孔是各种机械零件上出现最多的几何表面之一,数控铣床在孔系加工中也是最常用的机床之一,并通过钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等孔系加工工艺方法,加工出精密要求较高的孔。
麻花钻是最常用的孔加工刀具,一般用于实体材料上的粗加工。钻孔的尺寸精度为IT11?IT12,表面粗糙度为Ra12.5?6.3μm。加工孔径范围为0.1?80mm,在Ф30mm以下时最常用。麻花钻的特点是允许重磨次数多,使用方便、经济。
(1)麻花钻的类型。按刀具材料的不同,麻花钻可分为高速钢钻头和硬质合金钻头,其中硬质合金钻头有整体式、镶片式和可转位式;按柄部结构不同,麻花钻可分为直柄(13mm以下)和锥柄(13mm以上),其中直柄一般用于小直径钻头,锥柄一般用于大直径钻头;按长度不同,麻花钻可分为基本型和短、长、加长、超长等类型。
(2)麻花钻的结构。标准麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成。
1)颈部和柄部。柄部是装夹钻头和传递动力的部分,其后端做出扁尾,用于传递转矩和使用斜铁将钻头从钻套中取出。颈部是与工作部分的过渡部分,通常用作砂轮退刀和打印标记的部位。
2)工作部分。担负切削与导向工作,工作部分有切削和导向两个部分。
切削部分有两个前刀面(螺旋槽面,用于排屑和导入切削液)、两个主后刀面(即钻头端面上的两个刃瓣,为圆锥表面或其他表面)、两个副后刀面(钻头外上两小段窄棱边形成的刃带棱面,可近似认为是圆柱面,在钻孔时刃带起导向作用,为减小与孔壁的摩擦,刃带向柄部方向有较小的倒锥量,从而形成副偏角)。前、后刀面相交形成主切削刃;两后刀面与钻心处相交形成的切削刃为横刃,两条主切削刃通过横刃相连;前刀面与刃带(即副后刀面)相交的棱边为副切削刃。标准麻花钻的主切削刃是两条直线,横刃近似为一条短直线,副切削刃是两条螺旋线。
导向部分即钻头上的螺旋郞分,是切削的后备部分,起导向和排屑作用。其中,螺旋槽是流入切削液和排出切屑的通道,最前面的一部分即是前刀面。钻体中心部分有钻心,用于连接两刃瓣。外圆柱上的两条螺旋形棱面(即刃带),用于控制孔的廓形,保持钻头进给方向。麻花钻为前大后小的正锥形。
(3)麻花钻的几何角度
1)螺旋角w。螺旋角w是钻头刃带棱边螺旋线展开成直线后与钻头轴线之间的夹角。在主切削刃上半径不同的点的螺旋角不相等,钻头外缘处的螺旋角最大,越靠近中心,其螺旋角越小。螺旋角不仅影响排屑,而且影响切削刃强度。
2)顶角2Ф。麻花钻的顶角2Ф是两主切削刃在平行于两主切削刃的平面Pc—Pc中投影得到的夹角。顶角2Ф的大小影响钻头尖端强度和进给力。顶角越小,主切削刃越长,单位切削刃上负荷便减轻,进给力小,定心作用也较好;但若顶角过小,则钻头强度减弱,钻头易折断。标准麻花钻的顶角一般为2Ф=118°。
3)主偏角Kr。主偏角Kr是在基面内测量的主切削刃在在其上的投影与进给方向间的夹角。由于主切削刃上各点的基面不同,所以主偏角也就不同。
4)前角Υ。主切削刃上选定点X的前角,是在正交平面Pox—Pox中测量的前刀面(螺旋面)与基面的夹角。麻花钻主切削刃上各点的前角随直径大小而变化,钻头外缘处的前角最大,一般为30°;靠近横刃处的前角最小,约为—30°。
5)后角af,麻花钴主切削刃上任意点Y的后角是在以钻头轴线为中心的圆柱剖面上定义的后刀面与切削平面的夹角。之所以不像前角一样在正交平面内测量,原因在于,主切削刃上的各点都在绕轴线作圆周运动(忽略进给运动时),而过该选定点圆柱面的切削平面内的后角最能反映钻头的后刀面与工件加工表面间的摩擦情况,而且便于测量。
6)横刃角度。横刃是两个主后刀面的交线,其长度为bψ。
在垂直于钻头轴线的端平面内,横刃与主切削刃的投影线间的夹角称为横刃斜角,标准麻花钻的横刃斜角ψ=50°?55°。当后角磨得偏大时横刃斜角减小,横刃长度增加。Υoψ是横刃前角,从横刃上任一点的正交平面可以看出,横刃前角Υoψ均为负值,标准麻花钻的Υoψ=—54°?—60°,横刃后角aoψ=30°?36°。
(4)群钻。这是标准高速钢麻花钻切削部分的改进。群钻是我国工入群众发明出来的—套能适应加工各种材料的先进钻头,它比标准麻花钻钻孔效率高,加工质量好,使用寿命长。群钻是综合应用上述措施,用标准高速钢麻花钻修磨而成的。下面以中型标准群钻说明群钻的特点:
1)三尖七刃。先磨岀两条外刃AB,然后在两个后刀面上分别磨出月牙形圆弧槽BC,最后修磨横刃。两主切削刃各分成了三段,分别是外直刃AB、圆弧刃BC和内直刃CD,加上一条窄横刃共有七个刃,并形成三个尖(钻心尖0和两对应的刀尖B)。这些结构的优点是主切削刃分段后有利于分屑、断屑;圆弧刃前角比原来平刃的大,使钻削轻便省力;圆弧刃工作时在底孔上划出一道圆环筋,增加了钻头的稳定性,有利于提高进给量和降低表面粗糙度值,可提高生产率3?5倍。
2)横刃变短、变低、变尖,比原来的锋利,钻孔阻力下降35%—50%;新形成的内直刃上副前角大为减少,使转矩下降10%?30%,钻削省力。
3)对较大直径钻头,在一边外刃上可再磨出分屑槽,使切屑排出方便,且有利于切削液流入,既减小了切削力,又提高了钻头的寿命(刀具寿命提高2?3倍)。
2、其他钻头
(1)扁钻。扁钻是将切削部分磨成一个扁平体,轴向尺寸小,刚性好,便于制造和刃磨,使用优质刀具材料,在组合机床或数控机床上应用广泛。
(2)中心钻。中心钻适用于轴类零件中心孔的加工,中心钻是标准化刀具。
(3)深孔钻。在加工孔深L与孔径D之比L/D≥20?100的特殊深孔(如枪管、液压管等)过程中,必须解决断屑、排屑、冷却润滑和导向等问题,因此要在深孔机床上用深孔钻加工。常用的深孔钻有外排屑深孔钻(枪钻)、内排屑深孔钻和喷吸钻,现介绍喷吸钻的工作原理。
喷吸钻是20世纪60年代以后出现的新型刀具,适用于中等直径的一般深孔加工。
数控铣床工作时,压力切削液从进液口流入连接套。其中,1/3的切削液从内钻管四周月牙形喷嘴喷入内管。由于月牙槽缝隙很窄,切削液喷入时产生喷射效应,能使内管里形成负压区;另外2/3的切削液流入内、外管壁间隙到切削区,汇同切屑被吸入内管,并迅速向后排出,压力切削液流速快,到达切削区时呈雾状喷出,有利于冷却,经喷口流入内管的切削液流速增大,加强“吸”的作用,提高排屑效果。