钻削加工技术

用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔；用扩孔钻对已有孔进行扩大再加工方法称为扩孔。它们统称为钻削加工。钻削加工主要在钻床上进行。钻削加工操作简便，适应性强，应用很广。

1．钻孔

钻孔最常用的刀具是麻花钻，用麻花钻钻孔的尺寸精度为IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为50～12.5μm，属于粗加工。钻孔主要用于质量要求不高的孔的终加工，例如螺栓孔、油孔等，也可作为质量要求较高孔的预加工。

麻花钻由工具厂专业生产，其常备规格为φ0.1～φ80mm。麻花钻的结构主要由柄部、颈部及工作部分组成，见图1:

a)锥柄麻花钻  b)直柄麻花钻  c)麻花钻切削部分
图1 麻花钻的结构

柄部是钻头的夹持部分，用以传递扭矩和轴向力。柄部有直柄和锥柄两种形式，钻头直径小于12mm时制成直柄，见图1（b）；钻头直径大于12mm时制成莫氏锥度的圆锥柄，见图1（a）。锥柄后端的扁尾可插入钻床主轴的长方孔中，以传递较大的扭矩。

颈部是柄部和工作部分的连接部分，是磨削柄部时砂轮的退刀槽，也是打印商标和钻头规格的地方。直柄钻头一般不制有颈部。

钻头的工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分担负主要切削工作，如图1（c）所示，切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃及两个前刀面和两个后刀面组成。螺旋槽的一部分为前刀面，钻头的顶锥面为主后刀面。导向部分的作用是当切削部分切入工件后起导向作用，也是切削部分的后备部分。导向部分有两条螺旋槽和两条棱边，螺旋槽起排屑和输送切削液作用，棱边起导向、修光孔壁作用。导向部分有微小的倒锥度，即从切削部分向柄部每100mm长度上钻头直径do减少0.03～0.12mm，以减少与孔壁的摩擦。

麻花钻的主要几何角度有顶角2φ，螺旋角β，前角γo，后角αo和横刃斜角ψ等。这些几何角度对钻削加工的性能、切削力大小，排屑情况等都有直接的影响，使用时要根据不同加工材料和切削要求来选取。

麻花钻虽然是孔加工的主要刀具，长期以来一直被广泛使用，但是由于麻花钻在结构上存在着比较严重的缺陷，致使钻孔的质量和生产率受到很大影响，这主要表现在：

（1）钻头主切削刃上各点的前角变化很大，钻孔时，外缘处的切削速度最大，而该处的前角最大，刀刃强度最薄弱，因此钻头在外缘处的磨损特别严重。

（2）钻头横刃较长，横刃及其附近的前角为负值，达-55°～-60°。钻孔时，横刃处于挤刮状态，轴向抗力较大。同时横刃过长，不利于钻头定心，易产生引偏，致使加工孔的孔径增大，孔不圆或孔的轴线歪斜等。

（3）钻削加工过程是半封闭加工。钻孔时，主切削刃全长同时参加切削，切削刃长，切屑宽，而各点切屑的流出方向和速度各异，切屑呈螺卷状，而容屑槽又受钻头本身尺寸的限制，因而排屑困难，切削液也不易注入切削区域，冷却和散热不良，大大降低了钻头的使用寿命。

针对标准高速钢麻花钻存在的缺陷，在实践中采取多种措施修磨麻花钻的结构。如修磨横刃，减少横刃长度，增大横刃前角，减小轴向受力状况；修磨前刀面，增大钻芯处前角；修磨主切削刃，改善散热条件；在主切削刃后面磨出分屑槽，利于排屑和切削液注入，改善切削条件；等等。用麻花钻综合修磨而成的新型钻头，即“群钻”。

图2 标准型群钻

图2是标准型群钻结构，适合于钻削碳素钢和低合金钢。其修磨主要特征为：

（1）将横刃磨短、磨低，改善横刃处切削条件。

（2）将靠近钻心附近主刃修磨成一段顶角较大的内直刃和一段圆弧刃,以增大该段切削刃前角。同时，对称的圆弧刃在钻削过程中起到定心及分屑作用。 nextpage

（3）在外直刃上磨出分屑槽，改善断屑、排屑情况。

经过综合修磨而成的群钻，切削性能显著改善。钻削轴向力比标准麻花钻下降35％～50%，转矩降低10％～30％，切削轻快省力；改善了散热、断屑及冷却润滑条件，耐用度比标准麻花钻提高了3～5倍；另外，生产率、加工精度、表面质量都有所提高。

2．钻深孔

对于孔的深度与直径之比l/d=5～10的普通深孔，可以用接长麻花钻加工；对于孔的深度与直径之比l/d>5～10的深孔，必须采用特殊结构的深孔钻才能加工。

深孔加工难度大，技术要求高，这是深孔加工的特点所决定的。因此，设计和使用深孔钻时时应注意钻头的导向，防止偏斜；保证可靠的断屑和排屑；采取有效的冷却和润滑措施。下面介绍几种常见深孔钻的工作原理与结构特点。

（1）单刃外排屑深孔钻    单刃外排屑深孔钻又称枪钻。主要用于加工直径d=3～20mm，孔深与直径之比l/d>100的小深孔。其工作原理见图3。切削时高压切削液（约为3.5～10ΜΡa）从钻杆和切削部分的进液孔注入切削区域，以冷却、润滑钻头，切屑经钻杆与切削部分的V形槽冲出，因此称之为外排屑。

1-工件   2-切削部分   3-钻杆
图3 单刃外排屑深孔钻工作原理

枪钻的特点是结构较简单，钻头背部圆弧支承面在切削过程起导向定位作用，切削稳定，孔加工直线性好。

（2）错齿内排屑深孔钻    错齿内排屑深孔钻适于加工直径d>20mm，孔深与直径

比l/d<100的直径较大的深孔。其工作原理见图4。切削时高压切削液（约2～6ΜΡa）由工件孔壁与钻杆的表面之间的间隙进入切削区，以冷却、润滑钻头切削部分，并利用高压切削液把切屑从钻头和钻管的内孔中冲出。

1-工件    2-钻头    3-钻杆
图4 错齿内排屑深孔钻工作原理

错齿内排屑深孔钻的切削部分由数块硬质合金刀片交错排列焊接在钻体上，实现了分屑，便于切屑排出；切屑是从钻杆内部排出而不与工件已加工表面接触，所以可获得好的加工表面质量；分布在钻头前端的硬质合金导向条，使钻头支承在孔壁上，实现了切削过程中的导向，增大了切削过程的稳定性。

（3）喷吸钻   喷吸钻适用于加工直径d=16～65mm，孔深与直径比l/d<100的中等直径一般深孔。喷吸钻主要由钻头、内钻管、外钻管三部分组成，钻头部分的结构与错齿内排屑深孔钻基本相同。其工作原理见图5。工作时，切削液以一定的压力（一般为0.98～1.96ΜΡa）从内外钻管之间输入，其中2/3的切削液通过钻头上的小孔压向切削区，对钻头切削部分及导向部分进行冷却与润滑；另外1/3切削液则通过内钻管上月牙形槽喷嘴喷入内钻管，由于月牙形槽缝隙很窄，喷入的切削液流速增大而形成一个低压区，切削区的高压与内钻管内的低压形成压力差，使切削液和切屑一起被迅速“吸”出，提高了冷却和排屑效果，所以喷吸钻是一种效率高，加工质量好的内排屑深孔钻。

1-钻头  2-工件  3-钻套  4-外钻管  5-月牙形槽喷嘴  6-内钻管
图5 喷吸钻工作原理nextpage

3．扩孔

扩孔是用扩孔钻对工件上已钻出、铸出或锻出的孔进行扩大加工。扩孔可在一定程度上校正原孔轴线的偏斜，扩孔的精度可达IT10～IT9，表面粗糙的Ra值可达6.3～3.2μm，属于半精加工。扩孔常用作铰孔前的预加工，对于质量要求不高的孔，扩孔也可作孔加工的最终工序。

扩孔用的扩孔钻结构型式分为带柄和套式两类。如图6所示，带柄的扩孔钻由工作部分及柄部组成；套式扩孔钻由工作部分及1:30锥孔组成。

a）直柄式    b）锥柄式    c）套式
图6 扩孔钻类型

扩孔钻与麻花钻相比，容屑槽浅窄，可在刀体上做出3～4个切削刃，所以可提高生产率。同时，切削刃增多，棱带也增多，使扩孔钻的导向作用提高了，切削较稳定。此外，扩孔钻没有横刃，钻芯粗大，轴向力小，刚性较好，可采用较大的进给量。  

选用扩孔钻时应根据被加工孔及机床夹持部分的型式，选用相应直径及型式的扩孔钻。通常直柄扩孔钻与适用范围为d=3～20mm；锥柄扩孔钻适用范围为d=7.5～50mm，套式扩孔钻主要用于大直径及较深孔的扩孔加工，其适用范围为d=20～100mm。扩孔余量一般为0.5～4mm(直径值)。

4．铰孔

用铰刀从被加工孔的孔壁上切除微量金属，使孔的精度和表面质量得到提高的加工方法，称为铰孔。铰孔是应用较普遍的对中小直径孔进行精加工的方法之一，它是在扩孔或半精镗孔的基础上进行的。根据铰刀的结构不同，铰孔可以加工圆柱孔、圆锥孔；可以用于操作，也可以在机床上进行。铰孔后孔的精度可达IT9～IT7，表面粗糙度Ra值达1.6～0.4μm。

铰刀的结构如图7所示，铰刀由柄部、颈部和工作部分组成。工作部分包括切削部分和修光部分（标准部分）。切削部分为锥形，担负主要切削工作。修光部分起校正孔径、修光孔壁和导向作用。为减少修光部分刀齿与已加工孔壁的摩擦，并防止孔径扩大，修光部分的后端为倒锥形状。

图7 铰刀结构

铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀两种。手用铰刀为直柄（见图7（a）），其工作部分较长，导向性好，可防止铰孔时铰刀歪斜。机用铰刀又分为直柄、锥柄和套式三种（见图7（b）（c））。

选用铰刀时，应该据被加工孔的特点及铰刀的特点正确选用。一般手用铰刀用于小批生产或修配工作中，对未淬硬孔进行手工操作的精加工。手用铰刀适用范围为d=1～71mm。

机用铰刀适用于在车床、钻床、数控机床等机床上使用。主要对钢、合金钢、铸铁、铜、铝等工件的孔进行半精加工和精加工。一般机用铰刀的适用范围为d=1～50mm，套式机用铰刀适合于较大孔径的加工，其范围为d=23.6～100mm。

另外，铰刀分为三个精度等级，分别用于不同精度孔的加工（H7、H8、H9）。在选用时，应根据被加工孔的直径、精度和机床夹持部分的型式来选用相应的铰刀。

铰孔生产率高，容易保证孔的精度和表面粗糙度，但铰刀是定值刀具，一种规格的铰刀只能加工一种尺寸和精度的孔，且不宜铰削非标准孔、台阶孔和盲孔。对于中等尺寸以下较精密的孔，钻—扩—铰是生产中经常采用的典型工艺方案。

5．钻床

钻床主要是用钻头钻削直径不大，精度要求较低的孔，此外还可以进行扩孔、铰孔、攻螺纹等加工。加工时，工件固定不动，刀具旋转形成主运动，同时沿轴向移动完成进给运动。钻床的应用很广，其主要加工方法见图8。

图8 钻床的加工方法nextpage

钻床的主要类型有台式钻床、主式钻床、摇臂钻床以及深孔钻床等。  

（1）立式钻床    立式钻床是应用较广的一种机床，其主参数是最大钻孔直径，常用的有25mm、35mm、40mm和50mm等几种。

立式钻床的特点是主轴轴线是垂直布置，而且位置是固定的。加工时，为使刀具旋转中心线与被加工孔的中心线重合，必须移动工件，因此立式钻床只适用于加工中小工件上直径d≤50mm的孔。图9是立式钻床的外形图。变速箱中装有主运动变速传动机构，进给箱中装有进给运动变速机构及操纵机构。加工时，进给箱固定不动，转动操纵手柄，由主轴随主轴套筒在进给箱中作直线移动来完成进给运动。工作台和进给箱都装在立柱的垂直导轨上，并可上下调整位置，以适应加工不同高度的工件。

图9 立式钻床

（2）摇臂钻床    摇臂钻床广泛地用于大、中型零件上直径d≤80mm孔的加工。其外形如图10。主轴箱可以在摇臂上水平移动，摇臂既可以绕立柱转动，又可沿立柱垂直升降。加工时，工件在工作台或机座上安装固定，通过调整摇臂和主轴箱的位置，使主轴5中心线与被加工孔的中心线重合。

图10 摇臂钻床

（3）其它钻床    台钻是一种加工小型工件上孔径d=0.1～13mm的立式钻床；多轴钻床可同时加工工件上的很多孔，生产率高，广泛用于大批大量生产；中心孔钻床用来加工轴类零件两端面上中心孔；深孔钻床用于加工孔深与直径比l/d>5深孔。