第七章钻削与钻头

1、钻孔是在实心材料上加工孔的第一个工序，钻孔直径一般小于钻孔是在实心材料上加工孔的第一个工序，钻孔直径一般小于80mm。机械加工中的孔加工刀具分为两类：一类是在实体工件上。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工具，如：扩孔钻、锪钻、铰刀及镗对工件上已有孔进行再加工的工具，如：扩孔钻、锪钻、铰刀及镗刀等。刀等。1.扁钻扁钻 使用最早，结构简单，刚度好，成本低，刃磨方便，适于微使用最早，结构简单，刚度好，成本低，刃磨方便，适于微孔和大孔。孔和大孔

2、。第七章第七章 钻削与钻头钻削与钻头 孔加工刀具的种类和用途孔加工刀具的种类和用途 2. 麻花钻麻花钻 应用广泛，结构适应性强应用广泛，结构适应性强3.中心钻中心钻4.深孔钻深孔钻 外排屑深孔钻外排屑深孔钻 、内排屑深孔钻、内排屑深孔钻 、喷吸钻、套料钻、喷吸钻、套料钻5.扩孔钻扩孔钻6.锪钻锪钻加工各种沉头座孔和锪平端面加工各种沉头座孔和锪平端面 7.铰刀铰刀在扩孔或半精镗的基础上进行的应用较普遍的精加工方法在扩孔或半精镗的基础上进行的应用较普遍的精加工方法8.镗刀镗刀工作部分工作部分 由导向部分和切削部分组成。由导向部分和切削部分组成。 导向部分导向部分 钻头螺旋槽部分，径向尺寸决定了钻头

3、直径钻头螺旋槽部分，径向尺寸决定了钻头直径do，直径向尾，直径向尾部方制造成倒锥，前大后小，倒锥量为部方制造成倒锥，前大后小，倒锥量为0.05/1000.12/100，螺旋槽是排，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，钻芯直径持刃瓣连接强度，钻芯直径de=0.125do0.15do，并从切削部分到尾部，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。方向制成正锥（前小后大），导向部分也是钻头的备磨部分。 第一节麻花钻第一节麻花钻 一、麻花钻的结构一、麻花钻的结

4、构1.麻花钻的结构组成麻花钻的结构组成麻花钻由柄部、颈部和工作部分所组成麻花钻由柄部、颈部和工作部分所组成柄部柄部 用以装夹并传递钻削力和扭矩。钻头直径小于用以装夹并传递钻削力和扭矩。钻头直径小于13mm时，通常采时，通常采用圆柱柄；钻头直径在用圆柱柄；钻头直径在12mm以上时采用圆锥柄；扁尾是为防止钻柄以上时采用圆锥柄；扁尾是为防止钻柄打滑和供斜铁将锥柄从钻套中取出。打滑和供斜铁将锥柄从钻套中取出。颈部颈部 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。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。 切削部分切削部分 由两个螺旋形前刀面，两个经刃磨获得的后刀面、由两个螺旋

5、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。成形成横刃。2.麻花钻切削部分的组成麻花钻切削部分的组成（1）前刀面）前刀面（2）后刀面）后刀面（3）副后刀面）副后刀面（4）主切削刃）主切削刃（5）副切削刃）副切削刃（6）横刃）横刃麻花钻切削部分的组成麻花钻切削部分的组成1-前面 2、8-副切削刃(棱边) 3、7一主切削刃4、6-后面 5一横刃 9一副后面 3.麻花钻的结构参数麻花钻的结构参数钻头制造时控制的尺寸和角度钻头制造时控制的尺寸和角度（1）直径）直径d（2）直径倒锥）直径倒锥

6、 相当于副偏角相当于副偏角 倒锥量倒锥量0.030.12/100（3）钻芯直径）钻芯直径d0 影响钻头刚性与容屑截面影响钻头刚性与容屑截面（4）螺旋角）螺旋角 钻头越近中心处螺旋角越小钻头越近中心处螺旋角越小 tan=2r/L 切削刃上任一点切削刃上任一点x的半径为的半径为rx，螺旋角螺旋角x值为：值为： tanx2rx/Lrx/r tan 二、麻花钻的几何角度二、麻花钻的几何角度 1.钻头角度参考系钻头角度参考系1）切削平面）切削平面Ps2）基面）基面Pr3）假定进给平面）假定进给平面Pf与背平面与背平面Pp2.钻头的刃磨角度钻头的刃磨角度（1 1）顶角）顶角22 指两主切削刃在与它们指两主

7、切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角平行的平面上投影的夹角 。标准麻花钻的顶角一般为标准麻花钻的顶角一般为116o118o2 主切削刃长度主切削刃长度单位切削刃上的负荷及轴向力单位切削刃上的负荷及轴向力钻尖强度钻尖强度有利于散热，提高钻头耐用度有利于散热，提高钻头耐用度而扭矩而扭矩（2 2）外缘后角）外缘后角f 后角是在以钻头轴线为轴心后角是在以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面内测量的的圆柱面的切平面内测量的切削平面与主后刀面之间的切削平面与主后刀面之间的夹角。住切削刃上任一点夹角。住切削刃上任一点m处的后角用处的后角用fm 表示。表示。 为改善切削条件，并能与切削刃上变化的前角相适应，为改善切

8、削条件，并能与切削刃上变化的前角相适应，而使各点的楔角大致相等，麻花钻的后角刃磨时应由而使各点的楔角大致相等，麻花钻的后角刃磨时应由外缘外缘向中心逐渐增大向中心逐渐增大。（3 3）横刃斜角）横刃斜角 端平面中测量的中剖面与端平面中测量的中剖面与 横刃的钝夹角横刃的钝夹角 由于横刃前角为负值，因此横刃的切削条件很差，切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。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。对于直径较大的麻花钻，一般都需要修磨横刃。3.横刃角度分析横刃角度分析标准麻花钻的标准麻花钻的=120130。当

9、后角磨得偏大时，。当后角磨得偏大时，横刃斜角横刃斜角越大，横刃长越大，横刃长度度b增大。增大。横刃角度横刃角度包括横包括横刃斜角刃斜角 ，横刃前，横刃前角角oo和横刃后和横刃后角角oo。在横刃剖面在横刃剖面O-O内，横刃前内，横刃前角角o为负值，横刃后角为负值，横刃后角o90- o =36.8 =36.8 。4.主切削刃角度分析主切削刃角度分析前角值可由前角值可由3030逐渐变逐渐变为为5454，故靠近中心，故靠近中心处的切削条件很差。处的切削条件很差。前角前角 0 0 由于钻头的前刀面是由于钻头的前刀面是螺旋面，且各点处的基面螺旋面，且各点处的基面和正交平面位置亦不相同，和正交平面位置亦不相

10、同，故主切削刃上各处的前角故主切削刃上各处的前角也是不相同的，也是不相同的，由外缘向由外缘向中心逐渐减小中心逐渐减小。 （2）钻头的几何角度）钻头的几何角度 1）螺旋角）螺旋角 钻头螺旋槽上最外缘的螺旋线展开成直线后与钻头轴线钻头螺旋槽上最外缘的螺旋线展开成直线后与钻头轴线之间的夹角称为螺旋角之间的夹角称为螺旋角。设螺旋导程为。设螺旋导程为p，钻头半径为，钻头半径为R，则：，则： tan=2R/p 切削刃上任一点切削刃上任一点x的半径为的半径为rx，螺旋角，螺旋角x值为：值为： tanx2rx/prx/Rtan 钻头不同直径处的螺旋角不同，越近钻头中心螺旋角越钻头不同直径处的螺旋角不同，越近钻

11、头中心螺旋角越小。螺旋角不仅影响排屑，而且影响切削刃强度，故标小。螺旋角不仅影响排屑，而且影响切削刃强度，故标准麻花钻的螺旋角准麻花钻的螺旋角=1830，大直径取大值。螺旋，大直径取大值。螺旋槽方向一般为右旋。槽方向一般为右旋。2）刃倾角刃倾角s与端面刃倾角与端面刃倾角tsin tx=-dc/2rxsin sx= sin txsinKrx=-dc/2rxsinKrx3)顶角（锋角）顶角（锋角）2 与主偏角与主偏角rx钻头两条主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角称顶角。钻头两条主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角称顶角。顶角越小，主切削刃越长，单位切削刃上负荷便减轻，轴向力小，顶角越小，主切

12、削刃越长，单位切削刃上负荷便减轻，轴向力小，定心作用也较好，且刀尖角定心作用也较好，且刀尖角r增加，有利于散热和提高刀具耐用度；增加，有利于散热和提高刀具耐用度；若顶角过小，则钻头强度减弱，变形增加，扭矩增大，钻头易折若顶角过小，则钻头强度减弱，变形增加，扭矩增大，钻头易折断，故应根据加工材料的强度和硬度来刃磨合理的顶角，标准麻断，故应根据加工材料的强度和硬度来刃磨合理的顶角，标准麻花钻取花钻取2=120。主偏角主偏角rx 是主切削刃选定点是主切削刃选定点m的切线在基面投影与进给方向的的切线在基面投影与进给方向的夹角。由于各点基面不同，各点处的主偏角也就不同。夹角。由于各点基面不同，各点处的主

13、偏角也就不同。 tanrx =tanCostx4）前角）前角ox 主切削刃上选定点的前角是在该点的正交平面内测量。主切削刃上选定点的前角是在该点的正交平面内测量。 tanox=tanx/sinKrx+tantxcosKrx麻花钻主切削刃上各点前角越接进钻头外圆，前角越大，约为麻花钻主切削刃上各点前角越接进钻头外圆，前角越大，约为30，越接近钻头中心，前角越小，靠近横刃处约为，越接近钻头中心，前角越小，靠近横刃处约为-30。5）后角）后角f 麻花钻主切削刃上选定点的后角，是通过该点柱剖面中的进给后麻花钻主切削刃上选定点的后角，是通过该点柱剖面中的进给后角角f来表示的。柱剖面是过主切削刃选定点来表

14、示的。柱剖面是过主切削刃选定点x，作与钻头轴线平行，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。的直线，该直线绕钻头轴线旋转所形成的圆柱面。f 沿主切削刃也沿主切削刃也是变化的（愈靠近中心愈大）。通常给定的后角值，一般指外缘是变化的（愈靠近中心愈大）。通常给定的后角值，一般指外缘处的名义后角处的名义后角f（约（约814）。）。6）副刃后角）副刃后角o o =0,因为副后刀面（窄梭边）是钻头外柱面的一部分。因为副后刀面（窄梭边）是钻头外柱面的一部分。 7）横刃角度）横刃角度 横刃斜角横刃斜角：在端面投影中横刃与主切削刃间的夹角。：在端面投影中横刃与主切削刃间的夹角。当麻花钻后刀面

15、磨成后，当麻花钻后刀面磨成后，自然形成，后角大时，自然形成，后角大时，减减小，一般小，一般=5055。 横刃前角横刃前角o和横刃后角和横刃后角o均在横刃正交平面内测均在横刃正交平面内测量量.o=-54,o=90-|o| 由于由于 o是很大负值，是很大负值，横刃处会产生很严重挤压，造成很大的轴向力。横刃处会产生很严重挤压，造成很大的轴向力。第二节钻削要素第二节钻削要素 一、钻削用量与切削层参数一、钻削用量与切削层参数（1） 钻削速度钻削速度C钻削速度指切削刃外缘处的线速度，以钻削速度指切削刃外缘处的线速度，以c表示，单位为表示，单位为mm/r。 Vc=nd/1000 n:钻头（或工件）的转速，钻

16、头（或工件）的转速，r/s；do:钻头外缘处直径，钻头外缘处直径，mm。（2）进给量）进给量f每转进给量每转进给量f 是指钻头转一转相对于工件的轴向移动量，单位为是指钻头转一转相对于工件的轴向移动量，单位为 mm / r；每齿进给量每齿进给量fz 钻头有两个刀齿，钻头转过一个刀齿相对于工件的轴向移钻头有两个刀齿，钻头转过一个刀齿相对于工件的轴向移动量，称为每齿进给量，单位为动量，称为每齿进给量，单位为mm/z， fz=1/2f每分进给量每分进给量f （进给速度（进给速度 ） 是指钻头在单位时间内（每分）相对于是指钻头在单位时间内（每分）相对于工件的轴向移动量工件的轴向移动量 单位为单位为mm/

17、min。 vf=nf=2nfz（3）钻削深度）钻削深度ap 在基面内垂直于钻头轴线测量的切削层尺寸在基面内垂直于钻头轴线测量的切削层尺寸 ap=d /22.钻削层参数钻削层参数（1）切削层厚度）切削层厚度hD ，切削层厚度是指垂直于主切削刃在基面上投影测，切削层厚度是指垂直于主切削刃在基面上投影测量的切削层尺寸。量的切削层尺寸。 hD=fzsinKr=f/2sinKrfsin /2 （2）切削层宽度）切削层宽度bD 切削层宽度是指在基面内测量的主切削刃参加工作切削层宽度是指在基面内测量的主切削刃参加工作的长度单位为的长度单位为 mm。 bD=ap/sinKr=d0/2sinKrd0/（2sin

18、 ）（3）切削层面积）切削层面积AD 指每个刀齿切下的切削层面积，指每个刀齿切下的切削层面积， AD=hDbD=fzap=fd0/4 二、钻削过程特点二、钻削过程特点 2.钻削力钻削力 麻花钻在钻削时受到工件材料的变形抗力以及钻头与孔麻花钻在钻削时受到工件材料的变形抗力以及钻头与孔壁和切屑间的摩擦力作用，钻头的每个切削刃都受到壁和切屑间的摩擦力作用，钻头的每个切削刃都受到Ff、Fp、Fc三个分力的作用。在理想情况下三个分力的作用。在理想情况下Fp可相互平衡，可相互平衡，其余的力合并为轴向力其余的力合并为轴向力F和扭矩和扭矩M消耗主要功率。消耗主要功率。 经验公式：经验公式：F=9.81CFd0

19、 xFfyFKF M=9.81CMd0 xMfyMKM 各切削刃所承受的轴向力大约为：主切削刃占各切削刃所承受的轴向力大约为：主切削刃占40%，横，横刃占刃占57%。扭矩大约为：主切削刃占。扭矩大约为：主切削刃占80%，横刃占，横刃占8%。 钻削功率钻削功率 Pc=Mcvc/30d3.钻头的磨损钻头的磨损 钻削是一种半封闭式的切削，钻削时所产生的热钻削是一种半封闭式的切削，钻削时所产生的热量，虽然也由切屑、工件、刀具和周围介质传出，量，虽然也由切屑、工件、刀具和周围介质传出，但它们之间的比例却和车削大不相同。如用标准但它们之间的比例却和车削大不相同。如用标准麻花钻，不加切削液钻钢料时，工件吸收

20、的热量麻花钻，不加切削液钻钢料时，工件吸收的热量约占约占14.5% ，钻头约占，钻头约占52.5% ，切屑约占，切屑约占28%，而介质仅占而介质仅占5%左右。大量高温切屑不能及时排左右。大量高温切屑不能及时排出，且切削液难以注入到切削区，造成切屑、刀出，且切削液难以注入到切削区，造成切屑、刀具与工件之间的摩擦很大。因此切削温度较高，具与工件之间的摩擦很大。因此切削温度较高，致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生产致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生产率的提高。率的提高。三、钻削用量选择三、钻削用量选择1.钻头的直径钻头的直径 一次钻。需扩孔时，钻一次钻。需扩孔时，钻5070%2.进给量进

21、给量 f=（0.01 0.02）d3.钻削速度钻削速度 P129 表表7-4第三节麻花钻的修磨与群钻第三节麻花钻的修磨与群钻1.标准麻花钻的缺陷标准麻花钻的缺陷 主切削刃上各点前角相差较大（由主切削刃上各点前角相差较大（由+30-30），切），切削性能相差悬殊；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，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；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；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

22、，副后角又为零，主切削刃与棱边转角处切削速度最高，副后角又为零，因此转角处磨损最快。因此转角处磨损最快。 麻花钻常见的修磨方法麻花钻常见的修磨方法 主切削刃主切削刃修磨法：修磨法：尽量把钻头的两个主切削刃磨得对尽量把钻头的两个主切削刃磨得对称一致，使两主切削刃的径向切削力互相抵消，从而称一致，使两主切削刃的径向切削力互相抵消，从而减少钻头的引偏。减少钻头的引偏。 修磨横刃：磨短横刃增大前角修磨横刃：磨短横刃增大前角 修磨棱边、磨出分屑槽：修磨棱边、磨出分屑槽：将宽的切屑分成窄条，以利将宽的切屑分成窄条，以利于排屑。于排屑。 2.群钻群钻 群钻是在长期的钻孔实践中，不断总结经验，综合应群钻是在长

23、期的钻孔实践中，不断总结经验，综合应用各种修磨方法而形成的一种先进钻型。用各种修磨方法而形成的一种先进钻型。（1） 结构特点结构特点 先磨两条外刃（先磨两条外刃（AB），然后在两个后刀面上分别磨），然后在两个后刀面上分别磨出对称的半径为出对称的半径为R的月牙形圆弧刃（的月牙形圆弧刃（BC），最后修磨横刃，使之变短、），最后修磨横刃，使之变短、变低、变尖，以形成内直刃（变低、变尖，以形成内直刃（CD）和一条窄横刃）和一条窄横刃DO，对较大直径钻，对较大直径钻头在一边外刃上可再磨出分屑槽。其特点可概括为四句话：三尖七刃头在一边外刃上可再磨出分屑槽。其特点可概括为四句话：三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两

24、边，一侧外刃再开槽，横刃磨低窄又尖。锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃再开槽，横刃磨低窄又尖。（2）群钻优点分析）群钻优点分析1） 磨了内凹弧槽，增大了该段切削刃处的前角，改善了小前角刃段磨了内凹弧槽，增大了该段切削刃处的前角，改善了小前角刃段的切削性能；标准麻花钻的切削性能；标准麻花钻60%的轴向阻力来自横刃，因横刃前角达的轴向阻力来自横刃，因横刃前角达-60左右。群钻把麻花钻横刃磨去左右。群钻把麻花钻横刃磨去80%90%，并形成两条内刃，内，并形成两条内刃，内刃前角由刃前角由-60加大为加大为0-10，从而使轴向阻力减少，从而使轴向阻力减少50%左右，进左右，进给轻快。给轻快。2）磨出了内凹槽起到了良好的分屑作用；群钻在外