常用孔加工刀具及其应用场景

图7-29　麻花钻的构造

孔加工刀具种类很多，从单刃到多刃，从适应粗加工到适应精加工，从加工通孔到加工盲孔，从加工小孔到加工大孔，从加工浅孔到加工深孔，各具特色，但多数为定尺寸刀具。

1.钻刀

（1）麻花钻。麻花钻主要用于在实体材料上打孔，是目前孔加工中应用最广的刀具。

①麻花钻的组成。麻花钻由三部分组成：工作部分（包括切削部分和导向部分）、颈部和柄部，如图7-29所示。

a.柄部。钻头的柄部用于夹持刀具和传递动力。通常直径在12mm以下的小直径钻头采用直柄；而直径大于16mm的较大直径钻头采用锥柄，锥柄可传递较大扭矩，锥柄后端的扁尾用于传递扭矩且便于卸下钻头；直径为12～16mm的钻头，直柄、锥柄均可采用。b.颈部。颈部位于工作部与柄部之间，常用来打标记。

c.工作部分。导向部分有两条对称的棱带和螺旋槽。窄窄的棱带起导向及修光孔壁的作用，同时可减小钻头与孔壁的摩擦；螺旋槽用于排屑及输送切削液。切削部分为两个刀齿，刀齿上均有前面、后面、负后面、主刀刃及副刀刃，两后面在钻心处相交形成横刃。切削部分担负切削工作。

②麻花钻的结构特征及存在的问题。麻花钻两刀齿的前面为螺旋槽，螺旋斜角越大，刀具获得的前角越大，切削刃越锋利，排屑越顺畅，但同时钻头刚性变差。由于刀刃上各点螺旋斜角不同，刀刃上各点的前角也不同，且越向钻心，前角越小，切削挤压变形严重，使钻削力加大。一把中等直径的麻花钻，由刀刃外缘至钻心，前角相差近60°。

为加强麻花钻的导向作用，钻头两刀齿后面几乎作成圆柱形，即副后角为零，导致麻花钻加工中与孔壁摩擦剧烈，使已加工孔壁粗糙，表面质量差。同时，因刀具外缘处速度最高，故钻头主、副刃转角处磨损严重，使刀具耐用度下降。

为提高刀具刚度，麻花钻两刀齿交错布局而形成横刃，受结构限制，横刃前角负值很大，工作中挤压非常严重，经实测，麻花钻工作中有大约57%的轴向力由横刃引起，加之横刃有一定的宽度，使麻花钻工作中的定心能力较差，被加工孔易出现引偏现象。

③麻花钻的修磨。目前，麻花钻已标准化、系列化，但针对麻花钻工作中轴向大、定心性差、易引偏及表面粗糙度大及刀具耐用度低等问题，为改善其切削性能，人们往往对麻花钻进行修磨，修磨部分主要是横刃和麻花钻的转角。如磨窄磨尖横刃可降低轴向力；磨出多重锋角可提高转角处刀具刚度，增大散热体积，降低刀具磨损提高刀具耐用度。

图7-30　群钻

1—分屑槽；2—月牙槽；3—横刃；4—内直刃；5—圆弧刃；6—外直刃

（2）群钻。群钻是针对标准麻花钻工作中存在的不足，经长期生产经验总结采取多种修磨措施而形成的新型钻头结构，如图7-30所示。其主要结构特征是：将两主切削刃接近钻心处磨成圆弧内刃，以提高该处刀刃锋利性；将横刃磨窄磨尖，以改善其切削性能并提高定心性，同时降低横刃尖高，以保证刀尖足够的强度和刚度；在外刃上开出分屑槽，以利于排屑；磨窄刃带，以减少刀具与孔壁的摩擦。从而形成了“三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边，一侧外刃再开槽，横刃磨低窄又尖”的新格局。与标准麻花钻相比，采用群钻加工孔，可明显降低轴向力，提高定心能力，提高钻削加工精度、表面质量及钻头的耐用度。目前，群钻按工作材料的不同，加工孔径不同，实现了标准化和系列化。

（3）硬质合金钻头。加工硬脆材料如合金铸铁、玻璃、淬硬钢等难切削材料时，可使用硬质合金钻头。直径较小时可做成整体结构，直径较大时（大于6mm）可做成镶嵌结构，如图7-31所示。

（4）可转位浅孔钻。可转位浅孔钻是20世纪70年代末出现的新型钻头，如图7-32（a）所示。它适合在车床上加工直径在20～60mm、长径比小于3的中等直径浅孔。对直径在60mm以上的浅孔，可用硬质合金可转位式套料浅孔钻加工，如图7-32（b）所示。该结构的钻头切削效率高、功率消耗少，还可以节省原材料、降低成本，是大批量生产加工中等直径孔时常采用的方法之一。可转位浅孔钻还可用于镗孔或车端面，并可实现高速切削。

（5）深孔钻。针对深孔加工中的困难，深孔钻应从结构上解决好定心、导向、排屑、冷却及刀具刚度问题，才能适应深孔加工的要求。

图7-31　镶片硬质合金钻头

图7-32　可转位浅孔钻

（a）结构；（b）工装情况

①单刃外排屑深孔钻（枪钻）。单刃外排屑深孔钻用于加工直径φ2～φ20mm，长径比达100的小深孔。因常用于加工枪管小孔而得名枪钻。如图7-33所示，钻杆采用无缝钢管压出120°凹槽形成较大容屑、排屑空间，切削液由钻杆中注入，达切削区后将切屑由钻杆外冲出；刀具仅在一侧有刃，分为内刃、外刃，内刃切出的孔底有锥形凸台，有助于钻头定心导向；钻尖偏离轴心一个距离e，同时，内刃前面低于轴心线H，这使枪钻工作中无法去除轴心材料而形成芯柱（称导向芯柱），很好地解决了孔加工中的导向问题，导向芯柱直径较小（2H），故能自行折断并随切屑排出。

②错齿内排屑深孔钻（BTA）。图7-34所示为焊接式错齿内排屑深孔钻结构。钻头工作时由浅牙矩形螺纹与钻杆连接，通过刀架带动，经液封头钻入工件。钻头刀齿交错排列，利于分屑并排屑；在钻管与工件孔壁的缝隙中加入高压切削液，解决切削区的冷却问题，同时利用液体高压将切屑由钻管内孔中冲出；分布于钻头前端圆周上的硬质合金导条，使钻头支承于孔壁，实现了加工中的导向。

③喷吸钻。喷吸钻在切削部分的结构与错齿内排屑深孔钻结构基本相同，但钻杆采用内管、外套相结合的双层管结构，其工作原理如图7-35所示。工作时，压力切削液从进液口流入连接套，其中三分之一从内管四周月牙形喷嘴喷入内管。因月牙槽缝隙很小，切削液喷入时产生喷射效应，使内管内侧形成负压区。另外三分之二由内、外管间隙流至切削区，连同切削液一起被吸入内管迅速排出，压力切削液流速快，到达切削区时雾状喷出，利于冷却，同时，经喷口流入内管的切削液流速增大，加强“吸”的作用，提高排屑的效果。喷吸钻适用于加工中等直径的一般深孔。

图7-33　枪钻

图7-34　错齿内排屑深孔钻

图7-35　喷吸钻原理

1—工件；2—钻头；3—导向套；4—外管；5—内管；6—月牙形喷嘴

④深孔麻花钻。深孔麻花钻在结构上采用加大螺旋角、增加钻心厚度、改善刃沟槽形、合理选择几何角度及修磨形式，较好地解决了排屑、导向、低刚度等深孔加工问题。深孔麻花钻可在普通设备上一次进给加工长径比达5～20的深孔。

（6）扩孔钻。扩孔钻用于对工件上已有孔进行扩径加工，扩孔钻结构如图7-36所示。与普通麻花钻相比，扩孔钻的刀刃一般为3～4齿，工作平稳性、导向性提高；因无须对孔心进行加工，故扩孔钻不设横刃；由于切屑少而窄，可采用较浅容屑槽，刀具刚度得以改善，既有利于加大切削用量提高生产率，同时切屑易排，不易划伤已加工表面，使表面质量提高。

扩孔钻按刀具切削部分材料的不同有高速钢和硬质合金之分。小直径高速钢扩孔钻采用整体直柄结构；直径较大时采用整体锥柄结构（图7-36（a））或套式结构（图7-36（b））。硬质合金扩孔钻除具有直柄、锥柄、套式（将硬质合金刀片焊接或镶嵌于刀体，如图7-36（c）所示）等结构形式外，大直径的扩孔钻常采用机夹可转位形式。

图7-36　扩孔钻

（a）整体锥柄结构；（b）套式结构；（c）焊接或镶嵌

（7）锪钻。锪钻用于加工工件上已有孔上的沉头孔（有圆柱形和圆锥形之分）和孔口凸台、端面，如图7-37所示。锪钻多数采用高速钢制造，只有加工端面凸台的大直径端面锪钻采用硬质合金制造，并采用装配式结构，如图7-37（d）所示。平底锪钻一般有3～4个刀齿，前方的导柱有利于控制已有孔与沉头孔的同轴度。导柱一般作成可卸式，以便于刀齿的制造及刃磨，同一直径锪钻还可以有多种直径导柱。锥孔锪钻的锥度一般有60°、90°和120°三种，其中90°最为常用。

图7-37　锪钻

（a）锪沉头孔；（b）锪锥面；（c）锪凸台平面；（d）装配式结构

2.铰刀

（1）铰刀的组成。铰刀由工作部分、颈部和柄部组成，如图7-38所示。工作部分包括切削部分和校准部分。导锥和切削锥构成切削部分，导锥便于铰刀工作时的引入，切削锥起切削作用；校准部分的圆柱部分可起导向、校准和修光作用，倒锥则可减少铰刀与孔壁的摩擦和防止孔径扩大。

图7-38　铰刀的组成(https://www.xing528.com)

（2）铰刀的结构要素。

①直径与公差。铰刀是用于精加工孔的定尺寸刀具，其直径与公差取值主要决定于被加工孔的直径及精度要求。同时，也要考虑铰刀的使用寿命及制造成本。因此，铰刀直径一般相同于被加工孔的基本尺寸，而公差则根据被加工孔的公差，留下一定备磨量并按铰孔中出现的扩孔或缩孔量确定。

②齿数及槽形。铰刀的齿数多，则铰刀工作中导向性好，刀齿负荷轻，铰孔质量高。但齿数过多会使容屑空间减少，刀齿强度降低。通常根据直径和工件材料确定齿数。材料韧性好取少齿数，脆性大取多齿数。为便于直径测量，铰刀一般取偶数齿，且多为等距均布，在某些情况下，为避免周期性切削负荷对孔表面的影响，也可取用不等齿距结构。

铰刀的齿槽形式有直槽和螺旋槽两种。直槽铰刀因刃磨、检验方便，故在生产中常用；螺旋槽铰刀切削平稳，刀具耐用度高，铰削质量高，特别适用于铰削表面不连续的孔（如带键槽的孔）。螺旋槽又有左旋和右旋之分，左旋铰刀因其向前排屑，故不能铰削盲孔；而右旋铰刀的夹持不如左旋牢固，因而切削用量应适当减小。

③几何角度。铰刀的几何角度主要有主偏角（切削锥角），前、后角，刃倾角及刃带宽度等。切削锥度影响切削时的进给力，手铰刀为使工作者省力，取主偏角为1°左右，机铰刀则根据加工条件，如通孔时取12°～15°；盲孔时，为铰出孔的全长可取到45°。前、后角，刃倾角的作用与其他刀具的类似。为保证铰孔中有较好的导向、修光及校准孔径等作用，铰刀校准部分的刃口上制有0.1～0.5mm的刃带，刃带与孔壁间将产生一定的摩擦，故刃带亦不宜太大，一般按铰刀直径来合理确定刃带宽度。

3.镗刀

镗刀的种类很多，按刀刃数量分有单刃镗刀、双刃镗刀和多刃镗刀；按被加工表面性质分为通孔镗刀、盲孔镗刀、阶梯孔镗刀和端面镗刀；按刀具结构有整体式、装配式和可调式镗刀。

（1）单刃镗刀。图7-39所示为几种常见的不同结构的普通单刃镗刀。加工小孔时镗刀可做成整体式，加工大孔时镗刀可做成机夹式或机夹可转位式。镗刀的刚性差，切削时易产生振动，故镗刀有较大的主偏角，以减小径向力。普通单刃镗刀结构简单，制造方便，通用性强，但切削效率低，对工人操作技术要求高。随着生产技术的不断发展，需要更好地控制、调节精度和节省调节时间，出现了不少新型的微调镗刀。图7-40所示为在坐标镗床、自动线和数控机床上使用的一种微调镗刀，它具有调节方便、调节精度高、结构简单、易制造的优点。

图7-39　单刃镗刀

（a）整体焊接式镗刀；（b）机夹式盲孔镗刀；（c）机夹式通孔镗刀；（d）可转位式镗刀

（2）双刃镗刀。双刃镗刀属定尺寸刀具，通过两刃间的距离改变，达到加工不同直径孔的目的。常用的有固定式镗刀块和浮动镗刀两种。

①固定式镗刀块。镗刀块通过斜楔或在两个方向倾斜的螺钉等夹紧镗杆，如图7-41所示。安装后镗刀块相对于轴线的位置误差都将造成孔径扩大，所以，镗刀块与镗杆上方孔的配合要求较高，刀块安装方孔对轴线的垂直度与对称度误差不大于0.01mm。固定式镗刀块用于粗镗或半精镗直径大于40mm的孔。固定式镗刀块也可制成焊接式或可转位式硬质合金镗刀块。

图7-40　微调镗刀

1—刀体；2—刀片；3—微调螺母；4—镗杆；5—锁紧螺母；6—螺母；7—防转销

图7-41　固定式镗刀

（a）斜楔夹紧；（b）螺钉压紧

②浮动镗刀。浮动镗刀装入镗杆的方孔中不需要夹紧。镗孔时通过作用在两侧切削刃上切削力来自动平衡其切削位置，因此，它能自动补偿由刀具安装误差、机床主轴偏差而造成的加工误差，获得较高的加工精度（IT7～IT6），但它无法纠正孔的直线度误差，因而要求预加工孔的直线性好，表面粗糙度值不大于Ra3.2μm。浮动镗刀结构简单，刃磨方便，但镗杆上方孔难制造，且加工孔径不能太小，操作麻烦，效率亦低于铰孔，故适用于单件、小批量生产中加工直径较大的孔，尤其适合于精镗孔径大（＞200mm）而深（长径比＞5）的筒件和管件孔。

浮动镗刀可分为整体式、可调焊接式和可转位式。整体式通常用高速钢制作或在45钢刀体上焊两块硬质合金刀片，制造时直接磨到尺寸，适用于多品种、小批量的零件加工。可调焊接式浮动镗刀如图7-42（a）所示，松开紧固螺钉2，旋转调节螺钉3推动刀体就可调大尺寸。可转位式浮动镗刀如图7-42（b）所示，旋松螺钉2、4可方便地装卸刀片并调节直径尺寸。

图7-42　硬质合金浮动镗刀

（a）可调焊接式
1—刀体；2—紧固螺钉；3—调节螺钉；4—倒锥部；5—修光刃；6—切削刃
（b）可转位式
1—刀体；2—调节螺钉；3—压板；4—压紧螺钉；5—销子；6—刀片

除以上各种常用孔加工刀具外，生产中为提高生产效率、加工精度等，还有一些专门设计的特定用途的组合刀具和复合刀具。如加工阶梯孔的阶梯麻花钻，钻铰一体的复合刀具，加工深孔的拉铰刀、推镗刀，用于精密孔加工的硬质合金镗铰刀等，如图7-43所示。

图7-43　不同类工艺复合刀具

（a）复合刀具；（b）拉铰刀；（c）推镗刀；（d）硬质合金镗铰刀