【正文】 產(chǎn)企業(yè)有成型產(chǎn)品銷(xiāo)售?，F(xiàn)選用成都硬質(zhì)合金有限公司生產(chǎn)的 E E E8 和 E9 系列硬質(zhì)合金深孔焊接刀片作為刀齒選用 。具體選用標(biāo)準(zhǔn)參考 JB/T 79041999（見(jiàn)附錄 A）。 20 3 機(jī)夾式深孔鉆設(shè)計(jì) 工況分析及刀具結(jié)構(gòu)選擇 由任務(wù)是可知，被加工材料鉆削直徑 mmd 70~300 ? ，長(zhǎng)度 mmL 3000? 的鈦合金材料。長(zhǎng)徑比 mmdL 1 0 0~? 屬于中小孔徑的難切削材料深孔鉆削加工。 內(nèi)排屑深孔鉆是深孔加工中應(yīng)用最為廣泛的的刀具之一，與外排屑深孔鉆（槍鉆）的工作原理不同點(diǎn)在于：高壓油經(jīng)輸油裝 置由鉆桿與孔壁間隙輸入到切削區(qū)，再?gòu)你@桿的內(nèi)孔中同切屑一起排出。因此，內(nèi)排屑深孔鉆有以下特點(diǎn)： （ 1）由于切屑是由鉆桿內(nèi)部排出，切屑不會(huì)劃傷已加工表面，已加工表面質(zhì)量好，排屑順暢。 （ 2）鉆桿為圓形截面，其扭轉(zhuǎn)剛度及彎曲強(qiáng)度比槍鉆高，因而可以采用較大的進(jìn)給量鉆削，生產(chǎn)效率高。 （ 3）由于排屑空間大，相應(yīng)的冷卻潤(rùn)滑液壓力比槍鉆低，一般為 ~3MPa。因此，對(duì)密封及供油要求比槍鉆低。 （ 4）加工范圍廣。內(nèi)排屑深孔鉆既可以用于加工較大孔徑的深孔加工，也可用于加工小孔徑（如 mm6? ）的深孔加工。 （ 5）內(nèi)排屑深孔鉆既可用于鉆孔，也可在一定的余量范圍內(nèi)用于擴(kuò)孔。 因?yàn)閮?nèi)排屑深孔鉆具有以上的優(yōu)點(diǎn)，故選用內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)為本機(jī)夾式深孔鉆結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1外刃刀塊； 2內(nèi)刃刀塊； 3導(dǎo)向塊； 4刀體； 5緊固螺釘 圖 31 機(jī)夾小刀快式內(nèi)排屑深孔鉆 21 1外齒； 2中心齒； 3內(nèi)齒； 4導(dǎo)向塊 圖 32 杠桿壓緊式深孔鉆 內(nèi)排屑深孔鉆可分為單齒內(nèi)排屑和多齒內(nèi)排屑兩類(lèi)。經(jīng)試驗(yàn)證明 [12]多刃內(nèi)排屑深孔鉆與單刃內(nèi)排屑深孔鉆相比，切削力、切 削 扭 矩 可 減 小45%~50% ， 功 率 減 小20%，刀 具耐用度提高35%左右。結(jié)合任務(wù)書(shū)所要求鉆削直徑，確定選擇多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)。 機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆可分為機(jī)夾小刀塊式（圖 31）、杠桿壓緊式（圖32）和可轉(zhuǎn)位刀塊式（圖33）等幾種主要結(jié)構(gòu)。 圖 33 山特維克可樂(lè)滿(mǎn) TMAX 可轉(zhuǎn)位刀塊式深孔鉆 任務(wù)書(shū)所要求加工直徑屬于中小孔徑，杠桿壓緊式結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，很難在較小的結(jié)構(gòu)中使用。同時(shí)，目前國(guó)內(nèi)廠商沒(méi)有機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位深孔刀片的商品銷(xiāo)售，進(jìn)口產(chǎn)品中如瑞典山特維克可樂(lè)滿(mǎn)公司的 CoroDrill 系列刀片價(jià)錢(qián)相對(duì)較高，且供貨周期長(zhǎng)。 22 故無(wú)法選擇可 轉(zhuǎn)位刀片式結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)僅有自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司和成都工具研究所銷(xiāo)售成系列的焊接式深孔刀片。 綜合以上資料，選擇采用機(jī)夾小刀塊式內(nèi)排屑多齒深孔鉆削結(jié)構(gòu)。 因?yàn)槿蝿?wù)書(shū)所要求加工直徑 mmd 70~300 ? ，范圍較大，參考國(guó)內(nèi)外刀具結(jié)構(gòu)，決定設(shè)計(jì)直徑 mmd 40~300 ? 范圍內(nèi)的緊湊型機(jī)夾式內(nèi)排屑深孔鉆和直徑mmd 70~400 ? 范圍內(nèi)的普通型機(jī)夾式內(nèi)排屑深孔鉆兩種結(jié)構(gòu)。 刀具幾何參數(shù)設(shè)計(jì) 刀齒角度設(shè)計(jì) 作為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的切 削刀具，為實(shí)現(xiàn)更好的切削效果。機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆具有復(fù)雜的角度刃磨體系，如圖 3圖 35 所示。 （ 1）余偏角。魚(yú)片假的答謝直接影響切削力的分配、切削變形、切削厚度以及斷屑狀態(tài)情況。通過(guò)適當(dāng)減小余偏角，可使徑向力減小，有利于改善導(dǎo)向塊的受力狀態(tài)，減小鉆頭的走偏，并能改善切屑流動(dòng)方向，使排屑順暢。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)資料，取外刃余偏角 r? 為 ?18 。為了保證徑向力始終壓向?qū)驂K一邊，同時(shí)為了避免刃磨時(shí)碰傷中間齒，內(nèi)刃余偏角通常要取大一些 。現(xiàn)選取內(nèi)刃余偏角 ??r 為 ?20 （ 2）前角 o? 和內(nèi)刃端面刃傾角 ?? 。前角大小一般由加工材料決定。由于鈦合金塑性變形小，切屑流出時(shí)與前刀面接觸長(zhǎng)度僅有切削 45 鋼的 1/2~1/3，刀刃出切削力 圖 34 多刃內(nèi)排屑深孔鉆標(biāo)注角度（側(cè)視） τγ ow nH nα oψ rτk39。r1α39。oψ τek39。r1α oτγ oτ 23 和切削熱集中，容易產(chǎn)生磨損，所以?xún)?yōu)化選取前角 o? 為 ?5 [13]。一般情況下外刃刃傾角不需磨出。但由于中心齒不易磨出斷屑臺(tái)，致使內(nèi)刃高于中心，對(duì)切削不利，因而內(nèi)刃應(yīng)磨出一定一定刃傾角，取 ?? 為 ?5 。 （ 3）后角 o? 。后角主要也根據(jù)材料選取。由于鈦合金彈性模量小，嚴(yán)重的彈性恢復(fù)使刀具后刀面與已加工表面摩擦嚴(yán)重，切削溫度上升較快，刀具磨損嚴(yán)重。因此，應(yīng)適當(dāng)增大后角，取后角 o? 為 ?5 。由于中間齒在軸向上超前于其它齒，故取切深方向后角 39。p? 為 ?5 。為防止切削中產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，取副偏角 39。1rk 為 ?15 。 圖 35 多刃內(nèi)排屑深孔鉆標(biāo)注角度（俯視） 刀齒相關(guān)尺寸設(shè)計(jì) （ 1）直徑，在深孔加工中，由于徑向合力通過(guò)導(dǎo)向塊對(duì)孔壁產(chǎn)生擠壓作用，使得內(nèi)孔產(chǎn)生塑性變形，之后又經(jīng)收縮造成一定量的微量縮孔。因此深孔鉆直徑應(yīng) 相應(yīng)增大，結(jié)合鈦合金彈性模量小，彈回量大的特點(diǎn)，取刀具直徑公差 0~+。 （ 2）鉆尖偏心量 e 。多刃錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆由于錯(cuò)齒結(jié)構(gòu)，一部分徑向力得到抵消，較單齒刀具更加穩(wěn)定，故可以相應(yīng)取小一些，具體尺寸根據(jù)刀片選取。 （ 3）斷屑臺(tái)尺寸。斷屑臺(tái)具體參數(shù)應(yīng)針對(duì)具體加工材料選定。根據(jù)相關(guān)資料及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選取斷屑臺(tái)寬度 nW 為 ，斷屑臺(tái)深度 nH 為 。因?yàn)殁伜辖饘儆陔y斷屑材料， 故選取斷屑臺(tái)斜角 ? 為內(nèi)斜型，取其值為 ?3 。 λ τδ 1δ 1α39。pα39。p 24 刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)合任務(wù)書(shū)要求，現(xiàn)分別選取 30mm 和 70mm 分別作為緊湊型和普通型內(nèi)排屑多齒深孔鉆加工直徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 φ 30 緊湊型機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）切削齒負(fù)荷分配。由資料 [6,6465]選取 3 刀齒結(jié)構(gòu)。 由資料 [6,6465]可知，有公式： mmFiCA )3~1(???? (31) mmdFiCA o )1~( ????? (32) 圖 36 φ 30 切削刃參數(shù)分配 (31)式表示刀齒上的徑向切削合力應(yīng)壓向?qū)驂K，使切削更加平穩(wěn)。 (32)式說(shuō)明，為了實(shí)現(xiàn)良好的切削效果，各刀齒之間要保證一定量的搭接量。 圖 37 φ 30 緊湊型機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu) 結(jié)合附錄 A，并參考資料 [10],選取刀片尺寸外齒寬 A=，中心齒寬度A C i Fd oe 25 (C+i)=6mm，中間齒 F=5mm，偏心量 e=5mm。代入公式（ 31）、（ 32）經(jīng)驗(yàn)算符合要求。由資料 [10]選取外齒 E805中心齒 E606Z、中間齒 E706。 （ 2）參考國(guó)內(nèi)外已有刀具結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)緊湊型φ 30mm 機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)如圖 37 所示。 圖 311 φ 30 緊湊型刀體 （ 3）刀體設(shè)計(jì) 參考目前已經(jīng)使用的深孔刀具結(jié)構(gòu)，結(jié)合各刀齒塊的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)如圖 311 所示刀體。主、副切削刀齒塊通過(guò)固定圓孔及定位面定位于刀體之上。為保證刀齒塊在非切削狀態(tài)下不會(huì)輕易掉出刀體，在定位側(cè)面的相對(duì)方向上采用緊定螺釘將刀齒塊加 以緊定。 （ 4）主切削刀齒塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 因?yàn)橹睆捷^小，難以采取每一刀片分別設(shè)計(jì)刀齒座的結(jié)構(gòu)。故將同側(cè)切削齒設(shè)計(jì)在同一刀齒座上。 如圖 38 所示為主切削刀齒塊。外齒和內(nèi)齒焊于其上。采用齒座底平面及側(cè)面與刀體相配合，進(jìn)行定位。同時(shí)，為了使 刀體塊不會(huì)輕易從刀體上掉下，在齒座下 1外齒； 2中心齒；刀齒座 端設(shè)計(jì)一圓柱結(jié)構(gòu)，并磨出一平面，使用 圖 38 緊湊型主切削刀齒塊 緊定螺釘進(jìn)行夾緊固定。 123 26 （ 5）副切削刀齒塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 如圖 39 所示為副切削刀齒塊。中間齒和導(dǎo) 向塊焊于其上。采用齒座底平面及側(cè)面與刀體相配合，進(jìn)行定位。同時(shí)，為了使刀體塊不會(huì)輕易從刀體上掉下，在齒座下端設(shè)計(jì)一圓柱結(jié)構(gòu)，并磨出一平面，使用緊定螺釘進(jìn)行夾緊固定。 因?yàn)?，中間人高于其他切削刃，最先進(jìn)行切削，為了避免不必要的磨損，中間齒取 5176。的切深方向后角 39。p? 。 1中間齒； 2導(dǎo)向塊； 3刀齒座 圖 39 緊湊型主切削刀齒塊 （ 6）導(dǎo)向塊體設(shè)計(jì)。 參考資料 [6]，由資料 [10]選取導(dǎo)向塊型號(hào)為 E909。如圖 310所示為導(dǎo)向塊體。導(dǎo)向塊焊于 其上。采用齒座底平面及側(cè)面與刀體相配合，進(jìn)行定位。因?yàn)榫o湊型機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆刀體空間有限，并且在工作過(guò)程中，摩擦阻力將導(dǎo)向塊壓向到體內(nèi)。故為節(jié)省空間，導(dǎo)向塊采用過(guò)度配合方式與刀體鏈接。 1導(dǎo)向塊； 2導(dǎo)向塊座體 圖 310 緊湊型導(dǎo)向塊體 12312 27 φ 70 普通型機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）切削齒負(fù)荷分配。由資料 [6,6465]選取 5 刀齒結(jié)構(gòu)。 根據(jù)資料 [6]，由公式（ 31）、（ 32）可推出 5 刀齒機(jī)夾式內(nèi)排屑多齒深孔鉆的刀齒分布公式如下： )3~1(21 ?????? FFiFCA mm (33) )2~1( ??????? odFFFiCA mm (34) 在式 (33)中，為保證徑向鉆削合力壓向?qū)驂K，圖 312 中左半部分切削刃的總寬度應(yīng)大于右半部分切削刃的總寬度。但過(guò)大的寬度差會(huì)影響切削的穩(wěn)定性，故取寬度差 1~3mm。式 (34)說(shuō)明，為保證良好的切削效果，各切削刃之間要保證一定量的搭接量。由于 5 刀齒機(jī)架式多齒內(nèi) 排屑深孔鉆的搭接處由 3 齒的兩處變?yōu)?5 處，故為保證足夠的搭接量，取不等式右邊為 )2~1( ?od mm。 結(jié)合附錄 A，并參考資料 [10],選取刀片尺寸外齒寬 A =10mm，中心齒寬度)( iC? =10mm， (i=2mm)，偏心量 e=3mm。中間齒 F =8mm。中間內(nèi)齒和中間外齒寬度 1F和 2F 分別為 8mm。 代入 (33)、 (34)兩式，得 8882881021 ????????? FFiFCA mm 遠(yuǎn)大于 (1~3)mm。分析發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際切削中，由于存在一定量的搭接量，實(shí)際參與切削的的刃齒寬度并非實(shí)際齒寬。 圖 312 φ 70 切削刃參數(shù)分配 A 28 將選定齒寬代入式 (34)中得： 44888281021 ???????????? FFFiCA mm 遠(yuǎn)大于 )2~1( ?od = )2~1( ?? =36~37mm?？紤]到先進(jìn)行切削的中間內(nèi)齒、中間外齒需要刃磨 切削方向后角 39。p? ，取每一切削方向后角在刃齒上寬度為 。故實(shí)際搭接量 K = 4=5mm。將其帶入 (33)式進(jìn)行矯正得： 35882881021 ?????????? KFFiFCA mm，符合要求，故確定刃齒寬度。 參照資料 [10]，選取中心齒型號(hào)為 E611，外齒型號(hào)為 E811，為了實(shí)現(xiàn)更好的刀齒互換性，實(shí)現(xiàn)刀齒更高的利用率，中間齒、中間內(nèi)齒、中間外齒均選取型號(hào)為 E710。 （ 2）刀體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 圖 313 φ 70 普通型機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié) 構(gòu) 圖 314 φ 70 普通型刀體結(jié)構(gòu) 由于φ 70 鉆頭有足夠大的空間，選用為每一刀齒安裝獨(dú)立的刀齒座的方式。具 29 體方案效果圖如圖 313 所示。各切削刃單獨(dú)焊接在刀齒座上，刀齒座置于定位平面上，通過(guò)緊定螺釘進(jìn)行壓緊放松。具體刀體圖如圖 314 所示。為了到到更好的導(dǎo)向作用，對(duì)導(dǎo)向塊分別取 5176。和 10176。的偏角。 （ 3）刀齒座設(shè)計(jì)。 為了盡可能的實(shí)現(xiàn)加工工藝的簡(jiǎn)化以及刀片的可互換性。設(shè)計(jì)各刀齒座如圖 315所示。 圖 315 φ 70 普通型刀齒座結(jié)構(gòu) 其中，連接位圓柱采用φ 6mm。刀齒座寬度均采用與刀齒相同的尺寸。加工 時(shí)采用焊接后靠磨的方式進(jìn)行加工。刀齒背除外齒以外均取 5mm，為保證刀體強(qiáng)度外齒齒背取 3mm 厚。連接圓柱除中間外齒外均取 15mm 長(zhǎng)，中間外齒為避免與導(dǎo)向塊固定螺釘相干涉，取 10mm 長(zhǎng)。連接圓柱在切削方向上均銑出 3mm 深的平臺(tái)，用以與夾緊刀齒座的緊定螺釘相連接。 30 （ 4）導(dǎo)向塊設(shè)計(jì)。 圖 316 Φ 70 普通型機(jī)夾式深孔鉆導(dǎo)向塊 如圖 316 所示，根據(jù)資料 [6]，由資料 [10]選取導(dǎo)向塊 E909。為保證導(dǎo)向塊的位置準(zhǔn)確，采用螺釘緊定方式夾緊。導(dǎo)向塊焊于導(dǎo)向塊座槽內(nèi)，加工時(shí)，要對(duì)導(dǎo)向塊頂?shù)母叨群突《冗M(jìn)行準(zhǔn)確校驗(yàn)。 小結(jié)