20讲§7麻花钻§7–1结构与几何参数课件.ppt

1、本讲主要内容本讲主要内容钻削与钻头钻削与钻头1第一节第一节 麻花钻麻花钻 麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。标准刀具。一般用于孔的粗加工（一般用于孔的粗加工（IT11IT11以下精度及表面粗以下精度及表面粗糙度糙度Ra256.3um），），也可用于加工攻丝、铰孔、也可用于加工攻丝、铰孔、拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。2一、一、麻花钻的构造麻花钻的构造v装夹部分装夹部分：是钻头的尾部，用于与机床联接，并传：是钻头的尾部，用于与机床联接，并传递扭矩和轴向力。按麻花钻直径的大小，分为直柄递扭矩和轴向力。按麻花钻直径的大小，

2、分为直柄（直径（直径12mm12mm12mm）两种。两种。v颈部：颈部：是工作部分和尾部间的过渡部分，供磨削时是工作部分和尾部间的过渡部分，供磨削时砂轮退刀和打印标记用。直柄钻头没有颈部。砂轮退刀和打印标记用。直柄钻头没有颈部。v工作部分：工作部分：是钻头的主要部分，前端为切削部分，是钻头的主要部分，前端为切削部分，承担主要的切削工作；后端为导向部分，起引导钻承担主要的切削工作；后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。头的作用，也是切削部分的后备部分。标准麻花钻由标准麻花钻由3 3个部分组成：个部分组成：3麻花钻的组成麻花钻的组成4钻头的工作部分钻头的工作部分 有两条对称的螺

3、旋槽，有两条对称的螺旋槽，是容屑和排屑的通道。是容屑和排屑的通道。麻花钻的两个主切削刃由钻芯连接麻花钻的两个主切削刃由钻芯连接，为了增加钻头的强度和刚度，钻芯制成为了增加钻头的强度和刚度，钻芯制成正锥体（锥度为正锥体（锥度为（1.42）/100）。）。导向部分磨有两条棱边，为了减少与加工孔壁导向部分磨有两条棱边，为了减少与加工孔壁的摩擦，棱边直径磨有的摩擦，棱边直径磨有(0.03(0.030.12)0.12)100100的倒锥量的倒锥量(即直径由切削部分顶端向尾部逐渐减小即直径由切削部分顶端向尾部逐渐减小)，从而形，从而形成了副偏角成了副偏角 r r。5两后刀面在钻心处的交线。两后刀面在钻心处

4、的交线。前刀面前刀面螺旋槽的螺旋面。螺旋槽的螺旋面。主后刀面主后刀面与工件过渡表面与工件过渡表面(孔底孔底)相对的端部两曲面。相对的端部两曲面。与工件已加工表面与工件已加工表面(孔壁孔壁)相对的两条相对的两条棱边棱边。副后刀面副后刀面主切削刃主切削刃螺旋槽与主后刀面的两条交线螺旋槽与主后刀面的两条交线副切削刃副切削刃棱边与螺旋槽的两条交线棱边与螺旋槽的两条交线横刃横刃62.2.麻花钻的主要几何参数麻花钻的主要几何参数基面基面 通过该点又包括钻头轴线的平面。通过该点又包括钻头轴线的平面。由于切削刃上各点的切削速度方向不同，故基面也就不同。由于切削刃上各点的切削速度方向不同，故基面也就不同。麻花钻

5、的基面与切削平面麻花钻的基面与切削平面切削平面切削平面 切削刃上任意一切削刃上任意一点的切削平面是包点的切削平面是包含该点切削速度方含该点切削速度方向，而又切于该点向，而又切于该点加工表面的平面。加工表面的平面。切削刃上各点的切切削刃上各点的切削平面与基面在空间互削平面与基面在空间互相垂直，且位置是变化相垂直，且位置是变化的的。7麻花钻的主要几何参数麻花钻的主要几何参数 较大的螺旋角，使钻头的前角增大，故切削扭矩和轴向较大的螺旋角，使钻头的前角增大，故切削扭矩和轴向力减小，切削轻快，排屑也较容易。力减小，切削轻快，排屑也较容易。但是螺旋角过大，会削弱钻头的强度和散热条件，使钻但是螺旋角过大，会

6、削弱钻头的强度和散热条件，使钻头的磨损加剧。头的磨损加剧。标准麻花钻的标准麻花钻的 =18=183030，小直径钻头小直径钻头值较小。值较小。螺旋角螺旋角 钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线间的夹角。钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线间的夹角。螺旋角的大小不仅影响排屑情况，而且它就是钻头的进给前角螺旋角的大小不仅影响排屑情况，而且它就是钻头的进给前角。螺旋角螺旋角对切削过程的影响对切削过程的影响标准麻花钻的螺旋角标准麻花钻的螺旋角0zdtgP8 两主切削刃在与其平行的轴向平面上投影之间的夹角，两主切削刃在与其平行的轴向平面上投影之间的夹角，顶角是钻头在刃磨测量时的几何角度。标准麻花

7、钻的顶角是钻头在刃磨测量时的几何角度。标准麻花钻的2=118，此时的主切削刃是直线。此时的主切削刃是直线。顶角顶角2 2 和主偏角和主偏角KrKr 主偏角与顶角不同，它是主切削刃在基面上的投影与进主偏角与顶角不同，它是主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。由于主切削刃各点基面位置不同，故主切削给方向的夹角。由于主切削刃各点基面位置不同，故主切削刃各点的主偏角是变化的。刃各点的主偏角是变化的。顶角顶角主偏角主偏角钻头的顶角直接决定了主偏角钻头的顶角直接决定了主偏角Kr的大小，的大小，Kr。9麻花钻的主要几何参数麻花钻的主要几何参数10 顶角越小，切削刃长度增加，单位切削刃长度顶角越小，切削刃长

8、度增加，单位切削刃长度上负荷降低，刀尖角上负荷降低，刀尖角r增大，改善了散热条件，提增大，改善了散热条件，提高了钻头的耐用度且轴向力减小。高了钻头的耐用度且轴向力减小。但顶角越小，切屑变薄，切屑平均变形增加，但顶角越小，切屑变薄，切屑平均变形增加，故使扭矩增大。故使扭矩增大。顶角顶角对切削过程的影响对切削过程的影响11端面刃倾角端面刃倾角 STST在在端面投影端面投影中主切削刃与基面间的夹角。中主切削刃与基面间的夹角。切削刃切削刃上不同点的端面刃倾角是不同的，上不同点的端面刃倾角是不同的，外缘处的外缘处的 STST最小，靠近钻心处的最小，靠近钻心处的 STST最大。最大。标准麻花钻主切削刃的端

9、面刃倾角总为标准麻花钻主切削刃的端面刃倾角总为负值负值。12 标准麻花钻切削刃上各点的前角值变化很大标准麻花钻切削刃上各点的前角值变化很大，从钻头最外缘到钻心，前角值可由，从钻头最外缘到钻心，前角值可由3030逐渐变逐渐变为为3030，故靠近中心处的切削条件很差。，故靠近中心处的切削条件很差。前角前角 0 0在在正交平面正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。内测量的前刀面与基面间的夹角。由于钻头的前刀面是螺旋面，且各点处的基面由于钻头的前刀面是螺旋面，且各点处的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各处的前和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各处的前角也是不相同的，角也是不相同的，由外缘向中

10、心逐渐减小由外缘向中心逐渐减小。13后角后角 f f 在在假定工作平面假定工作平面（即以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平（即以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面）内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角。面）内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角。考虑到进给运动对工作后角的影响，同时为了补偿前角考虑到进给运动对工作后角的影响，同时为了补偿前角的变化，使刀刃各点的楔角较为合理，并改善横刃的切削条的变化，使刀刃各点的楔角较为合理，并改善横刃的切削条件，麻花钻的后角刃磨时应由外缘处向钻心逐渐增大。件，麻花钻的后角刃磨时应由外缘处向钻心逐渐增大。在切削过程中，在切削过程中，f f在一定程度上反映了主后刀面与工在一定

11、程度上反映了主后刀面与工件过渡表面之间的摩擦关系，而且测量也比较容易。件过渡表面之间的摩擦关系，而且测量也比较容易。一般后刀面磨成圆锥面，也有磨成螺旋面或圆弧面的。一般后刀面磨成圆锥面，也有磨成螺旋面或圆弧面的。标准麻花钻的后角标准麻花钻的后角(最外缘处最外缘处)为为8 82020，大直径钻头取小，大直径钻头取小值，小直径钻头取大值。值，小直径钻头取大值。14横刃角度横刃角度横刃横刃是两个主后刀面的交线，其长度为是两个主后刀面的交线，其长度为b。横刃角度横刃角度包括横刃斜角包括横刃斜角，横刃前角横刃前角oo和横刃后角和横刃后角oo。横刃斜角横刃斜角：在钻头端平面内投影的横刃与主切削刃之间的夹在

12、钻头端平面内投影的横刃与主切削刃之间的夹角，它是刃磨后刀面时形成的。角，它是刃磨后刀面时形成的。标准麻花钻的标准麻花钻的=5055。当后角磨得偏大时，横刃当后角磨得偏大时，横刃斜角斜角减小，横刃长度减小，横刃长度b增大。增大。15横刃角度横刃角度横刃是通过钻心的，在钻头端面上的投影近似为一条直横刃是通过钻心的，在钻头端面上的投影近似为一条直线，因此横刃上各点的线，因此横刃上各点的基面和切削平面基面和切削平面的位置是相同的。的位置是相同的。在横刃剖面在横刃剖面O-O内，横刃前角内，横刃前角o为负值，横刃后角为负值，横刃后角o90-o 。标准麻花钻的标准麻花钻的o=(5460)，o2630。由于由

13、于横刃前角是很大的负前角，横刃前角是很大的负前角，所以钻削时横刃处发生严重所以钻削时横刃处发生严重的挤压，而造成定心不好和的挤压，而造成定心不好和很大的轴向力。很大的轴向力。16第二节第二节 钻削原理钻削原理 钻削运动钻削运动一、钻削用量与切削层要素一、钻削用量与切削层要素v主运动：钻头的旋转运动主运动：钻头的旋转运动(钻床钻床)，或工件的旋转，或工件的旋转运动运动(车床车床)。v进给运动：钻头沿轴线作直线进给运动进给运动：钻头沿轴线作直线进给运动(钻床钻床)，或工件沿钻头轴线作直线进给运动或工件沿钻头轴线作直线进给运动(铣床铣床)17指钻头主切削刃外缘处的线速度。指钻头主切削刃外缘处的线速度

14、。1 1切削速度切削速度v vmin/1000mdVno2 2进给量进给量f、af、vf每转进给量每转进给量f(mm/r)：钻头或工件每转一转，它们之间的轴向相钻头或工件每转一转，它们之间的轴向相对位移对位移。每齿进给量每齿进给量af(mm/z)：钻头或工件相对钻头每转一个刀齿，它们钻头或工件相对钻头每转一个刀齿，它们之间的相对位移。之间的相对位移。进给速度进给速度Vf：钻头或工件每分钟内，它们之间的轴向相对位移。钻头或工件每分钟内，它们之间的轴向相对位移。183 3背吃刀量（钻削深度）背吃刀量（钻削深度）ap20dap4 4切削厚度切削厚度ac在基面内垂直于主切削刃方向测量的切削层厚度。在基

15、面内垂直于主切削刃方向测量的切削层厚度。sin2sin2sinfKfKaarrfc5 5切削宽度切削宽度aw沿主切削刃测量的切削层宽度。沿主切削刃测量的切削层宽度。sin2sin2sin/00dKdKaarrpw6 6切削面积切削面积A Aczcz、A Ac c40fdaaaaApfwccz24200fdfdaazAwcc19二、钻削力与扭矩二、钻削力与扭矩 钻削力来源于工件材料的变形抗力，钻削力来源于工件材料的变形抗力，以及钻头和切屑、工件间的摩擦力。以及钻头和切屑、工件间的摩擦力。标准麻花钻有五个切削刃：两个主切标准麻花钻有五个切削刃：两个主切削刃、两个副切削刃、一个横刃。因此削刃、两个副

16、切削刃、一个横刃。因此钻头的轴向力钻头的轴向力F和扭矩和扭矩M由各切削刃上总由各切削刃上总的轴向力与各切削刃上的扭矩总和构成。的轴向力与各切削刃上的扭矩总和构成。来源与组成来源与组成11FFFFMMMMoo20 实验证明，轴向力实验证明，轴向力F主要由横刃产生主要由横刃产生(F57F)；扭转扭转M M主要由主切削刃产生主要由主切削刃产生(M80M)。各切削刃上各切削刃上的力及扭矩占总的轴向力及总的扭矩的百分比大致如的力及扭矩占总的轴向力及总的扭矩的百分比大致如下表所示。下表所示。21钻削力、扭矩的经验公式钻削力、扭矩的经验公式 钻削力即指轴向力，它会引起工艺系统的弹性变形，钻削力即指轴向力，它

17、会引起工艺系统的弹性变形，影响孔的加工质量，影响机床进给机构的强度。影响孔的加工质量，影响机床进给机构的强度。扭矩即主运动方向的阻力矩，它与主轴转速决定钻削扭矩即主运动方向的阻力矩，它与主轴转速决定钻削功率；过大的扭矩会使钻头扭断。功率；过大的扭矩会使钻头扭断。在钻床、钻夹具，钻头设计时需用钻削力和扭矩值。在钻床、钻夹具，钻头设计时需用钻削力和扭矩值。钻削力钻削力F F、扭矩扭矩M M的经验公式及其中的系数、指数和修正的经验公式及其中的系数、指数和修正系数可查阅有关设计手册得到系数可查阅有关设计手册得到。22三、钻头的磨损与耐用度三、钻头的磨损与耐用度 钻头切削时处于半封闭状态钻头切削时处于半

18、封闭状态，散热散热条件比车削时差，热量多集中在钻头上，条件比车削时差，热量多集中在钻头上，故钻头磨损较严重。故钻头磨损较严重。由于钻头上各切削刃的负荷不均匀，由于钻头上各切削刃的负荷不均匀，因此各部分的磨损也很不均匀。一般，因此各部分的磨损也很不均匀。一般，钻头的主切削刃、前刀面、后刀面、棱钻头的主切削刃、前刀面、后刀面、棱边、横刃都有磨损，但磨损量最大的是边、横刃都有磨损，但磨损量最大的是处于切削速度、切削温度较高，强度较处于切削速度、切削温度较高，强度较弱的钻头外缘处。弱的钻头外缘处。钻削钢料时，常用外缘处后刀面磨钻削钢料时，常用外缘处后刀面磨损量损量VBVB值作为磨钝标准。钻削铸铁时，值

19、作为磨钝标准。钻削铸铁时，则以转角处转角磨损长度为磨钝标准。则以转角处转角磨损长度为磨钝标准。钻头的磨损钻头的磨损23钻头的耐用度钻头的耐用度影响钻头耐用度的因素有：钻头材料、钻头几何参数、切削条件。影响钻头耐用度的因素有：钻头材料、钻头几何参数、切削条件。在一定磨钝标准下钻头的总切削时间。在一定磨钝标准下钻头的总切削时间。1 1钻头几何参数对耐用度的影响钻头几何参数对耐用度的影响v 顶角顶角2 2。实验证明，钻削不同材料时，最高耐用度对应。实验证明，钻削不同材料时，最高耐用度对应的顶角值不同，如以较高钻削速度和中等进给量钻削铸铁的顶角值不同，如以较高钻削速度和中等进给量钻削铸铁时，其最佳顶角

20、时，其最佳顶角2 2 8080；在钻削钢料时，顶角则应适当；在钻削钢料时，顶角则应适当加大。加大。v 减短钻头工作部分长度，能减小振动，可提高钻头耐用度。减短钻头工作部分长度，能减小振动，可提高钻头耐用度。v 横刃斜角横刃斜角 5050 5555 范围内，耐用度较高。范围内，耐用度较高。242 2切削条件对耐用度的影响切削条件对耐用度的影响v工件材料硬度的均匀性对耐用度影响较显著。工件材料硬度的均匀性对耐用度影响较显著。v钻通孔时，在钻头出口时，进给量瞬时急剧钻通孔时，在钻头出口时，进给量瞬时急剧增大，易增大，易“扎刀扎刀”，使钻头磨损加剧，耐用，使钻头磨损加剧，耐用度下降。度下降。v钻孔深度越大，排屑、冷却状况变坏，切屑钻孔深度越大，排屑、冷却状况变坏，切屑与孔壁间摩擦加剧，钻头耐用度下降。与孔壁间摩擦加剧，钻头耐用度下降。25