20讲§7麻花钻§7–1_结构与几何参数[1]

螺旋角对切削过程的影响 螺旋角对切削过程的影响
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。 较大的螺旋角，使钻头的前角增大， 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， 但是螺旋角过大，会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。 =18° 30° 小直径钻头 值较小 值较小。 标准麻花钻的β =18°～30°，小直径钻头β值较小。
钻削力F 扭矩M的经验公式及其中的系数、 钻削力F、扭矩M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
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三、钻头的磨损与耐用度
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前刀面
螺旋槽的螺旋面。 螺旋槽的螺旋面。
主后刀面 与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面。 与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面。 副后刀面 与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边。 棱边。 与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边 主切削刃 螺旋槽与主后刀面的两条交线 副切削刃 棱边与螺旋槽的两条交线
基面
切削平面
切削刃上任意一 点的切削平面是包 含该点切削速度方 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 削平面与基面在空间互 相垂直， 相垂直，且位置是变化 的。
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麻花钻的主要几何参数
螺旋角β 螺旋角β
tg β =
πd
P
z
0
标准麻花钻的螺旋角
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。
两后刀面在钻心处的交线。 横刃 两后刀面在钻心处的交线。
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2.麻花钻的主要几何参数 2.麻花钻的主要几何参数
麻花钻的基面与切削平面
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。
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前角γ0 前角γ
内测量的前刀面与基面间的夹角。 在正交平面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， 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， 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，由外缘向中心逐渐减小。 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30 30° ， 从钻头最外缘到钻心 ， 前角值可由 30° 逐渐变 30° 故靠近中心处的切削条件很差。 为－30°，故靠近中心处的切削条件很差。
本讲主要内容
钻削与钻头
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第一节
麻花钻
Байду номын сангаас
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（IT11以下精度及表面粗 一般用于孔的粗加工（IT11以下精度及表面粗 糙度Ra25－6.3um），也可用于加工攻丝、铰孔、 ），也可用于加工攻丝 铰孔、 糙度 ），也可用于加工攻丝、 拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。 拉孔、镗孔、磨孔的预制孔。
d0 d0 ≈ aw = a p / sin K r = 2 sin K r 2 sin φ
切削面积A 6．切削面积Acz、Ac
fd 0 Acz = ac ⋅ aw = a f ⋅ a p = 4
Ac = z ⋅ ac ⋅ aw = 2 fd 0 fd 0 = 4 2
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二、钻削力与扭矩
来源与组成
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横刃角度
横刃是两个主后刀面的交线，其长度为 ψ。 是两个主后刀面的交线，其长度为b 横刃角度包括横刃斜角ψ，横刃前角γoψ和横刃后角αoψ。 包括横刃斜角ψ 横刃前角γ 和横刃后角α 横刃斜角ψ：在钻头端平面内投影的横刃与主切削刃之间的夹 横刃斜角ψ
角，它是刃磨后刀面时形成的。 它是刃磨后刀面时形成的。 标准麻花钻的ψ=50°～55°。 ° °。 标准麻花钻的ψ 当后角磨得偏大时， 当后角磨得偏大时，横刃 斜角ψ减小 横刃长度b 减小， 斜角 减小，横刃长度 ψ 增大。 增大。
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切削速度v 1．切削速度v
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。
V =
π ⋅do ⋅n
1000
m / min
进给量f、af、vf 2．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， 每转进给量 钻头或工件每转一转 对位移。 对位移。 每齿进给量a 每齿进给量 f(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， 之间的相对位移。 之间的相对位移。 进给速度V 钻头或工件每分钟内，它们之间的轴向相对位移。 进给速度 f：钻头或工件每分钟内，它们之间的轴向相对位移。
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第二节
钻削原理
一、钻削用量与切削层要素 钻削运动
主运动：钻头的旋转运动(钻床) 主运动：钻头的旋转运动(钻床)，或工件的旋转 运动(车床) 运动(车床)。 进给运动：钻头沿轴线作直线进给运动(钻床) 进给运动：钻头沿轴线作直线进给运动(钻床)， 或工件沿钻头轴线作直线进给运动(铣床) 或工件沿钻头轴线作直线进给运动(铣床)
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： 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。 削刃、两个副切削刃、一个横刃。因此 钻头的轴向力F和扭矩 由各切削刃上总 钻头的轴向力 和扭矩M由各切削刃上总 和扭矩 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。
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横刃角度
横刃是通过钻心的， 横刃是通过钻心的，在钻头端面上的投影近似为一条直 的位置是相同的。 线，因此横刃上各点的基面和切削平面的位置是相同的。 在横刃剖面O-O内，横刃前角γoψ为负值，横刃后角 内 横刃前角 为负值， 在横刃剖面 αoψ≈90°- γoψ 。 标准麻花钻的γoψ=－(54°～ 标准麻花钻的 60°)， αoψ＝26°～30°。由于 由于 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 的挤压， 的挤压，而造成定心不好和 很大的轴向力。 很大的轴向力。
主偏角
主偏角与顶角不同， 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， 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。 钻头的顶角直接决定了主偏角K 的大小， 钻头的顶角直接决定了主偏角 r的大小，Kr ≈φ。 。
M = M o + M ϕ + M1 F = Fo + Fϕ + F1
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实验证明，轴向力F主要由横刃产生 主要由横刃产生(F 实验证明，轴向力 主要由横刃产生 ψ≈57％F)； ； 扭转M主要由主切削刃产生(M 扭转M主要由主切削刃产生 ψ≈80％M)。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 下表所示。 下表所示。
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麻花钻的组成
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钻头的工作部分
有两条对称的螺旋槽， 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。 导向部分磨有两条棱边， 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(0.03 0.12)／100的倒锥量 (0.03～ 的摩擦，棱边直径磨有(0.03～0.12)／100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 成了副偏角κ 成了副偏角κ'r。 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， 为了增加钻头的强度和刚度，钻芯制成 正锥体（锥度为（1.4－2）/100）。 正锥体（锥度为 ）。
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麻花钻的主要几何参数
顶角对切削过程的影响 顶角对切削过程的影响
顶角越小，切削刃长度增加， 顶角越小，切削刃长度增加，单位切削刃长度 上负荷降低，刀尖角εr增大，改善了散热条件，提 上负荷降低，刀尖角 增大，改善了散热条件， 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。
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后角αf 后角α
在假定工作平面（即以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平 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。 在切削过程中， 在切削过程中，αf在一定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。 考虑到进给运动对工作后角的影响， 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， 的变化，使刀刃各点的楔角较为合理，并改善横刃的切削条 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。 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(最外缘处) 标准麻花钻的后角(最外缘处)为8°～20 ，大直径钻头取 ～20°， 小值，小直径钻头取大值。 小值，小直径钻头取大值。
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钻削力、 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， 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。
2
标准麻花钻由3个部分组成： 一、麻花钻的构造 标准麻花钻由3个部分组成：
装夹部分：是钻头的尾部，用于与机床联接， 装夹部分：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， 递扭矩和轴向力。按麻花钻直径的大小，分为直柄 直径<12mm 和锥柄（直径>12mm 两种。 mm） mm） （直径<12mm）和锥柄（直径>12mm）两种。 颈部：是工作部分和尾部间的过渡部分， 颈部：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。 工作部分：是钻头的主要部分，前端为切削部分， 工作部分：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， 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。
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端面刃倾角λST 端面刃倾角λ
中主切削刃与基面间的夹角。 在端面投影中主切削刃与基面间的夹角。 切削刃上不同点的端面刃倾角是不同的， 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λ 最小，靠近钻心处的λ 最大。 外缘处的λST最小，靠近钻心处的λST最大。
标准麻花钻主切削刃的端面刃倾角总为负值。
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背吃刀量（钻削深度） 3．背吃刀量（钻削深度）ap a 切削厚度a 4．切削厚度 c
p
d0 = 2
在基面内垂直于主切削刃方向测量的切削层厚度。 在基面内垂直于主切削刃方向测量的切削层厚度。
f f ac = a f ⋅ sin K r = ⋅ sin K r ≈ ⋅ sin φ 2 2
5．切削宽度 w 沿主切削刃测量的切削层宽度。 切削宽度a 沿主切削刃测量的切削层宽度。
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顶角2φ和主偏角Kr 顶角2 和主偏角Kr
顶角
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 钻 的 2φ =118°，此时的主切削刃是直线。 ，此时的主切削刃是直线。