枪钻的设计与应用讲解

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1、枪钻的设计及应用 主讲人：刘继安 枪钻的设计及应用 一、枪钻的外形 二、枪钻刀头的组成部分设计及几何参数 三、枪钻刀头材料 四、枪钻刀头刃形标准形状及参数 五、目前国际常见刀头结构发展 六、钻杆部分参数 枪钻的设计及应用 七、导向和支承 八、冷却液的流量及压力 九、切削用量的选用 十、加工质量保证的条件 十一、机床的选用 十二、普通机床的改装 枪 钻 枪钻外排屑深孔钻，是深孔加工专用刀具中最 早的（50年代）一种专用刀具。它是靠冷却液的压力 将切屑推出，为了保证孔的精度，除了切削刃外还应 有导向块，枪钻是小直径深孔加工唯一方法。适用范 围广泛，适用于加工汽车、船舶热压抗震零件，更适 宜加工军品

2、部件。 近年来枪钻头部改为整体硬质合金，尺寸小到1mm ，一般在2mm以上，适用于钻孔深度与孔径之比大于 100小于250的特深孔。 枪钻可用在多种机床上 l最早一般均在专用深孔加工机床上使用 l也适用于普通车床改装 l更适用于数控设备加工中心上使用。 枪钻可加工通孔，也可加工盲孔、阶梯孔、交错孔 、半圆孔以及叠层孔等；枪钻不仅可以加工深孔，也 可以加工浅孔。 一、枪钻的外形 1.枪钻包括带有“V”形切削刃和一个或二个冷却孔的钻 头，钻杆及适用于某种设备而设计的传动器三部分组 成，见图1： 由上图可见：枪钻是由钻杆尾部将油冲入钻杆内部 进行冷却和润滑，帮助排屑，然后再将切屑与冷却液 一起顺着“

3、V”槽排入油箱中。 钻头大部分为硬质合金，其中有整体硬质合金或者 用刀片焊接在刀头的体部上，近年来又发展为不重磨 式的机夹刀片，个别也有采用高速钢制造，但现代很 少采用。 2.连接形式（国际上的连接形式）： 螺纹连接 旋转限位 V形槽、螺钉栓紧 焊接 现目前各国联接形式多数为钎焊，V形焊，见图3： 小直径用铜焊 中等直径用气焊 大直径用电焊 现在国内的专业 厂家均采用立式高 频焊（改制） 绝大多数厂家采用“”形式，因有优点，刀头与 钻杆比较容易对中；个别厂家也有采用“”形式， 但应用焊接夹具将钻头及钻杆装夹对中。对中后先焊 两点固定后将夹具去掉再焊接周边。 外排屑深孔钻（刀片焊接式），当直径大

4、于30时采用 K 头部整硬（焊接式）枪钻，当直径小于30时采用 机夹式枪钻： l刀片及导向块均可换 l使刀体寿命大大延长 l对枪钻结构来讲：比较先进，直径大于20时均可采用 3.关于刀头尺寸及形状何时加工 n（1）最好刀头与刀杆焊接后进行精加工外径尺寸及几 何角度，这样可以使刀头与刀杆对中，这样要求在精 磨各部位尺寸及形状时再研磨要有一个专用夹具，进 行磨削，因刀杆是有120槽况且长（后面有支承架） 。 现在有不少专业企业将20以下的枪钻均将刀头焊在 刀杆上而后在圆磨床加工外径及倒锥，这时刀头与钻 杆外径同心度控制在不大于0.05mm以内，甚至还可 以更小些。当外径及倒锥合格后取下，再在普通工

5、具 磨床或专用刃磨机加工钻头前部各部刃形及后角。 n（2）也有厂家将刀头全部精磨到图纸要求是并经检验 合格后再焊接，焊接后只是打磨焊口及校正。这时最 大缺点：刀头与钻杆同心度不易保证。 钻杆的误差总比上面方法要差些，可是据了解目前国内专 业厂家仍采用此办法，因刀头直径大，普通圆磨床主 轴孔穿不过去所致。 n（3）刀杆外形与刀头的外形对称问题： 理论上要求对称度误差越小越好，对使用效果也越理想， 但实际上做不到其原因是： la.刀杆长度太长甚至23米，甚至个别还长。 lb.即便刀杆不十分过长，焊后精加工刀头但圆磨加工 中也有一定误差。 lc.个别由于多种原因刀头精加工后才进行焊接，这时 对称度更

6、有困难。（见下图） 刀头与刀杆对称度最好控制在0.1-0.2视直径大小 有关，因刀杆与刀头最大尺寸有一定差值，况且直径 越大其两差值也大，否则无法使用。 总之，当刀头直径在可能条件力争焊后再进行精加 工，外刃及其刃形和各部后角。 为了保证孔加工精度，其刀头上有分布合理的导向 块，形成二个导向块和外切削刃的刃带三点固定圆， 起自行导向作用，见图4： 图4 二、枪钻刀头的组成、设计及几何参数 刀头是枪钻的主要部分，它直接影响加工质量，刀具寿 命。 枪钻刀头的组成：有二个切削刃，其这二个切削刃相交 处为钻尖，这二个切削刃称为内刃和外刃，分别具有内外 角。 1.内外刃的内外角与钻尖的关系 图5：枪钻刀

7、头切削部分要素 在设计上必须保证钻削是径向力接近平 衡（图b），并使切削刃的合理分布在 钻头的两导向块之间，因此，作用在外 ，内刃上的径向力分别为： 其中： , 内外刃的径向切削力 f进给量 为使径向力平衡，需（公式）式等于（公式）式，获得结果如下： 整理后得到： 由公式得： 若 则 若 则 若 则 由此可见， ， ，得选择是相当重要的，它决定着切削刃得受力状态。 图a 图b 图c 由图不难看出：外刃径向力过大，使作用于导向 块得挤压力加大，摩擦增大会使加工表面恶化，热量 增多。 图内刃径向力增大，会引起孔的直线性偏差增大 ，和孔径超差，孔的表面粗糙度下降，切削刃带过早 磨损。 最好是：内外刃

8、径向力相等或者外刃径向力稍许大 于内刃径向力，而取时工作状态良好，同 时又防止了钻头中心处切削速度为零，挤压被切削材 料，诸多因素钻尖要取一个适当的距离。 经过上面分析得出：通常刀具偏移中心距离e=D/(3- 5),现常取e=D/4，对于加工结构钢和铸铁取Kr2=20 ，Kr1=3040。 主切削刃相对中心线位置（前角面与中心的关系） 枪钻的内外刃基本要通过中心或者一定略低于中心 ，不能高于中心，这主要因为要避免引起崩刃。由于 内刃低于中心，在钻削过程中将留有一个很细的芯棒 ，详见图6： 图6 中间芯棒的形成有它一定的作用： l可减少轴向力 l可减少孔中心线的偏移 l再加上有二个导向部分，更有

9、利于钻削，支承 芯棒直径不能过大，便于拆断可同切屑一起排出。 一般芯棒直径不大于0.4mm，现在有些厂家在生 产时控制在0.20.25mm，有的控制在0.10.3mm左 右（钢件），铸铁可稍微大些但不能大于0.5mm。 如果计算中心处芯棒是在作螺旋运动，其方法如下公 式： 上式中进给量 内刃后角 计算结果表明： 生产中常取 （钢件）近年来发展 加工钢件的钻头为例D=20： 则h=0.00520=0.1, 即前刀面低于中心 0.1（芯棒=0.12=0.2） （铸件最好控制在h=0.30.4） 几何参数的确定 图7（a） 图7（b） 参数的确定： 由上图指出：外角Kr1，内角Kr2 外角Kr1外主

10、偏角：孔的加工表面随外主偏Kr1增 加使加工表面粗糙，因为，当进给量保持恒定时， 切削厚度随Kr1增大而增大。但Kr1不能取得太小，由 于刃磨不对称，当刀尖大于D/4，会使外刃尺寸对面 的导向块承受很大切削力。从加工精度孔径尺寸超差 情况， Kr1取小值更为合理。 内刃Kr2对孔加工质量也有影响，Kr2对孔加工表面 质量影响比Kr1大得多。因此，尺寸精度要求高，Kr2 值应选小值。 由于很多材料在深孔加工时，还有其他变量，要想 制订能适用于所有情况的刃磨角度是不现实的。因此 ，刀具几何参数应根据加工材料、孔的技术要求等进 行选择，由其内外角度变化，一般按照下表选用： 部位 工 件 材 料 脆性

11、 材料 软质 材料 低中合金 钢 不锈钢 硬镍、铸 铁 重叠件铜料 外角Kr13030153030403024 内角Kr22020302020201028 钻尖位置 D/4D/4D/4D/4D/4D/6D/4 直径大小有关，常规直径4时，Kr1取40；直径在420时，Kr1取30，Kr2取20；当直径 20时，Kr1取20，Kr2取15 内外前角一般为0这种平面型前面，便于制造，简 化刃磨，再由前图6（如下）来讲：此值选取可按下图 中“h”值选取。 后角的选取： 外刃后角 外刃二后角 内刃后角 当直径小于4时其内外后角可作一个主后角即（见图7） ， ， 一般常取 为25， 为15。 当直径大于

12、4时一般常作为双后角 ， 即 取1015，常取12。 常取20，其两后角宽度b按下表2： 表2 直径主后角宽度b倒角b1 小于40.4-0.6 4-200.4-0.80.6-0.8 20-400.8-1.20.8-1.2 当直径4时则主偏角Kr1的后角只作一个后角即 0常取25。 外径处后角 为减少与孔壁摩擦，保证三点定圆， 自行引导作用，将外径处后角 取1015，并留 有一定宽度刃带b1常取0.40.6mm之间，一边防止钻 头划伤油膜，太宽会使钻头挤住在孔中严重时将会使 钻扭断，太窄会使钻头寿命过低。 刀尖后角 为确保钻削轻快顺利，刀尖处应磨有 后角而且此后角 取25。 倒锥： 倒锥有它重要

13、作用： la.可减少与孔表面摩擦，减少钻头发热 lb.可保证冷却润滑液油膜润滑，可防止钻头导向块及 切削刃表面损坏。 倒锥-是钻头切削部最前端向尾部方向减少称为倒 锥。 倒锥值的大小对切削性能都有明显作用，过大磨损 快，过小又会令孔壁接触对切削十分不利，一般在 100mm长度上的减少值。 倒锥值为：（0.04-0.06）/100 总之，倒锥值的确定原则既要考虑工件加工精度又 要考虑钻头寿命，二者缺一不可。过大会使钻削产生 振动。 4.切削液间隙 为增加切削液间隙空间，在钻头内刃的延长线上磨 出切削液间隙角。 为顺利排屑，避免切屑堆积，使切削液流向排屑。 要磨出与径向成1530，宽度为0.2mm

14、的窄倒角， 见图8 见图8 切削液间隙大体有以下三种型式，见下图（图9）： n（1）斜坡型：也就内刃的延续，刃磨方便，应用广泛 ，也就说外角Kr1=30，内角Kr2=20，见图（a） 当内角Kr215时，切削间隙变窄，这时会使切削液 流量向钻头排屑槽减少，严重时会影响正常的切削， 如果内角Kr2过大，Kr23540时会使导向块前端 对切削刃A点距离加大“H”导致切削液漏溢太多 图9 n（2）小斜坡斜坡阶台型和大斜坡平阶台型 都是针对上述问题采取的措施，通常将内刃延长超过 轴心线0.150.8mm，再磨出台阶，如图9的b、c 切削液间隙与钻头直径的关系见表3 钻头直 径mm 3.17 5 6.3

15、59.52512.5 15.87 5 19.05 22.22 5 25.4 间隙mm 1.52 4 1.77 8 2.2863.0484.0644.8265.3346.36 5.导向块位置、宽度和形状 导向块在深孔加工刀具是个重要部位，它的位置、 形状和尺寸都会影响着深孔加工质量。 n（1）位置及数量：导向块位置分布合理性，要求导向 块与圆周刃带要形成三点成圆，在孔中形成有力支承 和挤压，其位置分布最好按图7所示，宽度一般取 610mm视直径大小而定。 导向块数量多数为二个，也个别有二个以上。 导向块形状：图10 导向块周边均应倒角且光洁 图中“b”尺寸按直径大小 而定 导向块形状不可忽视它有以下影响： la.防止划伤孔加工表面 lb.有助于形成油膜有助于润滑，从而使导向块获得充 分的润滑，从而使导向块对孔表面粗糙度及刀具寿命 都有极大好处。 刀头长度L视直径大小而定通常选为3550mm。由其是 当加工十字贯穿孔选的长些，才能获得平稳切削。 n（2）刀头外径D-外径尺寸,它影响孔加工精度，但尚 需有高刚性钻杆，机床等多方配合，孔的公差可达IT6 -IT8级，而刀头直径D制造公差可达IT6-IT7级。 三、枪钻刀头的材料 1.刀头材料分为整体式，焊接式 la.整体式：多数为硬质合金刀头 lb.焊接式：切削和导向部位硬质合金刀片，其体 部位