毕业设计（论文）机夹式深孔刀具设计

资料1490008574机夹式深孔刀具设计摘 要：深孔加工作为二战以后发展起来的一种新型加工工艺，在国民经济发展中发挥着越来越巨大的作用。然而，由于我国深孔加工技术起步较晚，发展不容乐观。本文研究了深孔加工原理。并针对难加工材料钛合金设计了适合加工中小直径深孔的刀具。本文重点在于分析深孔加工过程尤其是深孔钻削过程的工艺特点。初步地对深孔加工工艺特点进行分析。同时立足于石油石化行业，针对当前行业内对钛合金材料的深孔产品的需求，选择难加工材料钛合金作为加工对象。本文介绍分析了目前国内外深孔刀具现状，指出了焊接式深孔钻的缺点。针对焊接式深孔钻的缺点提出了机夹式深孔钻结构。并选择具有代表性的尺寸进行结构设计。提出了适合小直径深孔加工的紧凑型刀具和适合中等直径加工的普通型刀具。针对目前国内深孔机床造价昂贵，装备周期长的问题。本文提出并初步尝试了把普通车床改造为深孔机床的改造设计方案。关键字：深孔刀具；内排屑深孔钻；深孔镗刀；钛合金；机夹式Design of Clip-on Deep Hole Machine ToolAbstract：Deep-hole drilling processing, as a new processing technology developed after World War II , is playing an increasingly significant role in national economic development. However, due to late start of deep hole processing technology, the development of it is not optimistic. In this paper, deep hole principle. And designed processing middle and small diameter hole tools , which was for the titanium alloy which difficult to process materials . of the tool. This article focuses on analysis of deep hole drilling process, especially the process of drilling. Preliminary processing of the hole were analyzed. At the same time based on the petroleum and petrochemical industry, select the titanium alloy as the processing objects. This article describes and analyzes the current status deep hole machining process in domestic and foreign , and pointed out the shortcomings of welding deep hole drilling. Deep hole drilling for the shortcomings of welding made clip-on deep hole drilling machine structure. And select the size of typical structural to design. Put forward the compact tool for the small-diameter deep holes and the general type of medium-diameter machining. For the present problems of Deep hole machine tool like expensive and equipment in long period. This paper initially tried to transform and design to transformate the ordinary lathe machine to a deep deep hole machining.Key word；Deep-hole Tools，Chip-in Deep-hole drilling，Deep Hole Boring Tool，titanium alloy，Machine-clip tools目 录1 绪论11.1本课题研究的目的与意义11.2国内外发展与现状21.2.1深孔钻削技术的发展21.2.2国内外现状31.3深孔加工简介41.3.1深孔的定义41.3.2 深孔加工的分类51.3.3 深孔加工的特点62 钛合金深孔钻削技术研究72.1 深孔钻的结构及切削角度72.1.1 深孔钻的结构72.1.2 深孔钻标注角度参考系72.1.3 深孔钻的标注角度82.2 深孔刀具的受力分析92.2.1 力学模型的建立92.2.2 切削力计算112.3 钛合金加工特性研究122.3.1 钛合金理化性质122.3.2 钛合金的加工特点及深孔钻削中的问题142.4 刀具选择研究152.4.1 刀具材料应具备的性能152.4.2 硬质合金刀具简介172.4.3 刀齿材料选择182.4.4 刀齿产品初步选择193 机夹式深孔钻设计203.1 工况分析及刀具结构选择203.2 刀具几何参数设计223.2.1 刀齿角度设计223.2.2 刀齿相关尺寸设计233.3 刀具结构设计243.3.1 30紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计243.3.2 70普通型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计273.4 小结304 机夹式内排屑深孔镗刀设计314.1 镗刀几何参数确定314.2 刀体结构设计314.2.1 70普通型深孔镗刀设计324.2.2 30紧凑型深孔镗刀设计334.3 小结345 深孔钻削系统设计355.1 改造方案的确定355.2改造分析与计算355.2.1车床型号的选择355.2.2 冷却排屑系统设计37参考文献：38致谢39附录 A40I1 绪论1.1本课题研究的目的与意义第一次工业革命以来的历史证明，工业化程度的高低，直接决定了各个国家的社会发展阶段、人民生活水平和维护国家安全的能力。在工业部门中，制造业，尤其是装备制造业由于承担着为国民经济所有部门提供生产装备的重任，责无旁贷地成为国家的支柱产业。而要成为制造强国，首先则必须具有强大的技术开发能力，拥有大批拥有自主知识产权的重要产品和拥有国际领先的制造技术。深孔加工作为二战以后发展起来的一种新型加工工艺，在国名经济发展中发挥着越来越巨大的作用。上个世纪60年代以来枪钻、BTA (Boring and Trepanning Association)钻（即内排泄深孔钻）、喷吸钻被发明后迅速被应用于石油、煤炭采掘、水火力发电机制造、船舶、航空航天、冶金、化工、纺织、木材加工机械、饲料机械等不同行业的装备制造。以深孔零件为特征的民品装备不断涌现出新品种，成为20世纪下半叶世界装备制造业中的一枝独秀。截止2005年，据统计深孔钻加工装备的90%都是进口产品。至70年代末我国改革开放时，中国的深孔加工技术已整整比西方落后了30年1。这一技术差距所导致的消极影响，早在80年代即开始显露。在我国制造业处于低谷时期，以深孔加工为关键技术的液压件、兵工等生产行业相继濒于停产、倒闭状态，数以千计的相关大、中、小企业从此一蹶不振。与此同时，我国与世界经济接轨又促成了大批新制造行业的诞生。2001年在我国统计的29个制造行业中，至少有一半对深孔加工技术和装备有直接需求，1/3以上有迫切需求。至20世纪90年代末，由于我国经经济发展的加速，上述供需矛盾呈现激化态势。一方面，不断涌现的新型深孔类新装备迫切需要“价廉物美”的深孔加工技术去承制试造；另一方面，由于国家没有自己的原创性先进深孔加工技术和专业化的深孔加工装备产业提供保证，迫使为数不多的大企业以高价进口深孔加工装备，只能靠相对落后的技术、装备去制造品质相对低劣的装备产品。必须看到，在深孔加工技术和装备制造上已经呈现出来的这一瓶颈现象如不能得到有效的解决，将会严重制约我国经济的持续快速发展。解决以上这一严峻矛盾的对策就是：推出中国自己原创性的深孔加工技术，建立起一条专业化、现代化的深孔加工装备产业链。在这一产业链中，深孔加工刀具的设计是极其重要的一环。虽然目前国内已有较成熟焊接式深孔加工刀具，但焊接式深孔刀具的种种弊端制约着其发展。焊接式刀具采用焊接方式将刀块与刀体相连接在一起，在焊接过程中，刀块受焊接温度的影响硬度将会有所降低，影响切削效率和耐磨性。另外，焊接式深孔刀具由于采用了焊接式链接，刀体为一次性使用，大大增加了制造时间和材料损耗经济性较差。随着科学技术的发展，机械产品对材料的综合性能提出了更高的要求。钛合金材料凭借着其比强度高、热强度高、抗蚀性好和高温性能好等优良特性，在宇航、原子能、电力、化工和石油等行业的应用越来越广泛23。以石化行业为例，随着石油工业的的不断发展，对测井装备提出了耐腐蚀、耐高压、高强度、小尺寸，轻质量等各种要求，许多高性能材料（如沉淀硬化不锈钢、钛合金、耐热合金等）在石油测井仪器中得到越来越广泛的应用。这些材料的机械、物理性能在某些方面非常优良，如钛合金比强度（强度/密度）相对很高，有良好的耐腐蚀和高温高压性能，许多发达国家在20世纪90年代已将钛合金材料用于测井仪器的零部件，特别是保护外壳。我国近几年才将钛合金应用于测井仪器的保护外壳，这主要是由于钛合金的切削加工性非常差，特别是深孔加工性很差，因而限制了钛合金的应用4。为了解决以上面的种种弊端，设计一种新型方式将刀块同刀体相连接是很有必要的。机械式装夹方式作为一种经济有效的方案，可以很好地解决焊接式深孔刀具的弊端，实现深孔加工的产业化、经济化。1.2国内外发展与现状1.2.1深孔钻削技术的发展人类对深孔加工技术的需求，至少可以追溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次工业革命后现代机械技术的发展要早很多。工具和工具制造技术的产生和发展，源于人类生产活动和战争的需要。中国是火药的发源地。早在元、明时期已普遍使用金属管型火器手铳、火铳及火枪。金属管型火器是最早出现的深孔零件，比现代意义上的机械零件早出若干世纪。最早的管式火器是采用铸造、锻造方法制成。由于精度很低使用范围十分有限。随着时代的发展，人们对深孔工件的精度有了越来越高的要求。深孔加工工艺的革新问题显得迫在眉睫。图 1-1 扁钻最早用于加工深孔钻削的深孔钻头是扁钻（图1-1），它发明于18世纪初。1860年美国国人对扁钻进行了改进，发明了麻花钻。1930年出现了第一支能够连续供油排屑并具有自动导向功能的深孔钻头枪钻（图1-2），其因用于加工枪孔而得名。1943年，德国海勒公司研制出毕斯涅尔加工系统（即目前我国常称的内排屑深孔钻削系统）。图 1-2 枪钻 图 1-3 BTA深孔钻二战结束以后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会联合组成了深孔加工国际孔加工协会(Boring and Trepanning Association),简称BTA协会。该协会对毕斯涅尔加工系统进行了改进，定名为BTA系统。后来由瑞典的山特维克公司首先设计出了可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔钻（图1-3）。BTA法存在着切削压力高，密封困难等缺点，为克服这些不足，1963年山特维克公司发明了喷吸钻法。20世纪70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出DF(Double Feeder)法为单管双进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了令人满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。1.2.2国内外现状深孔加工技术从20世纪80年代末以来，在西方国家一直处于停滞状态。20世纪80年代以来，以枪钻、BTA钻为代表的的深孔加工技术在西方工业国未出现任何重要突破性的改进和发展。针对BTA钻的种种弊端，虽然在六七十年代曾经先后推出双管喷吸钻、DF系统两种改进方案，但均未取得很好的效果。学术方面，20世纪80年代以来学术研究出现了低潮期。20世纪5070年代有关国际性学术会议增举办过几次，国际上流传的为数不多的深孔加工专著和大批论文绝大多数是在20世纪7080年代出版和发表的。近20年来，国际学术研究沉寂，很少出现有创新意义的成果和论著。此外，国际深孔加工装备处于垄断状态，装备产品的进口价格居高不下。目前国际上主要的深孔刀具供应商是瑞典的山特维克可乐满(SANDVIK Coromant)公司。由资料5,44可知，如图1-4所示，其生产的深孔钻可加工直径由15mm到75mm以上，钻削深度达到，孔公差达到IT9级。图1-4 山特维克可乐满深孔钻削刀具加工范围我国20世纪下半叶才开始工业化进程，比欧洲晚了20年。80年代改革开放后才逐步加快了与国际接轨的步伐，90年代计入工业发展快车道，1997年以来，中国经济连续以8%左右的速度增长，成为世界上经济增长速度最快的国家。但是我们也必须清楚地看到，尽管我国机电产品已成为出口贸易的最强大支柱和国内经济增长的发动机，但其中大多数仍属于劳动力密集型和资金密集型产品，技术密集型和创新型机电产品所占比重极为10%左右。主要机械产品技术来源的57%和大多数电子信息设备的核心技术均依靠国外引进。近年来机电装备的进口增长率和总额逐年均超过出口。截止2005年，据统计深孔钻加工装备的90%都是进口产品。至70年代末我国改革开放时，中国的深孔加工技术已整整比西方落后了30年1。1978年DF法在我国设计完成并与1979年正式用于生产，现广泛用于中、小直径内排屑深孔钻削。国内几家重型机器制造厂相继研制成和采用了深孔套料钻，已成功加工出12m长的发电机转自内孔。西安石油大学与1989年成功地将喷吸效应原理应用到外排屑枪钻系统，使枪钻的加工性能大大提高；1994年又研制成功多尖齿内排屑深孔钻，使深孔钻削的稳定性和耐用度大大提高6。1.3深孔加工简介1.3.1深孔的定义在机械加工工艺中，孔的加工主要分为浅孔加工和深孔加工两大类。两类加工之间没有准确的界限。一般规定孔深L与孔径之比大于5，即的孔称为深孔；反之的孔被称之为浅孔6。在机械加工中浅孔一般采用麻花钻加工。麻花钻结构如图1-5所示。其结构直径、螺旋角和螺旋槽导程之间的关系为： (1-1)人们在实践中发现，为了顺利排屑，麻花钻一次钻削的钻削深度L不应超过螺旋槽导程P的3/4，即。将其带入式(1.1)得 (1-2)图 1-5 麻花钻的螺旋角由GB144178查得，麻花钻的螺旋角取值在之间。代入式(1-2)得。所以麻花钻的良好工作的钻深L是小于5倍孔径。因此，尽管麻花钻在钻浅孔时是功效很高的机夹刀具，但是受钻深L限制，使用麻花钻加工深孔时必须频繁退刀和进刀（有时还需要对钻头和被加工孔进行冷却润滑），使功效大大降低1。1.3.2 深孔加工的分类深孔加工可分为一般深孔加工（钻、镗、铰等）、精密深孔加工（珩磨、滚压等）和电深孔加工（电火花、电解等）。一般深孔加工又可按多种方式分类。按加工方式分类分为：1.实心钻孔法，用于加工无孔毛坯。如图1-6(a)。2.镗孔法，用于提高孔的精度和降低孔的内表面粗糙度。如图1-6(b)。3.套料钻孔法，使用空心钻头钻孔，加工后可取出一根芯棒。如图1-6(c)图1-6 深孔加工方式按运动形式分类分为：1.工件旋转，刀具做进给运动。2.工件不动，刀具作旋转进给运动。3.工件旋转，刀具做反向旋转进给运动。4.工件作旋转进给运动，刀具不动。（此方法很少采用）按排屑方式分为：内排屑、外排屑两种方式。外排屑又分为前排屑、后排屑两种方式。按加工系统冷却分类分为枪钻系统、BTA系统、喷吸钻系统、DF系统。1.3.3 深孔加工的特点深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的，故其具有以下特点：1.不能直接观察到刀具的切削情况。目前只能凭经验，通过听声音、看切屑、观察机床负荷及压力表、触摸振动等外观现象来判断切削过程是否正常。2.切削热不易传散。一般切削过程中80%的切削热被切屑带走，而深孔钻削只有40%，刀具占切削热的比例较大，扩散迟、易过热，刃口切削温度可达600必须用强制有效的冷却方式。3.切屑不易排出。由于孔深，切屑经过的路线长，容易发生阻塞，造成钻头崩刃。因此，切屑的长短和形状要加以控制，并要进行强制性排屑。4.工艺系统刚性差。因受孔径尺寸限制，孔的长径比较大，钻杆细而长，刚性差，易产生振动，钻孔易走偏，因而支撑导向极为重要。2 钛合金深孔钻削技术研究2.1 深孔钻的结构及切削角度2.1.1 深孔钻的结构深孔钻具有多种结构，图2-1所示为焊接式多齿内排屑深孔钻结构，由刀齿、导向块和刀体三大部分组成。为了实现由钻杆内部将切屑排出，刀体是空心的，切屑由刀体头部的喇叭口进入，经过钻杆内部的空腔排出。导体尾部螺纹用于与钻杆相连接，保证了连接的紧密型和拆卸的方便性。刀齿由中心齿、中间齿和外齿共同组成。外齿除了起切削作用外，还与两导向块共同作用，起到导向扶正作用。1-外齿；2-中心齿；3-中间齿；4-导向块；5-刀体图2-1 焊接式内排屑深孔钻结构2.1.2 深孔钻标注角度参考系深孔钻标注角度的参考系建立的条件与普通刀具相同，即假定运动条件和假定安装条件。为了合理标注切削角度，需要选择合适的参考平面，根据切削原理的定义，深孔钻参考平面如图2-2所示。基面:通过切削刃上选定点，与该点主动运动方向垂直的平面。切削平面：通过切削刃上选定点，与切削刃相切且垂直于基面的平面。显然，切削平面垂直于基面。图2-2 深孔钻标注角度的参考平面 由于刀具结构不同，根据加工、检验和计算等方面的要求，各种刀具角度的测量平面不尽相同。深孔钻常用测量平面为正交平面和法平面。正交平面：它是通过切削刃上选定点，垂直于切削平面与基面的平面。正交平面与基面、切削平面构成正交的空间角度标注参考系，即，称为正交平面参考系（图2-3） 图2-3 深孔钻标注角度的参考系 2.1.3 深孔钻的标注角度深孔钻属于多刃刀具，主切削刃通常刃磨略低于钻心，切削刃上各点的基面是变化的，若按上述标注角度参考严格标注就比较繁琐。由于主切削刃低于钻心不多（9000HV抗弯强度/MPa200040001500200013001800140018004007507009006009005008006001100抗压强度/MPa28003800350060003000400035005500300040002500500070008000断裂韧度/（）183010159147.47.73.03.53.54.0576.58.56.89弹性模量/MPa2106106404805603904404004203603902803207101020导热系数/（）2030801102542217129172035130210热膨胀系数/()5104.55.57.58.57.58.5783.03.34.73.1耐热性/60070080090090010001000110012001200130010001300700800式中 导热系数；抗拉强度； 泊松比；弹性模量； 热胀系数。导热系数越大，热量越容易被传导出去，从而降低道具表面的温度梯度；热胀系数小，可以减小热变形；弹性模量小，可以降低因热膨胀而产生的交变应力的幅度。钛合金材料硬度高、摩擦生热大、热导率低、前后刀面存在温差等种种不良特性导致对钛合金切削刀片有较高要求。此外，良好的工艺性能和经济性也是钛合金深孔刀具切削刃选择时需要考虑的因素。结合经济因素，参考表2-3可以得到如下结论。最常见的高速钢硬度8485HRA（相当于66.664.6HRC10,62）显然无法满足硬度达到6774HRC的钛合金的切削。陶瓷材料、聚晶立方氮化硼和聚晶金刚石虽然能提供93.5HRC或更高的硬度，但其所能提供的抗弯强度将对较低，无法满足具有较大切削力的钛合金的加工。另外，陶瓷材料、聚晶立方氮化硼和聚晶金刚石等材料目前价格相对较高，货源相对紧张。综合以上因素可以初步选择硬质合金作为钛合金深孔刀具的切削刃材料。2.4.2 硬质合金刀具简介硬质合金是由难熔金属碳化物（如TiC、WC、TaC、NbC等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）经粉末冶金方法制成。其常温硬度高达8993HRA（相当于7482HRC10，62），能承受800900以上的切削温度，在540时的硬度仍可达到8287HRA（相当于6170.4HRC10,62）；切削速度可达 ，切削效率为高速钢的5倍10倍。ISO（国际标准化组织）将切削用硬质合金分为三类。K类：主要成分为WC-Co，相当于我国的TG类，用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料。P类：主要成分为WC-TiC-Co,相当于我国的YT类，用于加工长切屑黑色金属。M类：主要成分为WC-TiC-TaC(NbC)-Co,相当于我国YW类，用于加工长或短切屑的黑色金属和有色金属。(1)钨钴类（WC+Co）合金代号为YG，对应国标K类。这类合金由WC和Co组成，我国生产的常用牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8等。数字表示Co的百分含量，X表示细晶粒。晶粒越细硬度和耐磨度越高，但随之抗弯强度和韧性则要降低一些。此类合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工，钴含量低，适于精加工。此类合金韧性、磨削性、导热性好，较适合用于加工产生崩碎切屑、有冲击性切削力作用在刃口附近的脆性材料，主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640是发生严重粘结，使刀具磨损，耐用度下降。（2）钨钛钴类（WC+TiC+Co）合金代号为YT，对应于国标P类。这类合金中的硬质相除WC外，还含有5%30%的TiC。常用牌号有YT5、YT14、YT15及YT30。TiC的含量分别为5%、14%、15%、30%，相应的钴含量为10%、8%、6%、4%。此类合金有较高的硬度和耐热度。硬度为89.592.5HRA，抗弯强度为0.91.4GPa。主要用于加工切屑呈带状的钢件等塑性材料。（3）钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC(Nb)+Co）合金代号为YW，对应于国标M类。这是在上述硬质合金成分中加入一定量的TaC(Nb)，常用的牌号有YW1和YW2。在YT类硬质合金成分中加入一定量的TaC(Nb)可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击强度，提高合金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。此类硬质合金不但适于加工冷硬铸铁。有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工，被称为通用硬质合金。此类合金如果适当增加含钴量，强度可以很高，能承受机械振动和由于温度周期变化而引起的热冲击，可用于断续切削。主要用于难加工材料。以上三类硬质合金的主要成分都是WC，统称为WC基硬质合金。（4）TiC(N)基类（WC+TiC+Ni+Mo）合金代号YN，TiC(N)基硬质合金是以TiC为主要成分（有些加入了其他碳化物和氮化物）的TiC-Ni-Mo合金。此类合金硬度很高，为9094HRA，达到了陶瓷的水平，有很高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工作材料的亲和力小，摩擦系数小，抗粘结能力强，因此刀具耐用度可比WC基硬质合金提高几倍。2.4.3 刀齿材料选择钛合金作为一种弹性模量小、切削难度大、导热性差的难切削材料，在对其加工的刀齿材料选择时，一般认为应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性好、与钛合金亲和性小的材料。结合以上原则，在各类硬质合金中只有YG类合金为不含钛成分，故只能选择YG类合金。然而，在实际工作中厂家推荐用来对钛合金进行切削的刀具大多含有一定量的Ti。通过研究表明，在比较低的切削速度下，含钛刀具很容易粘结，切削效果差。但当切削速度提高后，含钛刀具磨损率逐步降低，最后低于不含钛的刀具。根据目前初步研究表明，刀具在不同切削速度范围内，磨损机理是不同的。在低速状态下，刀具磨损以粘结磨损为主，材料亲和性越大就越容易发生粘结。在高速下，刀具磨损则以扩散磨损为主。扩散的前提条件是要有浓度差，两种材料成分差的越多，就越容易扩散，反之，越接近就越不容易扩散11。目前，这一理论还需要更多的验证。综合上面理论，切削速度较低的钛合金钻削加工应选取YG类硬质合金作为刀齿材料。选取YG8为切削刃材料。2.4.4 刀齿产品初步选择因为我国深孔加工行业起步较晚，目前国内没有大型的深孔加工专业企业。刀片产品方面只有自贡硬质合金有限公司、成都工具研究所等少数几家专业硬质合金生产企业有成型产品销售。现选用成都硬质合金有限公司生产的E6、E7、E8和E9系列硬质合金深孔焊接刀片作为刀齿选用。具体选用标准参考JB/T 7904-1999（见附录A）。3 机夹式深孔钻设计3.1 工况分析及刀具结构选择由任务是可知，被加工材料钻削直径，长度的钛合金材料。长径比属于中小孔径的难切削材料深孔钻削加工。内排屑深孔钻是深孔加工中应用最为广泛的的刀具之一，与外排屑深孔钻（枪钻）的工作原理不同点在于：高压油经输油装置由钻杆与孔壁间隙输入到切削区，再从钻杆的内孔中同切屑一起排出。因此，内排屑深孔钻有以下特点：（1）由于切屑是由钻杆内部排出，切屑不会划伤已加工表面，已加工表面质量好，排屑顺畅。（2）钻杆为圆形截面，其扭转刚度及弯曲强度比枪钻高，因而可以采用较大的进给量钻削，生产效率高。（3）由于排屑空间大，相应的冷却润滑液压力比枪钻低，一般为0.53MPa。因此，对密封及供油要求比枪钻低。（4）加工范围广。内排屑深孔钻既可以用于加工较大孔径的深孔加工，也可用于加工小孔径（如）的深孔加工。（5）内排屑深孔钻既可用于钻孔，也可在一定的余量范围内用于扩孔。因为内排屑深孔钻具有以上的优点，故选用内排屑深孔钻结构为本机夹式深孔钻结构进行设计。1-外刃刀块；2-内刃刀块；3-导向块；4-刀体；5-紧固螺钉图3-1 机夹小刀快式内排屑深孔钻1-外齿；2-中心齿；3-内齿；4-导向块图3-2 杠杆压紧式深孔钻内排屑深孔钻可分为单齿内排屑和多齿内排屑两类。经试验证明12多刃内排屑深孔钻与单刃内排屑深孔钻相比，切削力、切削扭矩可减小45%50%，功率减小20%，刀具耐用度提高35%左右。结合任务书所要求钻削直径，确定选择多齿内排屑深孔钻结构。机夹式多齿内排屑深孔钻可分为机夹小刀块式（图3-1）、杠杆压紧式（图3-2）和可转位刀块式（图3-3）等几种主要结构。 图3-3 山特维克可乐满T-MAX可转位刀块式深孔钻任务书所要求加工直径属于中小孔径，杠杆压紧式结构相对较复杂，很难在较小的结构中使用。同时，目前国内厂商没有机夹式可转位深孔刀片的商品销售，进口产品中如瑞典山特维克可乐满公司的CoroDrill系列刀片价钱相对较高，且供货周期长。故无法选择可转位刀片式结构。目前国内仅有自贡硬质合金有限责任公司和成都工具研究所销售成系列的焊接式深孔刀片。综合以上资料，选择采用机夹小刀块式内排屑多齿深孔钻削结构。因为任务书所要求加工直径，范围较大，参考国内外刀具结构，决定设计直径范围内的紧凑型机夹式内排屑深孔钻和直径范围内的普通型机夹式内排屑深孔钻两种结构。3.2 刀具几何参数设计3.2.1 刀齿角度设计作为具有复杂结构的切削刀具，为实现更好的切削效果。机夹式多齿内排屑深孔钻具有复杂的角度刃磨体系，如图3-4、图3-5所示。（1）余偏角。鱼片假的答谢直接影响切削力的分配、切削变形、切削厚度以及断屑状态情况。通过适当减小余偏角，可使径向力减小，有利于改善导向块的受力状态，减小钻头的走偏，并能改善切屑流动方向，使排屑顺畅。根据相关试验资料，取外刃余偏角为。为了保证径向力始终压向导向块一边，同时为了避免刃磨时碰伤中间齿，内刃余偏角通常要取大一些。现选取内刃余偏角为（2）前角和内刃端面刃倾角。前角大小一般由加工材料决定。由于钛合金塑性变形小，切屑流出时与前刀面接触长度仅有切削45钢的1/21/3，刀刃出切削力图3-4 多刃内排屑深孔钻标注角度（侧视）和切削热集中，容易产生磨损，所以优化选取前角为13。一般情况下外刃刃倾角不需磨出。但由于中心齿不易磨出断屑台，致使内刃高于中心，对切削不利，因而内刃应磨出一定一定刃倾角，取为。（3）后角。后角主要也根据材料选取。由于钛合金弹性模量小，严重的弹性恢复使刀具后刀面与已加工表面摩擦严重，切削温度上升较快，刀具磨损严重。因此，应适当增大后角，取后角为。由于中间齿在轴向上超前于其它齿，故取切深方向后角为。为防止切削中产生崩刃现象，取副偏角为。图3-5多刃内排屑深孔钻标注角度（俯视）3.2.2 刀齿相关尺寸设计（1）直径，在深孔加工中，由于径向合力通过导向块对孔壁产生挤压作用，使得内孔产生塑性变形，之后又经收缩造成一定量的微量缩孔。因此深孔钻直径应相应增大，结合钛合金弹性模量小，弹回量大的特点，取刀具直径公差0+0.05mm。（2）钻尖偏心量。多刃错齿内排屑深孔钻由于错齿结构，一部分径向力得到抵消，较单齿刀具更加稳定，故可以相应取小一些，具体尺寸根据刀片选取。（3）断屑台尺寸。断屑台具体参数应针对具体加工材料选定。根据相关资料及实验数据，选取断屑台宽度为1.5mm，断屑台深度为0.5mm。因为钛合金属于难断屑材料，故选取断屑台斜角为内斜型，取其值为。3.3 刀具结构设计结合任务书要求，现分别选取30mm和70mm分别作为紧凑型和普通型内排屑多齿深孔钻加工直径进行结构设计。3.3.1 30紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计（1）切削齿负荷分配。由资料6,64-65选取3刀齿结构。由资料6,64-65可知，有公式： (3-1) (3-2)图3-6 30切削刃参数分配 (3-1)式表示刀齿上的径向切削合力应压向导向块，使切削更加平稳。(3-2)式说明，为了实现良好的切削效果，各刀齿之间要保证一定量的搭接量。图3-7 30紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻结构结合附录A，并参考资料10,选取刀片尺寸外齿宽A=5.8mm，中心齿宽度(C+i)=6mm，中间齿F=5mm，偏心量e=5mm。代入公式（3-1）、（3-2）经验算符合要求。由资料10选取外齿E805-1、中心齿E606Z、中间齿E706。（2）参考国内外已有刀具结构，设计紧凑型30mm机夹式多齿内排屑深孔钻结构如图3-7所示。图3-11 30紧凑型刀体（3）刀体设计参考目前已经使用的深孔刀具结构，结合各刀齿块的结构，设计如图3-11所示刀体。主、副切削刀齿块通过固定圆孔及定位面定位于刀体之上。为保证刀齿块