數(shù)控孔加工刀具的結構類型和選用

 

                  數(shù)控孔加工刀具的結構類型和選用

 撰文：常州蘭生公司刀具部 戴軍

 

可轉位鉆頭的結構類型和特點

隨著被加工孔的特征不同，可轉位鉆頭有可轉位淺孔鉆、可轉位套孔鉆和可轉位深孔鉆。 1 ．可轉位淺孔鉆 ( 1 ）結構特點�？赊D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，硬質合金焊接鉆頭的 2 一 5 倍）、加工質量好（表面粗糙度可達凡 63 - 32 u m ）的特點。適用于在數(shù)控機床及加工中心上鉆孔、擴孔、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位淺孔鉆結構。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，應選用韌性較好的材質。位于鉆頭外緣的外刀片，由于切削速度高、易磨損，應選用硬度高、耐磨性好的材質。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構。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 系列可轉位鉆頭中也有與 SD52 Ingersoll 公司型結構類似的可轉位淺孔鉆SD52 型可轉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 ）刀片材質的選用。雙刃可轉位淺孔鉆刀片材質的選用見表 5 一 43.

2 可轉位深孔鉆

在機械加工中，當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：

 l ）鉆桿細長，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床或專用設備上用深孔刀具加工。可轉位內(nèi)排屑深孔鉆有可轉位 BTA ( Borino and Trepanning As - sociation ）內(nèi)排屑深孔鉆、可轉位噴吸鉆和 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 ）可轉位噴吸鉆。其工作系統(tǒng)由鉆頭，內(nèi)、外鉆管，連接器和導套等組成。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構并無區(qū)別。

除了上述三種可轉位內(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。各種可轉位深孔鉆的典型結構及性能見表 5 一 44 。

可轉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。外側小刀夾上裝有徑向調整螺釘，用來調整鉆頭直徑的大小。可轉位刀片用上壓式或螺釘式緊固在小刀夾上�？赊D位噴吸鉆由于有內(nèi)管，排屑空間減小。因此，對刀片有嚴格的斷屑要求，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 的可轉位噴吸鉆的刀片和導向支撐塊的配置圖。五個三角形刀片分布在鉆頭軸線的兩側，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。考慮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。實驗證明，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導向支撐塊。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。

可轉位淺孔套料鉆適于在轉塔車床、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 Ra6 一 10um 。雙刃外排屑可轉位淺孔套料鉆的結構、基本尺寸及其材質選用分別見表 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，外側刀片在軸向低于內(nèi)側刀片 0 . 1 一 o . 2mm 。內(nèi)、外側刀片切削刃高于鉆頭中心 0 一 0 . lmm 。夾固外側刀片的小刀夾上有軸向和徑向調整螺釘，便于對刀片的軸向位置和套料直徑進行調整。

可轉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 100 的深孔，表面粗糙度低于 Ra3 um ,、 孔的尺寸精度可達IT10。雙刃內(nèi)排屑可轉位深孔套料鉆如圖 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個硬質合金支撐導向塊承受。刀體內(nèi)部應有供內(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 可轉位鉆頭用鉆夾頭

( 1 ）可轉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方式不同，可轉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 ）切削液從尾部和側面供應的圓柱柄鉆夾頭，其基本尺寸見表 5 一 48

3 ）切削液從尾部和側面供應的莫氏錐柄鉆夾頭。

4 ）切削液從尾部供應的 7 : 24 錐柄鉆夾頭。

 5 ）切削液從回轉裝置供應的圓柱柄鉆夾頭。

 6 ）切削液從回轉裝置供應的莫氏錐柄鉆夾頭。

7 ）切削液從回轉裝置供應的 7 : 24 錐柄鉆夾頭。

 8 ）切削液從尾部供應的大直徑鉆頭用圓柱柄鉆夾頭。

 9 ）切削液從回轉裝置供應的大直徑鉆頭用 7 : 24 錐柄鉆夾頭。

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

數(shù)控鉸刀的結構類型和特點

1 ．鉸刀的類型和用途鉸刀的類型和用途見表 5-50。

2 ．可轉位單刃鉸刀

 ( l ）結構特點�？赊D位單刃鉸刀具有刀片轉位與更換方便，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。目前可轉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 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合金多刃鉸刀而迅速推廣應用。

可轉位單刃鉸刀有直柄和錐柄兩種結構。圖 514 為一種典型的可轉位單刃鉸刀，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 、導向塊 7 、調整螺釘 8 、調整頂銷 9 和刀座 10 組成。其主要特點是：

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

 2 ）由調整頂銷和調整螺釘組成刀片徑向定位和刀具徑向微調機構，使刀片定位準確，調整方便，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)格和引導錐型式則很少。如 Seco 公司的 SR80 型及 SR81 型可轉位單刃鉸刀只有 5 種尺寸的刀片和 3 種引導錐型式。

根據(jù)加工要求的不同，可轉位單刃鉸刀的結構稍有不同。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向塊；有的可轉位單刃鉸刀采用調整圓球（取代圖 5 一 14 中的調整頂銷）和調整螺釘進行刀片徑向定位和微調；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 ）可轉位單刃鉸刀的型式和基本尺寸。 Seco公司的 SR80型和 SR81 型可轉位單刃直柄鉸刀均采用直柄結構，前者用于通孔加工，后者用于不通孔加工。 SR80 型可轉位單刃直柄鉸刀的基本尺寸見表 5 一 51 。

數(shù)控可轉位撞刀的結構類型和特點

按切削刃的數(shù)量，可轉位鏜刀有單刃、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位雙刃鏜刀、微調鎖刀和可轉位復合世刀，而不介紹可轉位內(nèi)孔車刀（可轉位單刃銼刀的一種）。

 1 可轉位雙刃銼刀

可轉位雙刃鏜刀的特點是有一對對稱的切削刃同時參與切削。與單刃鏜刀相比，每轉進給量可提高 1 倍左右，生產(chǎn)率很高。表 5 一 52 為可轉位雙刃鏜刀的結構型式及特點。按結構特點可分為整體式（工和 11 ）和模塊式（ m 、 W ）兩種；按工作特點分為浮動式（工）和固定式（ n 、 111 、 W ）兩種；按尺寸是否可調分為可調式（工、盯、 W ）和不可調式（ n ）。鏜銑床上使用的可調式雙刃鏜刀和大直徑雙刃微調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。調節(jié)螺釘 14 的一端與調節(jié)擋銷 5 接觸，轉動調節(jié)螺釘 14 即可實現(xiàn)粗鍵刀座 7 或精鎖刀座 16 沿 T 形槽以及齒形結合面作徑向滑動，以適應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，對銼刀尺寸進行微量調節(jié)（ ' 001mm ) ，調整后用螺釘 17 鎖緊。表 5 一 55 為幾種微調銼刀的典型結構及特點，其他調整結構參見表 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式雙刃銼削工具系統(tǒng)（構成見表 5 一 52 中的第 W 種結構），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)的結構與 Graflex 的 A731 鏜削系統(tǒng)有所不