數(shù)控孔加工刀具的結(jié)構(gòu)類型和選用

 撰文：常州蘭生公司刀具部 戴軍

 

可轉(zhuǎn)位鉆頭的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)

隨著被加工孔的特征不同，可轉(zhuǎn)位鉆頭有可轉(zhuǎn)位淺孔鉆、可轉(zhuǎn)位套孔鉆和可轉(zhuǎn)位深孔鉆。 1 ．可轉(zhuǎn)位淺孔鉆 ( 1 ）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。可轉(zhuǎn)位淺孔鉆用于加工孔深徑比為 2 -2.5的淺孔，，其直徑范圍通常為 16 -82mm 。直徑 d=16 - 22mm 的鉆頭一般制成單刃式，d 。＞17 .5 mm 的鉆頭通常制成雙刃式； d 。＜ 60mm 的鉆頭一般制成非模塊式， d 。＜ 60mm 的鉆頭通常制成模塊式。這種鉆頭具有切削效率高（金屬切削率約為同規(guī)格高速鋼鉆頭的 3 一 8 倍，硬質(zhì)合金焊接鉆頭的 2 一 5 倍）、加工質(zhì)量好（表面粗糙度可達(dá)凡 63 - 32 u m ）的特點(diǎn)。適用于在數(shù)控機(jī)床及加工中心上鉆孔、擴(kuò)孔、鎖孔、鉆偏心孔、加工外圓及端面。

圖 5 一 10 為一種典型的雙刃可轉(zhuǎn)位淺孔鉆結(jié)構(gòu)。在鉆體內(nèi)部制有冷卻孔，鉆體外部制有兩條長度約為 3 倍鉆頭直徑的 V 型排屑槽（直槽或螺旋槽），保證鉆頭在具有一定壓力和流量的切削液的作用下，充分冷卻并順利排屑。位于鉆頭中心的內(nèi)刀片切削速度低，切削抗力大，易崩刃，應(yīng)選用韌性較好的材質(zhì)。位于鉆頭外緣的外刀片，由于切削速度高、易磨損，應(yīng)選用硬度高、耐磨性好的材質(zhì)。由兩片凸三角刀片形成的鉆尖幾乎是平的，有利于縮短鉆孔時的工作行程。

 

( 2 ）基本尺寸和刀片型號。

 Seco公司的 SD52 型可轉(zhuǎn)位淺孔鉆采用正方形中心刀片和正方形外緣刀片各一片的非對稱結(jié)構(gòu)。其刀柄有削平型直柄 1509766 型、Weldon 型、 ABSSO 圓柱柄、 Whistle 槽型等多種型式。的 Q 系列可轉(zhuǎn)位鉆頭中也有與 SD52 Ingersoll 公司型結(jié)構(gòu)類似的可轉(zhuǎn)位淺孔鉆SD52 型可轉(zhuǎn)位淺孔鉆型式和基本尺寸見表 5 一 42.

許多模塊式工具系統(tǒng)也包含可轉(zhuǎn)位淺孔鉆工作模塊，如 Ken - nametal 公司的 KM 工具系統(tǒng)中的 DFT 及 Ceratizit 公司的 Maxiflex - uTS 工具系統(tǒng)中的 Maxidrill 淺孔鉆模塊等。

( 3 ）刀片材質(zhì)的選用。雙刃可轉(zhuǎn)位淺孔鉆刀片材質(zhì)的選用見表 5 一 43.

2 可轉(zhuǎn)位深孔鉆

在機(jī)械加工中，當(dāng)孔深與直徑之比大于 5 一 10 時稱為，深孔。深孔加工與其他切削加工相比，有以下特點(diǎn)：

 l ）鉆桿細(xì)長，剛性差，加工時容易彎曲和振動，使加工出的孔的軸線偏斜，影響加工精度和生產(chǎn)率。

 2 ）排屑困難，易因切屑堵塞而引起刀具損壞。

 3 ）切削液不易進(jìn)人，散熱困難，切削溫度高，鉆頭磨損快按孔深與孔徑之比的大小，孔深又可分為三類：深徑比為 5 一 20 時，稱為一般深孔，常在普通鉆床或車床上用深孔刀具或加長麻花鉆加工；深徑比為20～ 30 時，稱為中等深孔，常在普通車床上用深孔刀具加工；深徑比為 30 - 100 時，稱為特殊深孔，這類孔必須在深孔機(jī)床或?qū)Ｓ迷O(shè)備上用深孔刀具加工�？赊D(zhuǎn)位內(nèi)排屑深孔鉆有可轉(zhuǎn)位 BTA ( Borino and Trepanning As - sociation ）內(nèi)排屑深孔鉆、可轉(zhuǎn)位噴吸鉆和 DF 內(nèi)排屑深孔鉆。它們的工作原理如下（圖 511 ) : 1 ) BTA 內(nèi)排屑深孔鉆。工作時，壓力泵將具有一定壓力的切削液由進(jìn)油口壓人連接器，經(jīng)鉆管外壁和工件孔壁之間的間隙流向切削區(qū)，再經(jīng)鉆頭前端的兩個漏斗狀排屑孔連同切削區(qū)內(nèi)的切屑經(jīng)鉆管孔排出。

2 ）可轉(zhuǎn)位噴吸鉆。其工作系統(tǒng)由鉆頭，內(nèi)、外鉆管，連接器和導(dǎo)套等組成。切削液以一定壓力經(jīng)內(nèi)、外鉆管之間輸人，其中 2 / 3 的切削液通過鉆頭上的小孔壓向切削區(qū)，對鉆頭切削部分進(jìn)行冷卻與潤滑；另外 1 / 3 切削液則通過內(nèi)鉆管上的噴嘴噴人內(nèi)鉆管，由于流速增大而形成一個低壓區(qū)，低壓區(qū)一直延伸到排屑通道。在壓力差的作用下，切屑便隨著切削液被吸人內(nèi)鉆管迅速排出。

 3 ) DF 內(nèi)排屑深孔鉆。工作時，切屑除了靠壓力油推出外，在后面還有拉抽作用，因此排屑效果好，需要的壓力油工作應(yīng)力低。

以上三種深孔鉆排屑的工作原理有所不同，加工系統(tǒng)的組成也不同，但它們切削部分的結(jié)構(gòu)并無區(qū)別。

除了上述三種可轉(zhuǎn)位內(nèi)排屑深孔鉆外， Sandvik 公司還有 BTA 銼孔鉆、噴吸式鉆銼孔鉆及 BTA 套料鉆等產(chǎn)品。各種可轉(zhuǎn)位深孔鉆的典型結(jié)構(gòu)及性能見表 5 一 44 。

可轉(zhuǎn)位噴吸鉆鉆頭直徑為 65 - 120mm 、 120 - 170mm 和 180mm 時，在鉆頭前端分別安裝三個、五個和七個小刀夾。外側(cè)小刀夾上裝有徑向調(diào)整螺釘，用來調(diào)整鉆頭直徑的大小�？赊D(zhuǎn)位刀片用上壓式或螺釘式緊固在小刀夾上。可轉(zhuǎn)位噴吸鉆由于有內(nèi)管，排屑空間減小。因此，對刀片有嚴(yán)格的斷屑要求，需要使切屑成“ C ”狀或瓦片狀，否則易堵塞。

圖 5-12 為鉆頭直徑為 120 -17Omm 的可轉(zhuǎn)位噴吸鉆的刀片和導(dǎo)向支撐塊的配置圖。五個三角形刀片分布在鉆頭軸線的兩側(cè)，形成雙刃并呈交錯排列，便于分屑和排屑。為了避免鉆削時在孔中間出現(xiàn)芯柱，中心刀片的切削刃應(yīng)通過并超越鉆頭中心。其超越量可在 2 -3mm 范圍內(nèi)。但是，要中心刀片的切削刃正好通過中心，在制造上難以保證，而且會使切削時在鉆頭中心處的切削刃上這一點(diǎn)切削速度為零，對切削極為不利。因此，允許中心刀片的切削刃稍微偏離中心�？紤]到中心刀片的切削刃高于中心易造成崩刃，低于鉆頭中心太多會使后角太小，增大對工件的摩擦。實(shí)驗(yàn)證明，取低于鉆頭中心 0 . 1一 o . 3mm 較好。中心刀片的切削刃與鉆頭軸線的夾角為 70 -75 ，其刀尖偏距 e = ( 1 / 10 一 l / 8 ) d 。，d 。為鉆頭直徑。在鉆削時形成一個凸錐體，起定心作用，使鉆削平穩(wěn)。中間和外緣刀片的切削刃一般高于鉆頭中心 0.5 一 0 .8mm 。為了有利分屑，中間刀片可凸出頂角錐面0. 25 一  0.5mm.

刀齒的分布，要考慮切削刃上負(fù)荷的分配使徑向切削力基本平衡，外緣刀片的徑向切削力稍大于中心刀片和中間刀片的徑向切削力，使鉆孔時徑向合力始終壓向?qū)�向支撐塊。鉆頭頂角通常取 2 k r = 140 一 150 度。切削刃法前角一般取 y 。＝ 0度 ，對難斷屑材料，可取 y =1 一 3度 ；對加工性能好的材料，可取 yn = 3 一 5度 。

 3 可轉(zhuǎn)位套料鉆

對直徑大于 60mm 的孔，為節(jié)約原材料或取樣做性能分析，可采用可轉(zhuǎn)位套料鉆加工，從而減少加工余量、縮短加工時間、降低動力消耗。根據(jù)加工的孔深、排屑方式和切削刃數(shù)不同，可轉(zhuǎn)位套料鉆可分為淺孔和深孔套料鉆、外排屑和內(nèi)排屑套料鉆、雙刃和多刃套料鉆。

可轉(zhuǎn)位淺孔套料鉆適于在轉(zhuǎn)塔車床、自動車床、數(shù)控車床、數(shù)控鑊銑床和加工中心上加工孔徑為 60mm 以上、深徑比約為 25 的淺孔，表面粗糙度可達(dá) Ra6 一 10um 。雙刃外排屑可轉(zhuǎn)位淺孔套料鉆的結(jié)構(gòu)、基本尺寸及其材質(zhì)選用分別見表 5-45 和表 5 一 46 。其筒形刀體上安裝兩個小刀夾，小刀夾上的凸三角刀片用螺釘夾緊。切削過程中切削液是由刀體內(nèi)壁與工件芯柱外壁之間的排油間隙送人切削區(qū)，以冷卻、潤滑鉆頭，并把切屑經(jīng)刀體外表面上的兩條 V 形排屑槽沖刷出來。兩個凸三角刀片在徑向交錯排列以利于分屑。為使切削平穩(wěn)，避免打刀，外側(cè)刀片在軸向低于內(nèi)側(cè)刀片 0 . 1 一 o . 2mm 。內(nèi)、外側(cè)刀片切削刃高于鉆頭中心 0 一 0 . lmm 。夾固外側(cè)刀片的小刀夾上有軸向和徑向調(diào)整螺釘，便于對刀片的軸向位置和套料直徑進(jìn)行調(diào)整。

可轉(zhuǎn)位深孔套料鉆適于在深孔鉆床上加工孔徑120mm 以上，深徑比可達(dá) 100 的深孔，表面粗糙度低于 Ra3 um ,、 孔的尺寸精度可達(dá)IT10。雙刃內(nèi)排屑可轉(zhuǎn)位深孔套料鉆如圖 5-13 所示。其刀體上安裝 4 個小刀夾， 4 個正三角刀片組成雙刃并交錯排列，切削刃的方位有利于減小徑向切削力并由的內(nèi)腔，2個硬質(zhì)合金支撐導(dǎo)向塊承受。刀體內(nèi)部應(yīng)有供內(nèi)排屑的內(nèi)腔流人切削區(qū)切削液是由工件孔壁與刀體外壁之間的進(jìn)油間隙，以冷卻、潤滑鉆頭，芯外壁之間的排油間隙排出然后帶著切屑由刀體內(nèi)壁與工件柱心”笙乙｝司的排佃同隙排出。通常排油間隙為切削寬度的一半。刀體尾部制有與鉆管連接的多頭方牙螺紋。

4 可轉(zhuǎn)位鉆頭用鉆夾頭

( 1 ）可轉(zhuǎn)位淺孔鉆和淺孔套料鉆用的鉆夾頭。根據(jù)鉆夾頭柄部型式和切削液供應(yīng)方式不同，可轉(zhuǎn)位淺孔鉆和淺孔套料鉆用的鉆夾頭有以下幾種：

l ）切削液從尾部供應(yīng)的圓柱柄鉆夾頭，其基本尺寸見表 5 一 47

 2 ）切削液從尾部和側(cè)面供應(yīng)的圓柱柄鉆夾頭，其基本尺寸見表 5 一 48

3 ）切削液從尾部和側(cè)面供應(yīng)的莫氏錐柄鉆夾頭。

4 ）切削液從尾部供應(yīng)的 7 : 24 錐柄鉆夾頭。

 5 ）切削液從回轉(zhuǎn)裝置供應(yīng)的圓柱柄鉆夾頭。

 6 ）切削液從回轉(zhuǎn)裝置供應(yīng)的莫氏錐柄鉆夾頭。

7 ）切削液從回轉(zhuǎn)裝置供應(yīng)的 7 : 24 錐柄鉆夾頭。

 8 ）切削液從尾部供應(yīng)的大直徑鉆頭用圓柱柄鉆夾頭。

 9 ）切削液從回轉(zhuǎn)裝置供應(yīng)的大直徑鉆頭用 7 : 24 錐柄鉆夾頭。

( 2 ）可轉(zhuǎn)位噴吸鉆用鉆夾頭�？煞譃樾�轉(zhuǎn)式和非旋轉(zhuǎn)式兩類，而旋轉(zhuǎn)式鉆夾頭又可分為錐柄和法蘭式兩種。旋轉(zhuǎn)式法蘭盤鉆夾頭的基本尺寸如表 5-49。

數(shù)控鉸刀的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)

1 ．鉸刀的類型和用途鉸刀的類型和用途見表 5-50。

2 ．可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀

 ( l ）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)�？赊D(zhuǎn)位單刃鉸刀具有刀片轉(zhuǎn)位與更換方便，切削平穩(wěn)無振動，加工精度高，鉸削余量大，切削速度高，形位誤差小，刀具壽命長等優(yōu)點(diǎn)。目前可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀可加工直徑為 6 一 60mm 的通孔和不通孔，加工精度一般為 IT6 、 ITg ，表面粗糙度可達(dá) Ra0 . 4 一 16 u m ，在鉸削加工中正在不斷替代傳統(tǒng)的整體高速鋼和焊接硬質(zhì)合金多刃鉸刀而迅速推廣應(yīng)用。

可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀有直柄和錐柄兩種結(jié)構(gòu)。圖 514 為一種典型的可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀，它由刀體 1 、軸向定位銷 2 、壓板 3 、壓板螺釘 4 、墊圈 5 、刀片 6 、導(dǎo)向塊 7 、調(diào)整螺釘 8 、調(diào)整頂銷 9 和刀座 10 組成。其主要特點(diǎn)是：

l ）鉸刀有一個刀片和兩個導(dǎo)向塊，分別執(zhí)行切削和導(dǎo)向，并借助孔壁支撐和平衡切削力。

 2 ）由調(diào)整頂銷和調(diào)整螺釘組成刀片徑向定位和刀具徑向微調(diào)機(jī)構(gòu)，使刀片定位準(zhǔn)確，調(diào)整方便，刀片用爪型壓板和螺釘壓緊。

 3 ）加工孔徑范圍很大，而刀片規(guī)格和引導(dǎo)錐型式則很少。如 Seco 公司的 SR80 型及 SR81 型可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀只有 5 種尺寸的刀片和 3 種引導(dǎo)錐型式。

根據(jù)加工要求的不同，可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀的結(jié)構(gòu)稍有不同。例如，工作部分較長的鉸刀可采用兩個壓板螺釘；直徑較大的鉸刀可采用三個導(dǎo)向塊；有的可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀采用調(diào)整圓球（取代圖 5 一 14 中的調(diào)整頂銷）和調(diào)整螺釘進(jìn)行刀片徑向定位和微調(diào)；有的單刃鉸刀采用半圓形的爪型壓板和雙頭螺栓壓緊刀片（圖 5 一 15 ）。 ( 2 ）可轉(zhuǎn)位單刃鉸刀的型式和基本尺寸。 Seco公司的 SR80型和 SR81 型可轉(zhuǎn)位單刃直柄鉸刀均采用直柄結(jié)構(gòu)，前者用于通孔加工，后者用于不通孔加工。 SR80 型可轉(zhuǎn)位單刃直柄鉸刀的基本尺寸見表 5 一 51 。

數(shù)控可轉(zhuǎn)位撞刀的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)

按切削刃的數(shù)量，可轉(zhuǎn)位鏜刀有單刃、雙刃和多刃之分。木節(jié)只介紹數(shù)控鍵銑床及加工中心上使用的可轉(zhuǎn)位雙刃鏜刀、微調(diào)鎖刀和可轉(zhuǎn)位復(fù)合世刀，而不介紹可轉(zhuǎn)位內(nèi)孔車刀（可轉(zhuǎn)位單刃銼刀的一種）。

 1 可轉(zhuǎn)位雙刃銼刀

可轉(zhuǎn)位雙刃鏜刀的特點(diǎn)是有一對對稱的切削刃同時參與切削。與單刃鏜刀相比，每轉(zhuǎn)進(jìn)給量可提高 1 倍左右，生產(chǎn)率很高。表 5 一 52 為可轉(zhuǎn)位雙刃鏜刀的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整體式（工和 11 ）和模塊式（ m 、 W ）兩種；按工作特點(diǎn)分為浮動式（工）和固定式（ n 、 111 、 W ）兩種；按尺寸是否可調(diào)分為可調(diào)式（工、盯、 W ）和不可調(diào)式（ n ）。鏜銑床上使用的可調(diào)式雙刃鏜刀和大直徑雙刃微調(diào)鏜刀的基本尺寸分別參見表 5 一 53 和表 5 一 54。

鍵配合，并由螺釘夾固在刀柄前端的基板上。兩個銼桿 2 分別由夾緊螺釘 6 、鋼球 3 和彈簧 4 夾固在橋形銼刀體 1 兩端的大孔中。橋形鍵刀體 l 與粗譴刀座 7 和精鏗刀座 16 之間的結(jié)合面是齒形面。撞桿 2 前端制作成 T 形，粗銼刀座 7 和精鏗刀座 16 上都有 T 形槽可與之配合。調(diào)節(jié)螺釘 14 的一端與調(diào)節(jié)擋銷 5 接觸，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘 14 即可實(shí)現(xiàn)粗鍵刀座 7 或精鎖刀座 16 沿 T 形槽以及齒形結(jié)合面作徑向滑動，以適應(yīng)加工不同直徑孔的需要。粗鎖小刀夾 11 上的刀片 8 是通過擰緊壓緊螺釘 12 使杠桿 ro 擺動夾緊的，而精銼小刀夾 19 上的刀片 21 則是采用內(nèi)六角螺釘 20 夾緊。精銼刀座 16 上裝有一個刻度盤，對銼刀尺寸進(jìn)行微量調(diào)節(jié)（ ' 001mm ) ，調(diào)整后用螺釘 17 鎖緊。表 5 一 55 為幾種微調(diào)銼刀的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，其他調(diào)整結(jié)構(gòu)參見表 2 一 31 。

EPB 公司（ seco 公司的分公司）的 Graflex 工具系統(tǒng)中有多種尺寸可調(diào)的模塊式雙刃鍵刀模塊，如 A770 型模塊主要用于粗加工， A750 型則可用于粗、精加工。 EPB 公司的 A731 鏜削系統(tǒng)是典型的模塊式大直徑可調(diào)式雙刃銼削工具系統(tǒng)（構(gòu)成見表 5 一 52 中的第 W 種結(jié)構(gòu)），其加工孔的直徑范圍是 204 一 655mm 。 Kennametal 公司的 KM 工具系統(tǒng)中的 Modbore 大直徑橋式雙刃鏜削系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與 Graflex 的 A731 鏜削系統(tǒng)有所不