主要用于加工切屑呈带状的钢件等塑性材料。（3）钨钛钽（铌）钴类（WCTICTACNBCO）合金代号为YW，对应于国标M类。这是在上述硬质合金成分中加入一定量的TACNB，常用的牌号有YW1和YW2。在YT类硬质合金成分中加入一定量的TACNB可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击强度，提高合金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。此类硬质合金不但适于加工冷硬铸铁。有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工，被称为通用硬质合金。此类合金如果适当增加含钴量，强度可以很高，能承受机械振动和由于温度周期变化而引起的热冲击，可用于断续切削。主要用于难加工材料。以上三类硬质合金的主要成分都是WC，统称为WC基硬质合金。（4）TICN基类（WCTICNIMO）合金代号YN，TICN基硬质合金是以TIC为主要成分（有些加入了其他碳化物和氮化物）的TICNIMO合金。此类合金硬度很高，为9094HRA，达到了陶瓷的水平，有很高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工作材料的亲和力小，摩擦系数小，抗粘结能力强，因此刀具耐用度可比WC基硬质合金提高几倍。243刀齿材料选择钛合金作为一种弹性模量小、切削难度大、导热性差的难切削材料，在对其加工的刀齿材料选择时，一般认为应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性好、与钛合金亲和性小的材料。结合以上原则，在各类硬质合金中只有YG类合金为不含钛成分，故只能选择YG类合金。然而，在实际工作中厂家推荐用来对钛合金进行切削的刀具大多含有一定量的TI。通过研究表明，在比较低的切削速度下，含钛刀具很容易粘结，切削效果差。但当切削速度提高后，含钛刀具磨损率逐步降低，最后低于不含钛的刀具。根据目前初步研究表明，刀具在不同切削速度范围内，磨损机理是不同的。在低速状态下，刀具磨损以粘结磨损为主，材料亲和性越大就越容易发生粘结。在高速下，刀具磨损则以扩散磨损为主。扩散的前提条件是要有浓度差，两种材料成分差的越多，就越容易扩散，反之，越接近就越不容易扩散11。目前，这一理论还需要更多的验证。综合上面理论，切削速度较低的钛合金钻削加工应选取YG类硬质合金作为刀齿材料。选取YG8为切削刃材料。244刀齿产品初步选择因为我国深孔加工行业起步较晚，目前国内没有大型的深孔加工专业企业。刀片产品方面只有自贡硬质合金有限公司、成都工具研究所等少数几家专业硬质合金生产企业有成型产品销售。现选用成都硬质合金有限公司生产的E6、E7、E8和E9系列硬质合金深孔焊接刀片作为刀齿选用。具体选用标准参考JB/T79041999（见附录A）。3机夹式深孔钻设计31工况分析及刀具结构选择由任务是可知，被加工材料钻削直径，长度的钛合MD7030ML30金材料。长径比属于中小孔径的难切削材料深孔钻削加工。MDL1942/0内排屑深孔钻是深孔加工中应用最为广泛的的刀具之一，与外排屑深孔钻（枪钻）的工作原理不同点在于高压油经输油装置由钻杆与孔壁间隙输入到切削区，再从钻杆的内孔中同切屑一起排出。因此，内排屑深孔钻有以下特点（1）由于切屑是由钻杆内部排出，切屑不会划伤已加工表面，已加工表面质量好，排屑顺畅。（2）钻杆为圆形截面，其扭转刚度及弯曲强度比枪钻高，因而可以采用较大的进给量钻削，生产效率高。（3）由于排屑空间大，相应的冷却润滑液压力比枪钻低，一般为053MPA。因此，对密封及供油要求比枪钻低。（4）加工范围广。内排屑深孔钻既可以用于加工较大孔径的深孔加工，也可用于加工小孔径（如）的深孔加工。M6（5）内排屑深孔钻既可用于钻孔，也可在一定的余量范围内用于扩孔。因为内排屑深孔钻具有以上的优点，故选用内排屑深孔钻结构为本机夹式深孔钻结构进行设计。1外刃刀块；2内刃刀块；3导向块；4刀体；5紧固螺钉图31机夹小刀快式内排屑深孔钻1外齿；2中心齿；3内齿；4导向块图32杠杆压紧式深孔钻内排屑深孔钻可分为单齿内排屑和多齿内排屑两类。经试验证明12多刃内排屑深孔钻与单刃内排屑深孔钻相比，切削力、切削扭矩可减小4550，功率减小20，刀具耐用度提高35左右。结合任务书所要求钻削直径，确定选择多齿内排屑深孔钻结构。机夹式多齿内排屑深孔钻可分为机夹小刀块式（图31）、杠杆压紧式（图32）和可转位刀块式（图33）等几种主要结构。图33山特维克可乐满TMAX可转位刀块式深孔钻任务书所要求加工直径属于中小孔径，杠杆压紧式结构相对较复杂，很难在较小的结构中使用。同时，目前国内厂商没有机夹式可转位深孔刀片的商品销售，进口产品中如瑞典山特维克可乐满公司的CORODRILL系列刀片价钱相对较高，且供货周期长。故无法选择可转位刀片式结构。目前国内仅有自贡硬质合金有限责任公司和成都工具研究所销售成系列的焊接式深孔刀片。综合以上资料，选择采用机夹小刀块式内排屑多齿深孔钻削结构。因为任务书所要求加工直径，范围较大，参考国内外刀具结构，MD7030决定设计直径范围内的紧凑型机夹式内排屑深孔钻和直径MD430范围内的普通型机夹式内排屑深孔钻两种结构。D74032刀具几何参数设计321刀齿角度设计作为具有复杂结构的切削刀具，为实现更好的切削效果。机夹式多齿内排屑深孔钻具有复杂的角度刃磨体系，如图34、图35所示。（1）余偏角。鱼片假的答谢直接影响切削力的分配、切削变形、切削厚度以及断屑状态情况。通过适当减小余偏角，可使径向力减小，有利于改善导向块的受力状态，减小钻头的走偏，并能改善切屑流动方向，使排屑顺畅。根据相关试验资料，取外刃余偏角为。为了保证径向力始终压向导向块一边，同时为了避免刃磨R18时碰伤中间齿，内刃余偏角通常要取大一些。现选取内刃余偏角为R20（2）前角和内刃端面刃倾角。前角大小一般由加工材料决定。由于钛合O金塑性变形小，切屑流出时与前刀面接触长度仅有切削45钢的1/21/3，刀刃出切削力图34多刃内排屑深孔钻标注角度（侧视）和切削热集中，容易产生磨损，所以优化选取前角为13。一般情况下外刃刃倾O5角不需磨出。但由于中心齿不易磨出断屑台，致使内刃高于中心，对切削不利，因而内刃应磨出一定一定刃倾角，取为。5（3）后角。后角主要也根据材料选取。由于钛合金弹性模量小，严重的弹OOWNHORKR1EOO11P性恢复使刀具后刀面与已加工表面摩擦严重，切削温度上升较快，刀具磨损严重。因此，应适当增大后角，取后角为。由于中间齿在轴向上超前于其它齿，故取O5切深方向后角为。为防止切削中产生崩刃现象，取副偏角为。P51RK5图35多刃内排屑深孔钻标注角度（俯视）322刀齿相关尺寸设计（1）直径，在深孔加工中，由于径向合力通过导向块对孔壁产生挤压作用，使得内孔产生塑性变形，之后又经收缩造成一定量的微量缩孔。因此深孔钻直径应相应增大，结合钛合金弹性模量小，弹回量大的特点，取刀具直径公差0005MM。（2）钻尖偏心量。多刃错齿内排屑深孔钻由于错齿结构，一部分径向力得到E抵消，较单齿刀具更加稳定，故可以相应取小一些，具体尺寸根据刀片选取。（3）断屑台尺寸。断屑台具体参数应针对具体加工材料选定。根据相关资料及实验数据，选取断屑台宽度为15MM，断屑台深度为05MM。因为钛合金属NWNH于难断屑材料，故选取断屑台斜角为内斜型，取其值为。333刀具结构设计结合任务书要求，现分别选取30MM和70MM分别作为紧凑型和普通型内排屑多齿深孔钻加工直径进行结构设计。33130紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计（1）切削齿负荷分配。由资料6,6465选取3刀齿结构。由资料6,6465可知，有公式31MFICA3132DO150FOE图3630切削刃参数分配31式表示刀齿上的径向切削合力应压向导向块，使切削更加平稳。32式说明，为了实现良好的切削效果，各刀齿之间要保证一定量的搭接量。图3730紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻结构结合附录A，并参考资料10,选取刀片尺寸外齿宽A58MM，中心齿宽度CI6MM，中间齿F5MM，偏心量E5MM。代入公式（31）、（32）经验算符合要求。由资料10选取外齿E8051、中心齿E606Z、中间齿E706。（2）参考国内外已有刀具结构，设计紧凑型30MM机夹式多齿内排屑深孔钻结构如图37所示。图31130紧凑型刀体（3）刀体设计参考目前已经使用的深孔刀具结构，结合各刀齿块的结构，设计如图311所示刀体。主、副切削刀齿块通过固定圆孔及定位面定位于刀体之上。为保证刀齿块在非切削状态下不会轻易掉出刀体，在定位侧面的相对方向上采用紧定螺钉将刀齿块加以紧定。123（4）主切削刀齿块结构设计。因为直径较小，难以采取每一刀片分别设计刀齿座的结构。故将同侧切削齿设计在同一刀齿座上。如图38所示为主切削刀齿块。外齿和内齿焊于其上。采用齿座底平面及侧面与刀体相配合，进行定位。同时，为了使刀体块不会轻易从刀体上掉下，在齿座下1外齿；2中心齿；刀齿座端设计一圆柱结构，并磨出一平面，使用图38紧凑型主切削刀齿块紧定螺钉进行夹紧固定。（5）副切削刀齿块结构设计。如图39所示为副切削刀齿块。中间齿和导向块焊于其上。采用齿座底平面及侧面与刀体相配合，进行定位。同时，为了使刀体块不会轻易从刀体上掉下，在齿座下端设计一圆柱结构，并磨出一平面，使用紧定螺钉进行夹紧固定。因为，中间人高于其他切削刃，最先进行切削，为了避免不必要的磨损，中间齿取5的切深方向后角。P1中间齿；2导向块；3刀齿座图39紧凑型主切削刀齿块（6）导向块体设计。参考资料6，由资料10选取导向块型号为E909。如图310所示为导向块体。导向块焊于其上。采用齿座底平面及侧面与刀体相配合，进行定位。因为紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻刀体空间有限，并且在工作过程中，摩擦阻力将导向块压向到体内。故为节省空间，12312导向块采用过度配合方式与刀体链接。1导向块；2导向块座体图310紧凑型导向块体33270普通型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计（1）切削齿负荷分配。由资料6,6465选取5刀齿结构。根据资料6，由公式（31）、（32）可推出5刀齿机夹式内排屑多齿深孔钻的刀齿分布公式如下MM333121FICAMM34250OD在式33中，为保证径向钻削合力压向导向块，图312中左半部分切削刃的总宽度应大于右半部分切削刃的总宽度。但过大的宽度差会影响切削的稳定性，故取宽度差13MM。式34说明，为保证良好的切削效果，各切削刃之间要保证一定量的搭接量。由于5刀齿机架式多齿内排屑深孔钻的搭接处由3齿的两处变为5处，故为保证足够的搭接量，取不等式右边为MM。2150OD结合附录A，并参考资料10,选取刀片尺寸外齿宽10MM，中心齿宽度A10MM，I2MM，偏心量E3MM中间齿8MM中间内齿和中间外齿宽度ICF和分别为8MM。1F2代入33、34两式，得MM远大于13MM。分析发现，在8281021FICA实际切削中，由于存在一定量的搭接量，实际参与切削的的刃齿宽度并非实际齿宽。图31270切削刃参数分配将选定齿宽代入式34中得MM48281021FICA远大于3637MM。考虑到先进行切削的中间内齿、50OD75中间外齿需要刃磨切削方向后角，取每一切削方向后角在刃齿上宽度为P05MM。故实际搭接量44370545MM。将其带入33式进行矫正得KMM，符合要求，故确定刃齿35821021FIA宽度。参照资料10，选取中心齿型号为E611，外齿型号为E811，为了实现更好的刀齿互换性，实现刀齿更高的利用率，中间齿、中间内齿、中间外齿均选取型号为E710。（2）刀体结构设计。图31370普通型机夹式多齿内排屑深孔钻结构图31470普通型刀体结构由于70钻头有足够大的空间，选用为每一刀齿安装独立的刀齿座的方式。具体方案效果图如图313所示。各切削刃单独焊接在刀齿座上，刀齿座置于定位平面上，通过紧定螺钉进行压紧放松。具体刀体图如图314所示。为了到到更好的导向作用，对导向块分别取5和10的偏角。（3）刀齿座设计。为了尽可能的实现加工工艺的简化以及刀片的可互换性。设计各刀齿座如图315所示。图31570普通型刀齿座结构其中，连接位圆柱采用6MM。刀齿座宽度均采用与刀齿相同的尺寸。加工时采用焊接后靠磨的方式进行加工。刀齿背除外齿以外均取5MM，为保证刀体强度外齿齿背取3MM厚。连接圆柱除中间外齿外均取15MM长，中间外齿为避免与导向块固定螺钉相干涉，取10MM长。连接圆柱在切削方向上均铣出3MM深的平台，用以与夹紧刀齿座的紧定螺钉相连接。（4）导向块设计。图31670普通型机夹式深孔钻导向块如图316所示，根据资料6，由资料10选取导向块E909。为保证导向块的位置准确，采用螺钉紧定方式夹紧。导向块焊于导向块座槽内，加工时，要对导向块顶的高度和弧度进行准确校验。34小结以上的设计是针对任务书中的要求，针对3070MM加工范围进行的深孔钻削刀具设计研究。针对40MM以下深孔加工，目前国际上的专业深孔加工刀具厂商推荐采用焊接式多齿内排屑深孔钻。此处设计的机夹式紧凑型多齿内排屑深孔钻在结构上具有刚性偏小，加工复杂的弊端，加工工艺性能相对较低，只能作为一种结构上的探讨。70多齿内排屑深孔钻结构合理，与国内部分厂商生产的深孔刀具相比较，结构更为合理，角度更加优化，更加适于钛合金的深孔加工。4机夹式内排屑深孔镗刀设计41镗刀几何参数确定图41镗刀切削角度（1）前角和后角。OO加工一般材料时，为了刃磨方便，前角一般取0，钛合金作为一种难加工O材料，为减小切削力和振动，前角取10。根据资料6取后角10，副后O角11O（2）主偏角后角和副偏角。RKRK主偏角对切削影响较大。在一般镗削加工中，钛合金的主偏角一般取约90RK7，而由资料6可知，在深孔镗削加工中，主偏角取值范围在4565范围内。RK故取主偏角60。由资料6，取副偏角3。RKR（3）断屑台几何参数确定。因为钛合金属于难断屑材料，取断屑台断屑槽宽度2MM，断屑台槽深NW05MM。斜角对切屑的流出方向和切屑形状有影响。为了更好的断屑，是切NH屑远离已加工表面，选取斜角3。42刀体结构设计作为单切削刃深孔扩孔刀具，深孔镗刀结构相对简单。为保证更好的加工表面质量。选择排屑方式为前排屑/内排屑方式。即当加工通孔时，采用前排屑方式将切屑排出，当加工盲孔时，将切屑由镗刀内部排出。因此镗刀在设计是需要注意排屑OWNHOKROR空间的保证。因为任务书要求加工范围30MM70MM。范围覆盖中小孔径深孔加工，选择30MM40MM紧凑型深孔镗刀和40MM70MM深孔镗刀两种结果设计。42170普通型深孔镗刀设计如图42所示，采用两导向块结构。为了更好的实现刀齿伸出量的调节，采用如图所示的弹簧式调刀装置。这种结构可以实现镗刀刃07MM的调节范围，实现刀齿的充分利用，提高刀具的经济性。图4270普通型深孔镗刀结构图4370普通型深孔镗刀刀体图43所示为70普通型深孔镗刀刀体结构图。调刀结构具体如图43所示。螺钉将调刀块和弹簧连接在刀体上。其可调节量既为图中所示T。新刀齿换上时调刀块应调至最上端。图44调刀结构图45刀齿块刀块设计。如图44所示，为了实现调刀，在刀齿座上采用如图所示结构，用以通过夹紧螺钉。刀齿采用A416型号。导向块设计。镗刀属于半精加工，故其导向块需要设计长一些，以保证加工中的稳定。如图46所示为70深孔镗刀导向块结构。刀齿采用E911A2型号。图4670导向块42230紧凑型深孔镗刀设计镗刀结构简单，紧凑型镗刀考虑到空间紧张，故将调刀方式改为紧定螺钉推顶式结构。为了节省空间，导向块采用和30紧凑型深孔钻相同的过渡配合自紧式夹紧方式。如图47所示。图4730紧凑型深孔镗刀结构T调刀块43小结深孔镗刀相对结构简单，目前国内外发展较为成熟，刀具结构基本定型。本设计结合国内外主流深孔镗刀结构，针对钛合金特殊的加工特性设计，对切削角度进行了优化。5深孔钻削系统设计由于深孔加工的特殊性，深孔加工机床价格昂贵，对于非专业深孔加工企业，成本过高，准备周期过长。普通车床改装为深孔加工机床成本低，准备周期短。本设计通过将普通车床改装为深孔机床进行深孔钻削系统设计。51改造方案的确定车床改装为深孔加工机床主要有机床和油路两大部分。机床部分主要有中心架、授油器和连接器三大部分；油路改造主要有进油路、回油路以及排屑箱、油箱等。改装总图如图51所示。1排屑箱；2油箱；3后排屑管；4连接器；5钻杆；6授油器；7中心架；8工件；9车床；10前排屑管；11前前排屑箱图51深孔机床改装总图52改造分析与计算521车床型号的选择车床型号的选择主要取决于最大钻孔直径和最大工件外径。最大钻孔直径决定深孔钻削的功率（即被改造车床的功率），最大工件外径决定了被改造车床的回转直径。因此，在改造前，应根据深孔钻削最大参数进行计算，选择被改造车床的型号。（1）切削功率计算目前，还没有成熟的计算深孔钻削功率的经验公式，一般可用麻花钻的功率计算公式近似计算。钻削扭矩513802134FDM式中钻削扭矩，NM；钻孔直径，MM；D钻孔进给量，MM/R。F钻削轴向力527029DFN式中钻削轴向力，N。钻削功率533310NFNMP式中钻削功率，KW；钻孔转速，R/S。N考虑到麻花钻有横刃和刀具材料为高速钢等因素，取计算值的70作为深孔钻削功率的近似值。通过计算得知，钻削直径在70MM以下的孔，最大切削功率不超过8KW。根据资料13选取加工转速N475R/MIN792R/S，钻孔进给量F001MM/R。以任务书最大工件直径70MM进行计算。将其带入式（51）、式（52）可得N/M423710703413048282FDMN97N将其带入（53）得KW93102710822333NFNP取其计算值得70得切削功率近似值为135KW。远小于8KW。（2）车床型号的选择选择被改造的车床型号首先应考虑机床功率。