内圆表面钻削加工技巧与注意事项

1.钻床

（1）钻床类型及加工范围。钻床的主要类型有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床和中心孔钻床。钻床是在主轴孔中安装钻头、扩孔钻或铰刀等，由主轴旋转带动刀具做旋转主运动，同时做轴向进给运动的孔加工机床。

由于受钻头结构和切削条件的限制，钻孔加工质量不高，常用于孔的粗加工，精度等级一般在IT11 以下，表面粗糙度为Ra12.5～50 μm。扩孔常用于扩大孔的直径或提高孔的精度，作为孔的最终加工或铰孔、磨孔前的预加工。它所达到的精度等级为IT9～IT10，表面粗糙度为Ra3.2～6.3 μm。铰孔是用铰刀对中小尺寸的孔进行半精加工和精加工，铰孔达到的精度等级为IT6～IT8，表面粗糙度为Ra0.4～1.6 μm。

（2）Z3040 型摇臂钻床。Z3040 型摇臂钻床适用于单件和中小批生产中大、中型零件的加工。

①主要技术参数

②主要部件及其功能。图3-36所示为Z3040×16型摇臂钻床，它由底座、立柱、摇臂和主轴箱等部件组成。主轴箱4 装在可绕垂直轴线回转的摇臂3 的水平导轨上，通过主轴箱上摇臂的横向移动以及摇臂的回转，可以很方便地将主轴5 调整到机床尺寸范围内的任意位置。为适应加工不同高度的需要，摇臂可沿立柱2 上下移动以便调整位置。工件应根据其大小装夹在工作台6或底座1 上。

③传动系统。图3-37所示为Z3040×16 型摇臂钻床的传动系统。由于钻床的轴向进给量是以主轴每1 转时，主轴轴向移动量来表示的，所以钻床的主传动系统和进给传动系统由同一电动机驱动，主变速机构及进给变速机构均装在主轴箱内。

图3-36　Z3040×16 型摇臂钻床

1—底座；2—立柱；3—摇臂；4—主轴箱；5—主轴；6—工作台

图3-37　Z3040 型摇臂钻床的传动系统

a.主运动。主电动机由轴Ⅰ经齿轮副35/55 传至轴Ⅱ，并通过轴Ⅱ上双向多片摩擦离合器M1，使运动由37/42 或36/36×36/38 传至轴Ⅲ，从而控制主轴做正转或反转。轴Ⅲ—轴Ⅵ间有三组由液压操纵机构控制的双联滑移齿轮组，轴Ⅵ—主轴Ⅶ间有一组内齿式离合器M3变速组，运动可由轴Ⅵ通过齿轮副20/80 或61/39 传至轴Ⅶ，从而使主轴获得16 级转速。当轴Ⅱ上摩擦离合器M1处于中间位置，断开主传动联系时，通过多片式液压制动器M2使主轴制动。

b.轴向进给运动。主轴的旋转运动由齿轮副传至轴Ⅷ，再经轴Ⅷ—轴Ⅻ间四组双联滑移齿轮变速组传至轴Ⅻ，轴Ⅻ经安全离合器M5 （常合）、内齿式离合器M4，将运动传至ⅩⅢ，然后经蜗杆蜗轮副、离合器M6 使空心轴ⅩⅢⅣ上的z=13 小齿轮传动齿条，使主轴套筒连同主轴一起做轴向进给运动。

脱开离合器M4，合上离合器M6，可以手轮A 使主轴做微量轴向进给或调整；将M4、M6都脱开，可用手柄B 操纵，使主轴做手动粗进给，或使主轴做快速上下移动。

c.辅助调整运动。

●主轴箱的水平移动。由手轮C 通过装在空心轴ⅩⅣ内的轴ⅩⅤ及齿轮副20/35，使z=35 的齿轮在固定于摇臂上的齿条（m=2 mm）上滚动，从而带动主轴箱沿摇臂导轨水平移动。

●摇臂的升降运动。由装在立柱顶部的升降电动机驱动，经减速传给升降丝杠螺母机构，使摇臂实现升降。

●外立柱回转。当松开内外立柱夹紧机构后，用手摇臂可使外立柱绕内立柱回转，回转角度范围为360°。

2.麻花钻、深孔钻、枪钻、喷吸钻扩孔钻和铰刀

（1）麻花钻。麻花钻用于在实体材料上加工低精度的孔，也可用于扩孔。

①麻花钻的结构组成。麻花钻由三部分组成，如图3-38（a）和图3-38（b）所示。

a.工作部分。工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分承担切削工作，导向部分的作用在于切削部分切入孔后起导向作用，也是切削部分的备磨部分。为了减小与孔壁的摩擦，一方面在导向圆柱面上只保留两个窄棱面，另一方面沿轴向做出每100 mm 长度上有0.03～0.12 mm 的倒锥。为了提高钻头的刚度，工作部分两刃瓣间的钻心直径dc （dc ≈0.125do）沿轴向做出每100 mm 长度上有1.4～1.8 mm 的正锥，如图3-38（d）所示。

b.柄部。柄部是钻头的夹持部分，用以与机床主轴孔配合并传递扭矩。柄部有直柄（小于φ20 mm 的小直径钻头）和锥柄之分。柄部末端还做有扁尾。

c.颈部。颈部位于工作部分与柄部之间，可供砂轮磨锥柄时退刀，也是打标记之处。为了制造上的方便，直柄钻头无颈部。

②麻花钻切削部分的组成。麻花钻切削部分，如图3-38（c）所示，由两个前刀面、两个后刀面、两个副后刀面、两条主切削刃和一条横刃组成。

a.前刀面。前刀面即螺旋沟表面，是切屑流经的表面，起容屑、排屑作用，需抛光以使排屑流畅。

b.后刀面。后刀面与加工表面相对，位于钻头前端，形状由刃磨方法决定，可为螺旋面、圆锥面或平面及手工刃磨的任意曲面。

图3-38　麻花钻结构

c.副后刀面。副后刀面是与已加工表面（孔壁）相对的钻头外圆柱面上的窄棱面。

d.主切削刃。主切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与后刀面的交线，标准麻花钻主切削刃为直线（或近似直线）。

e.副切削刃。副切削刃是前刀面（螺旋沟表面）与副后刀面（窄棱面）的交线，即棱边。

f.横刃。横刃是两个（主）后刀面的交线，位于钻头的最前端，亦称钻尖。

③麻花钻切削部分的几何角度（见图3-39）。

a.螺旋角β。钻头螺旋槽表面与外圆柱表面的交线为螺旋线，该螺旋线与钻头轴线的夹角称钻头螺旋角，记为β。

钻头不同直径处的螺旋角不同，外径处螺旋角最大，越接近中心螺旋角越小。增大螺旋角则前角增大，有利于排屑，但钻头刚度下降。标准麻花钻的螺旋角为18°～38°。对于直径较小的钻头，螺旋角应取较小值，以保证钻头的刚度。

b.前角γom。由于麻花钻的前面是螺旋面，主切削刃上各点的前角是不同的。从外圆到中心，前角逐渐减小。刀尖处前角约为30°，靠近横刃处则为-30°左右。横刃上的前角为-50°～-60°。

c.后角αfm。麻花钻主切削刃上选定点的后角，是以通过该点柱剖面中的进给后角αfm来表示的。αfm沿主切削刃也是变化的，越接近中心αfm越大。麻花钻外圆处的后角通常取8°～10°，横刃处后角取20°～25°。

d.主偏角κrm。主偏角是主切削刃选定点m 的切线在基面投影与进给方向的夹角。麻花钻的基面是过主切削刃选定点包含钻头轴线的平面。由于钻头主切削刃不通过轴心线，故主切削刃上各点基面不同，各点的主偏角也不同。当锋角磨出后，各点主偏角也随之确定。主偏角和锋角是两个不同的概念。

图3-39　麻花钻的主要几何角度

e.锋角（顶角）2φ。锋角是两主切削刃在与其平行的平面上投影的夹角。较小的锋角容易切入工件，轴向抗力较小，且使切削刃工作长度增加，切削层公称厚度减小，有利于散热和提高刀具耐用度；若锋角过小，则钻头强度减弱，变形增加，转矩增大，钻头易折断。因此，应根据工件材料的强度和硬度来刃磨合理的锋角，标准麻花钻的锋角2φ 为118°。

f.横刃斜角ψ。横刃斜角是主切削刃与横刃在垂直于钻头轴线的平面上投影的夹角。当麻花钻后刀面磨出后，ψ 自然形成。横刃斜角ψ 增大，则横刃长度和轴向抗力减小。标准麻花钻的横刃斜角为50°～55°。

（2）深孔钻。深孔指孔的深度与直径比L/D＞5 的孔。一般深孔L/D=5～10 还可用深孔麻花钻加工，但L/D＞20 的深孔则必须用深孔刀具才能加工。

深孔加工有许多不利的条件，如不能观测到切削情况，只能听声音、看切屑、测油压来判断排屑与刀具磨损的情况；切削热不易传散，需进行有效的冷却；孔易钻偏斜；刀柄细长，刚性差，易振动，影响孔的加工精度，排屑不良，易损坏刀具等。因此，深孔刀具的主要特点是需有较好的冷却、排屑措施以及合理的导向装置。下面介绍几种典型的深孔刀具。

（3）枪钻。枪钻属于小直径深孔钻，如图3-40所示。它的切削部分用高速钢或硬质合金，工作部分用无缝钢管压制成形。工作时工件旋转，钻头进给，一定压力的切削液从钻杆尾端注入，冷却切削区后沿钻杆凹槽将切屑冲出，也称外排屑。排出的切削液经过过滤、冷却后再流回液池，可循环使用。

枪钻加工直径为2～20 mm、长径比达100 的中等精度的小深孔甚为有效。常选用υc=40 m/min，f=0.01～0.02 mm/r，浇注乳化切削液以压力为6.3 MPa、流量为20 L/min为宜。

图3-40　单刃外排屑小深孔枪钻

枪钻切削部分重要的特点是：仅在轴线一侧有切削刃，没有横刃。使用时重磨内、外刃后面，形成外刃余偏角ψr1=25°～30°，内刃余偏角ψr2=20°～25°，钻尖偏距e=d/4。由于内刃切出的孔底有锥形凸台，可帮助钻头定心导向。钻尖偏距合理时，内、外刃背向合力FP 与孔壁支承反力平衡，可维持钻头的工作稳定。

为使钻心处切削刃工作后角大于零，内切削刃前面不能高于轴心线，一般需控制低于轴心线H，以保证切削时形成直径约为2H 的导向心柱，其也起附加定心导向作用。H 值常取（0.01～0.015）d。由于导向心柱直径很小，因此能自行折断随切屑排出。

（4）喷吸钻。喷吸钻采用了深孔钻的内排屑结构，再加上具有喷吸效应的排屑装置。

喷吸排屑的原理是将压力切削液从刀体外压入切削区并用喷吸法进行内排屑，如图3-41所示，刀齿交错排列有利于分屑。切削液从进液口流入连接套，其中1/3 从内管四周月牙形喷嘴喷入内管。由于牙槽隙缝很窄，切削液喷出时产生的喷射效应能使内管里形成负压区。另2/3 切削液经内管与外管之间流入切削区，汇同切屑被负压吸入内管中，迅速向后排出，增强了排屑效果。

图3-41　喷吸钻

1—钻头；2—外管；3—内管

喷吸钻附加一套液压系统与连接套，可在车床、钻床、镗床上使用，适用于中等直径的深孔加工，钻孔的效率较高。

（5）扩孔钻。扩孔钻结构形式分为带柄和套式两类。如图3-42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 的锥孔组成。扩孔钻与麻花钻相比，容屑槽浅窄，可在圆柱体上做出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，切削较平稳。此外，扩孔钻没有横刃，钻芯粗大，轴向力小，刚性较好，可采用较大进给量。

图3-42　扩孔钻类型

（a）直柄式；（b）锥柄式；（c）套式

直柄扩孔钻适用范围为d=3～20 mm；锥柄扩孔钻适用范围为d=7.5～50 mm；套式扩孔钻适用于大直径及较深孔的加工，尺寸范围d=20～100 mm，扩孔余量直径值为0.5～4 mm。

（6）铰刀。铰刀常见种类如图3-43所示。

图3-43　铰刀的种类

（a）直柄手用铰刀；（b）可调铰刀；（c）直柄机用铰刀；（d）锥柄机用铰刀；（e）套式机用铰刀；（f）硬质合金机用铰刀；（g）、（h）圆锥铰刀

按使用方法的不同，铰刀分为手用铰刀和机用铰刀。铰刀的结构形状如图3-44所示。手用铰刀多为直柄，铰削直径范围为1～50 mm，手用铰刀的工作部分较长，锥角2φ 较小，导向作用好，可以防止手工铰孔时铰刀歪斜。机用铰刀多为锥柄，铰削直径范围为10～80 mm。机用铰刀可安装在钻床、车床、铣床和镗床上铰孔。

铰刀的工作部分包括切削部分和修光部分。切削部分呈锥形，担负主要的切削工作。修光部分用于矫正孔径、修光孔壁和导向。修光部分的后部具有很小的倒锥，以减少与孔壁之间的摩擦和防止铰削后孔径扩大。

铰刀有6～12 个刀齿，刃带与刀齿数相同。切削槽浅，刀芯粗壮。因此，铰刀的刚度和导向性比扩孔钻要好得多。

铰刀的锥角2φ 相当于麻花钻的锋角。半锥角φ 过大，则切削层公称宽度较小，轴向力较大，刀具定位精度低；半锥角φ 过小，则切削层公称宽度较大，不利于排屑。手用铰刀的半锥角φ 为0.5°～1.5°，机用铰刀的半锥角为5°～15°。铰削塑性、韧性材料时，φ 取较大值；铰削脆性材料时，φ 取较小值。

铰刀的前角一般为0°，加工韧性材料的粗铰刀，前角可取5°～15°。后角大小将会影响到刀齿强度和表面粗糙度，在保证质量的条件下，应选较小的后角。切削部分的后角一般为5°～8°，修光部分的后角为0°。如图3-44（b）所示，左局部视图是切削部分刀齿的前、后角，而右局部视图是修光部分刀齿的前、后角。

图3-44　铰刀的结构

（a）手用铰刀；（b）机用铰刀

3.内圆表面的钻削加工方法

（1）常用钻孔方法及注意事项。

①钻削通孔时，当孔快要钻通时，应变自动进刀为手动进刀，以避免钻通孔的瞬间因进给量剧增而发生啃刀，影响加工质量和损坏钻头。

②钻不通孔时，应按钻孔深度调整好钻床上的挡块、深度标尺等，或采用其他控制方法，以免钻得过深或过浅，并应注意退屑。

③一般钻削深孔时钻削深度达到钻头直径3 倍时，钻头就应退出排屑。此后，每钻进一定深度，钻头就再退出排屑一次，并注意冷却润滑，防止切屑堵塞、钻头过热退火或扭断。

④直径超过30 mm 的大孔时，一般应分两次钻削，第一次用0.6～0.8 倍孔径的钻头，第二次用所需直径的钻头扩孔。扩孔钻头应使两条主切削刃长度相等、对称，否则会使孔径扩大。

⑤钻直径小于1 mm 的小孔时，开始进给力要轻，防止钻头弯曲和滑移，以保证钻孔试切的正确位置。钻削过程要经常退出钻头排屑和加注切削液。切削速度可选在2 000～3 000 r/min以上，进给力应小而平稳，不易过大、过快。

（2）扩孔方法。

①用麻花钻扩孔。在预钻孔上扩孔的麻花钻，几何尺寸与钻孔的基本相同，由于扩孔时避免了麻花钻横刃切削的不良影响，故可适当提高切削用量。同时，由于吃刀深度减小，使切屑容易排出，因此，扩孔后，孔的表面粗糙度有一定的降低。扩孔前的钻孔直径为孔径的0.5～0.7 倍，扩孔时的切削速度约为钻孔的1/2，进给量为钻孔的1.5～2 倍。

②用扩孔钻扩孔。钻孔后，在不改变工件和机床主轴相互位置的情况下，立即换上扩孔钻，进行扩孔。这样可使钻头与扩孔钻的中心重合，使切削均匀平稳，以保证加工精度。扩孔前可先用镗刀镗出一段直径与扩孔钻直径相同的导向孔，这样可使扩孔钻一开始就有较好的导向孔，而不致随原有不正确的孔偏斜。这种方法多用于对铸孔、锻孔进行扩孔。

（3）铰孔。使用铰孔时应注意的事项如下。

①铰削余量要适中。余量过大，会因切削热多而导致铰刀直径增大，孔径扩大；余量过小，会留下底孔的刀痕，使表面粗糙度达不到要求。粗铰余量一般为0.15～0.35 mm，精铰余量一般为0.05～0.15 mm。

②铰削精度较高，铰刀齿数较多，芯部直径大，导向性及刚性好。铰削余量小，且综合了切削和挤光作用，能获得较高的加工精度和表面质量。

③铰削时采用较低的切削速度，并且要使用切削液，以免积屑瘤对加工质量产生不良影响，粗铰时取0.07～0.17 m/s，精铰时取0.025～0.08 m/s。

④铰刀适应性很差。一把铰刀只能加工一种尺寸、一种精度要求的孔。

⑤为防止铰刀轴线与主轴轴线相互偏斜而引起的孔轴线歪斜、孔径扩大等现象，铰刀与主轴之间应采用浮动连接。当采用浮动连接时，铰削不能校正底孔轴线的偏斜，孔的位置精度应由前道工序来保证。

⑥机用铰刀不可倒转，以免崩刃。

⑦手工铰孔过程中，如果铰刀被切屑卡住，不能用力扳转，以防损坏铰刀。应想办法将铰刀退出，清除切屑后，再加切削液，继续铰削。