数控孔加工刀具的结构类型和选用

 

                  数控孔加工刀具的结构类型和选用

 撰文：常州兰生公司刀具部 戴军

 

可转位钻头的结构类型和特点

随着被加工孔的特征不同，可转位钻头有可转位浅孔钻、可转位套孔钻和可转位深孔钻。 1 ．可转位浅孔钻 ( 1 ）结构特点。可转位浅孔钻用于加工孔深径比为 2 -2.5的浅孔，，其直径范围通常为 16 -82mm 。直径 d=16 - 22mm 的钻头一般制成单刃式，d 。＞17 .5 mm 的钻头通常制成双刃式； d 。＜ 60mm 的钻头一般制成非模块式， d 。＜ 60mm 的钻头通常制成模块式。这种钻头具有切削效率高（金属切削率约为同规格高速钢钻头的 3 一 8 倍，硬质合金焊接钻头的 2 一 5 倍）、加工质量好（表面粗糙度可达凡 63 - 32 u m ）的特点。适用于在数控机床及加工中心上钻孔、扩孔、锁孔、钻偏心孔、加工外圆及端面。

图 5 一 10 为一种典型的双刃可转位浅孔钻结构。在钻体内部制有冷却孔，钻体外部制有两条长度约为 3 倍钻头直径的 V 型排屑槽（直槽或螺旋槽），保证钻头在具有一定压力和流量的切削液的作用下，充分冷却并顺利排屑。位于钻头中心的内刀片切削速度低，切削抗力大，易崩刃，应选用韧性较好的材质。位于钻头外缘的外刀片，由于切削速度高、易磨损，应选用硬度高、耐磨性好的材质。由两片凸三角刀片形成的钻尖几乎是平的，有利于缩短钻孔时的工作行程。

 

( 2 ）基本尺寸和刀片型号。

 Seco公司的 SD52 型可转位浅孔钻采用正方形中心刀片和正方形外缘刀片各一片的非对称结构。其刀柄有削平型直柄 1509766 型、Weldon 型、 ABSSO 圆柱柄、 Whistle 槽型等多种型式。的 Q 系列可转位钻头中也有与 SD52 Ingersoll 公司型结构类似的可转位浅孔钻SD52 型可转位浅孔钻型式和基本尺寸见表 5 一 42.

许多模块式工具系统也包含可转位浅孔钻工作模块，如 Ken - nametal 公司的 KM 工具系统中的 DFT 及 Ceratizit 公司的 Maxiflex - uTS 工具系统中的 Maxidrill 浅孔钻模块等。

( 3 ）刀片材质的选用。双刃可转位浅孔钻刀片材质的选用见表 5 一 43.

2 可转位深孔钻

在机械加工中，当孔深与直径之比大于 5 一 10 时称为，深孔。深孔加工与其他切削加工相比，有以下特点：

 l ）钻杆细长，刚性差，加工时容易弯曲和振动，使加工出的孔的轴线偏斜，影响加工精度和生产率。

 2 ）排屑困难，易因切屑堵塞而引起刀具损坏。

 3 ）切削液不易进人，散热困难，切削温度高，钻头磨损快按孔深与孔径之比的大小，孔深又可分为三类：深径比为 5 一 20 时，称为一般深孔，常在普通钻床或车床上用深孔刀具或加长麻花钻加工；深径比为20～ 30 时，称为中等深孔，常在普通车床上用深孔刀具加工；深径比为 30 - 100 时，称为特殊深孔，这类孔必须在深孔机床或专用设备上用深孔刀具加工。可转位内排屑深孔钻有可转位 BTA ( Borino and Trepanning As - sociation ）内排屑深孔钻、可转位喷吸钻和 DF 内排屑深孔钻。它们的工作原理如下（图 511 ) : 1 ) BTA 内排屑深孔钻。工作时，压力泵将具有一定压力的切削液由进油口压人连接器，经钻管外壁和工件孔壁之间的间隙流向切削区，再经钻头前端的两个漏斗状排屑孔连同切削区内的切屑经钻管孔排出。

2 ）可转位喷吸钻。其工作系统由钻头，内、外钻管，连接器和导套等组成。切削液以一定压力经内、外钻管之间输人，其中 2 / 3 的切削液通过钻头上的小孔压向切削区，对钻头切削部分进行冷却与润滑；另外 1 / 3 切削液则通过内钻管上的喷嘴喷人内钻管，由于流速增大而形成一个低压区，低压区一直延伸到排屑通道。在压力差的作用下，切屑便随着切削液被吸人内钻管迅速排出。

 3 ) DF 内排屑深孔钻。工作时，切屑除了靠压力油推出外，在后面还有拉抽作用，因此排屑效果好，需要的压力油工作应力低。

以上三种深孔钻排屑的工作原理有所不同，加工系统的组成也不同，但它们切削部分的结构并无区别。

除了上述三种可转位内排屑深孔钻外， Sandvik 公司还有 BTA 锉孔钻、喷吸式钻锉孔钻及 BTA 套料钻等产品。各种可转位深孔钻的典型结构及性能见表 5 一 44 。

可转位喷吸钻钻头直径为 65 - 120mm 、 120 - 170mm 和 180mm 时，在钻头前端分别安装三个、五个和七个小刀夹。外侧小刀夹上装有径向调整螺钉，用来调整钻头直径的大小。可转位刀片用上压式或螺钉式紧固在小刀夹上。可转位喷吸钻由于有内管，排屑空间减小。因此，对刀片有严格的断屑要求，需要使切屑成“ C ”状或瓦片状，否则易堵塞。

图 5-12 为钻头直径为 120 -17Omm 的可转位喷吸钻的刀片和导向支撑块的配置图。五个三角形刀片分布在钻头轴线的两侧，形成双刃并呈交错排列，便于分屑和排屑。为了避免钻削时在孔中间出现芯柱，中心刀片的切削刃应通过并超越钻头中心。其超越量可在 2 -3mm 范围内。但是，要中心刀片的切削刃正好通过中心，在制造上难以保证，而且会使切削时在钻头中心处的切削刃上这一点切削速度为零，对切削极为不利。因此，允许中心刀片的切削刃稍微偏离中心。考虑到中心刀片的切削刃高于中心易造成崩刃，低于钻头中心太多会使后角太小，增大对工件的摩擦。实验证明，取低于钻头中心 0 . 1一 o . 3mm 较好。中心刀片的切削刃与钻头轴线的夹角为 70 -75 ，其刀尖偏距 e = ( 1 / 10 一 l / 8 ) d 。，d 。为钻头直径。在钻削时形成一个凸锥体，起定心作用，使钻削平稳。中间和外缘刀片的切削刃一般高于钻头中心 0.5 一 0 .8mm 。为了有利分屑，中间刀片可凸出顶角锥面0. 25 一  0.5mm.

刀齿的分布，要考虑切削刃上负荷的分配使径向切削力基本平衡，外缘刀片的径向切削力稍大于中心刀片和中间刀片的径向切削力，使钻孔时径向合力始终压向导向支撑块。钻头顶角通常取 2 k r = 140 一 150 度。切削刃法前角一般取 y 。＝ 0度 ，对难断屑材料，可取 y =1 一 3度 ；对加工性能好的材料，可取 yn = 3 一 5度 。

 3 可转位套料钻

对直径大于 60mm 的孔，为节约原材料或取样做性能分析，可采用可转位套料钻加工，从而减少加工余量、缩短加工时间、降低动力消耗。根据加工的孔深、排屑方式和切削刃数不同，可转位套料钻可分为浅孔和深孔套料钻、外排屑和内排屑套料钻、双刃和多刃套料钻。

可转位浅孔套料钻适于在转塔车床、自动车床、数控车床、数控镬铣床和加工中心上加工孔径为 60mm 以上、深径比约为 25 的浅孔，表面粗糙度可达 Ra6 一 10um 。双刃外排屑可转位浅孔套料钻的结构、基本尺寸及其材质选用分别见表 5-45 和表 5 一 46 。其筒形刀体上安装两个小刀夹，小刀夹上的凸三角刀片用螺钉夹紧。切削过程中切削液是由刀体内壁与工件芯柱外壁之间的排油间隙送人切削区，以冷却、润滑钻头，并把切屑经刀体外表面上的两条 V 形排屑槽冲刷出来。两个凸三角刀片在径向交错排列以利于分屑。为使切削平稳，避免打刀，外侧刀片在轴向低于内侧刀片 0 . 1 一 o . 2mm 。内、外侧刀片切削刃高于钻头中心 0 一 0 . lmm 。夹固外侧刀片的小刀夹上有轴向和径向调整螺钉，便于对刀片的轴向位置和套料直径进行调整。

可转位深孔套料钻适于在深孔钻床上加工孔径120mm 以上，深径比可达 100 的深孔，表面粗糙度低于 Ra3 um ,、 孔的尺寸精度可达IT10。双刃内排屑可转位深孔套料钻如图 5-13 所示。其刀体上安装 4 个小刀夹， 4 个正三角刀片组成双刃并交错排列，切削刃的方位有利于减小径向切削力并由的内腔，2个硬质合金支撑导向块承受。刀体内部应有供内排屑的内腔流人切削区切削液是由工件孔壁与刀体外壁之间的进油间隙，以冷却、润滑钻头，芯外壁之间的排油间隙排出然后带着切屑由刀体内壁与工件柱心”笙乙｝司的排佃同隙排出。通常排油间隙为切削宽度的一半。刀体尾部制有与钻管连接的多头方牙螺纹。

4 可转位钻头用钻夹头

( 1 ）可转位浅孔钻和浅孔套料钻用的钻夹头。根据钻夹头柄部型式和切削液供应方式不同，可转位浅孔钻和浅孔套料钻用的钻夹头有以下几种：

l ）切削液从尾部供应的圆柱柄钻夹头，其基本尺寸见表 5 一 47

 2 ）切削液从尾部和侧面供应的圆柱柄钻夹头，其基本尺寸见表 5 一 48

3 ）切削液从尾部和侧面供应的莫氏锥柄钻夹头。

4 ）切削液从尾部供应的 7 : 24 锥柄钻夹头。

 5 ）切削液从回转装置供应的圆柱柄钻夹头。

 6 ）切削液从回转装置供应的莫氏锥柄钻夹头。

7 ）切削液从回转装置供应的 7 : 24 锥柄钻夹头。

 8 ）切削液从尾部供应的大直径钻头用圆柱柄钻夹头。

 9 ）切削液从回转装置供应的大直径钻头用 7 : 24 锥柄钻夹头。

( 2 ）可转位喷吸钻用钻夹头。可分为旋转式和非旋转式两类，而旋转式钻夹头又可分为锥柄和法兰式两种。旋转式法兰盘钻夹头的基本尺寸如表 5-49。

数控铰刀的结构类型和特点

1 ．铰刀的类型和用途铰刀的类型和用途见表 5-50。

2 ．可转位单刃铰刀

 ( l ）结构特点。可转位单刃铰刀具有刀片转位与更换方便，切削平稳无振动，加工精度高，铰削余量大，切削速度高，形位误差小，刀具寿命长等优点。目前可转位单刃铰刀可加工直径为 6 一 60mm 的通孔和不通孔，加工精度一般为 IT6 、 ITg ，表面粗糙度可达 Ra0 . 4 一 16 u m ，在铰削加工中正在不断替代传统的整体高速钢和焊接硬质合金多刃铰刀而迅速推广应用。

可转位单刃铰刀有直柄和锥柄两种结构。图 514 为一种典型的可转位单刃铰刀，它由刀体 1 、轴向定位销 2 、压板 3 、压板螺钉 4 、垫圈 5 、刀片 6 、导向块 7 、调整螺钉 8 、调整顶销 9 和刀座 10 组成。其主要特点是：

l ）铰刀有一个刀片和两个导向块，分别执行切削和导向，并借助孔壁支撑和平衡切削力。

 2 ）由调整顶销和调整螺钉组成刀片径向定位和刀具径向微调机构，使刀片定位准确，调整方便，刀片用爪型压板和螺钉压紧。

 3 ）加工孔径范围很大，而刀片规格和引导锥型式则很少。如 Seco 公司的 SR80 型及 SR81 型可转位单刃铰刀只有 5 种尺寸的刀片和 3 种引导锥型式。

根据加工要求的不同，可转位单刃铰刀的结构稍有不同。例如，工作部分较长的铰刀可采用两个压板螺钉；直径较大的铰刀可采用三个导向块；有的可转位单刃铰刀采用调整圆球（取代图 5 一 14 中的调整顶销）和调整螺钉进行刀片径向定位和微调；有的单刃铰刀采用半圆形的爪型压板和双头螺栓压紧刀片（图 5 一 15 ）。 ( 2 ）可转位单刃铰刀的型式和基本尺寸。 Seco公司的 SR80型和 SR81 型可转位单刃直柄铰刀均采用直柄结构，前者用于通孔加工，后者用于不通孔加工。 SR80 型可转位单刃直柄铰刀的基本尺寸见表 5 一 51 。

数控可转位撞刀的结构类型和特点

按切削刃的数量，可转位镗刀有单刃、双刃和多刃之分。木节只介绍数控键铣床及加工中心上使用的可转位双刃镗刀、微调锁刀和可转位复合世刀，而不介绍可转位内孔车刀（可转位单刃锉刀的一种）。

 1 可转位双刃锉刀

可转位双刃镗刀的特点是有一对对称的切削刃同时参与切削。与单刃镗刀相比，每转进给量可提高 1 倍左右，生产率很高。表 5 一 52 为可转位双刃镗刀的结构型式及特点。按结构特点可分为整体式（工和 11 ）和模块式（ m 、 W ）两种；按工作特点分为浮动式（工）和固定式（ n 、 111 、 W ）两种；按尺寸是否可调分为可调式（工、盯、 W ）和不可调式（ n ）。镗铣床上使用的可调式双刃镗刀和大直径双刃微调镗刀的基本尺寸分别参见表 5 一 53 和表 5 一 54。

键配合，并由螺钉夹固在刀柄前端的基板上。两个锉杆 2 分别由夹紧螺钉 6 、钢球 3 和弹簧 4 夹固在桥形锉刀体 1 两端的大孔中。桥形键刀体 l 与粗谴刀座 7 和精铿刀座 16 之间的结合面是齿形面。撞杆 2 前端制作成 T 形，粗锉刀座 7 和精铿刀座 16 上都有 T 形槽可与之配合。调节螺钉 14 的一端与调节挡销 5 接触，转动调节螺钉 14 即可实现粗键刀座 7 或精锁刀座 16 沿 T 形槽以及齿形结合面作径向滑动，以适应加工不同直径孔的需要。粗锁小刀夹 11 上的刀片 8 是通过拧紧压紧螺钉 12 使杠杆 ro 摆动夹紧的，而精锉小刀夹 19 上的刀片 21 则是采用内六角螺钉 20 夹紧。精锉刀座 16 上装有一个刻度盘，对锉刀尺寸进行微量调节（ ' 001mm ) ，调整后用螺钉 17 锁紧。表 5 一 55 为几种微调锉刀的典型结构及特点，其他调整结构参见表 2 一 31 。

EPB 公司（ seco 公司的分公司）的 Graflex 工具系统中有多种尺寸可调的模块式双刃键刀模块，如 A770 型模块主要用于粗加工， A750 型则可用于粗、精加工。 EPB 公司的 A731 镗削系统是典型的模块式大直径可调式双刃锉削工具系统（构成见表 5 一 52 中的第 W 种结构），其加工孔的直径范围是 204 一 655mm 。 Kennametal 公司的 KM 工具系统中的 Modbore 大直径桥式双刃镗削系统的结构与 Graflex 的 A731 镗削系统有所不