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6.2.2 麻花钻（P101）一、概述 （1）工艺范围钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔、锪端面等。
（见P106、表6-1）（2）切削运动①主运动：钻头旋转运动（r/min ） ②进给运动：钻头轴向垂直进给（mm/r ） （3）加工精度 IT13～IT11 Ra12.5～Ra6.3μm 二、麻花钻的组成 1、柄部（莫氏锥孔）主 轴————莫氏锥柄＞（莫氏锥柄）钻夹头（圆柱形）直 柄⎪⎭⎪⎬⎫→→→→≤mm 12d 12mm d ※柄部作用：夹持钻头、连接主轴、传递转矩与轴向力（进给）2、颈部（1）磨削钻头直径时的退刀槽。
（2）打印规格与厂标处。
3、工作部分 （1）导向部分①（两条）螺旋槽⇒容屑；排屑通道。
②（两条）螺旋棱边（刃带）⇒钻头导向；保持圆的孔形。
（2）切削部分切削刃）切削作用（内孔车刀主、主切削刃圆锥面 后刀面螺旋面前刀面：切削刃形成的→⎭⎬⎫≈→→4217→刃带（棱边）→导向（前大后小） 3→副切削刃→修光和导向 8→副后刀面（7） 5：横刃※两个后刀面的交线（一条横刃）。
※切削条件差（V cmin ≈0；F f ↑；Q ↑）。
三、麻花钻的结构参数1、d ：钻头直径，两刃带间的垂直距离。
⎪⎩⎪⎨⎧→→→擦。
减少刃带与孔壁间的摩前大后小）（～倒锥量＞后前mm 10012.005.0d d2、d 0：钻心（两旁为螺旋槽） ※d 0＝0.15d （mm ）※前小后大（钻头轴向刚度↑）→正锥量→10024.1～（mm ） 3、螺旋角ββ：钻头刃带棱边螺旋线展开成的直线（斜边）与钻头轴线的夹角。
（1）主切削刃外径处（A 点）Pr.2tan 1-A πβ＝ 又：P ＝2π.r.tan βAP-钻头螺旋沟导程 （2）主切削刃钻心X 点：A 1x1-X r.tan .2.2tan P .2tan βπππβx r r -=＝ A1-X r.tan tan ββxr ＝（3）⎩⎨⎧↓⇒→↑⇒→→minx x max A r βββββr 钻心孔 外径处 （4）→β实际上是钻头假定工作平面内的进给前角（γfx =β，见后面讲解）∴⎩⎨⎧↑↑最小、切削最差 钻心处 最大、切削轻快 外径处 fx min fx max fx γβγβγβ四、麻花钻的几何参数 1、基面与切削平面（图6－9） （1）基面P r ：rA C P V A 基面 平面垂直的②且与该点平面在内的轴线点与钻头①过⇒⎭⎬⎫（2）切削平面P sSA rA P P A ⇒⇒⎭⎬⎫并垂直于基面②与主切削刃相切 点 ①过 见P11，还有： （3）P o 正交平面 （4）P f 进给平面（5）P p 背平面（复习P11）各点基面均不同。
一、麻花钻结构特点麻花钻是最常用的孔加工刀具，此类钻头的直线型主切削刃较长，两主切削刃由横刃连接，容屑槽为螺旋形（便于排屑），螺旋槽的一部分构成前刀面，前刀面及顶角（2Ø）决定了前角g的大小，因此钻尖前角不仅与螺旋角密切相关，而且受到刃倾角的影响。
麻花钻的结构及几何参数见图1。
D：直径 y：横刃斜角 a：后角 b：螺旋角Ø：顶角 d：钻芯直径 L：工作部分长度图1 麻花钻结构及切削部分示意图横刃斜角y是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角，y的大小及横刃的长短取决于靠钻芯处的后角和顶角的大小。
当顶角一定时，后角越大，则y越小，横刃越长（一般将y控制在50°～55°范围内）。
二、麻花钻受力分析麻花钻钻削时的受力情况较复杂，主要有工件材料的变形抗力、麻花钻与孔壁和切屑间的摩擦力等。
钻头每个切削刃上都将受到Fx、Fy、Fz三个分力的作用。
图2 麻花钻切削时的受力分析如图2所示，在理想情况下，切削刃受力基本上互相平衡。
其余的力为轴向力和圆周力，圆周力构成扭矩，加工时消耗主要功率。
麻花钻在切削力作用下产生横向弯曲、纵向弯曲及扭转变形，其中扭转变形最为显著。
扭矩主要由主切削刃上的切削力产生。
经有限元分析计算可知，普通钻尖切削刃上的扭矩约占总扭矩的80％，横刃产生的扭矩约占10％。
轴向力主要由横刃产生，普通钻尖横刃上产生的轴向力约占50％～60％，主切削刃上的轴向力约占40％。
图3 钻芯直径d-刚度Do关系曲线以直径D=20mm麻花钻为例，在其它参数不变情况下改变钻芯厚度，从其刚度变化曲线（见图3）可以看出，随着钻芯直径d增加，刚度Do增大，变形量减小。
由此可见，钻芯厚度增加明显增加了麻花钻工作时的轴向力，直接影响刀具切削性能，且刀具刚度的大小对加工几何精度也有影响。
由于普通麻花钻的横刃为大负前角切削，钻削时会发生严重挤压，不仅要产生较大轴向抗力，而且要产生较大扭矩。
对于一些厚钻芯钻头，如抛物线钻头（G钻头）和部分硬质合金钻头（其特点之一是将钻芯厚度由普通麻花钻直径的11％～15％加大到25％～60％）等，其刚性较好，钻孔直线度好，孔径精确，进给量可加大20％。
2麻花钻头钻头的种类很多，如麻花钻、扁钻、深孔钻和中心钻等。
麻花钻头多用髙速钢(W18Cr4V 或W9Cr4V2)制成,淬火后HRC62〜68。
(1)麻花钻的构成：麻花钻由柄部、颈部及工作部分组成(图4-1)。
宜柄麻花钻图4-1麻花钻的结构⑵麻花钻切削部分的构成(图4-2) o主切削刃(3)麻花钻切削部分的几何角度(图4-3) o图4-3麻花钻切削部分的几何角度2为顶角，Yo为前角，Q。
为后角，e为横刃斜角(4)麻花钻切削部分几何角度定义、作用及选择参数(表4-2)。
表4-2麻花钻切削部分几何角度定义、作用及选择参数，名符号定义与作用选择参数顶角2*钻头两主切削刃之间的夹角称为顶角。
它的大小主要影响钻尖的强度、前角和轴向力。
顶角大，钻尖强度大，并可加大前角，但钻削时轴向加工材料顶角钢、铸铁116°〜118°钢锻件120°〜125°镭钢、不锈钢135°〜150°黄铜、青铜130°〜140°紫铜125°〜130°（续表）(5)麻花钻的刃磨要求。
①根据加工材料磨出正确的钻顶角，钻材料为一般中等硬度的钢和铸铁时2d)=116°〜118° o②两条主切削刃与轴线的夹角应磨得相等，否则产生单边切削，也会使孔径扩大, 孔壁粗糙，同时加剧钻头磨损(图4-4a) o图4-4钻头刃磨质量对孔加工的影响a.顶角不对称b.切削刃长度不等③两条主切削刃的长度应磨得相等且成直线，否则钻孔时产生晃动，扩大孔径使孔壁粗糙(图4-4b) o④磨出恰当的后角，以确定正确的横刃斜角。
(6)麻花钻存在的问题及其修磨如表4-3所示。
表4-3麻花钻存在的问题极其修磨（续表）特点及应用主切削刃与陵边的交角（刀尖角匕）太小，容易磨损磨出双重顶修磨顶角角2° = 70°〜75% f.= 0. 2D. 可增大刀尖角& •改善刀尖处的散热条件•适于钻铸铁的较大直径的钻头主切削刃全宽同时参加切削，切屑变形大•切削较困开分屑槽在两个主后刀面［一修磨出错开的分屑槽•或由制造厂在前刀面上开出分屑槽•有利于分屑、排屑•适于钻钢料的大直径钻头（续表）主切削刃主外径处修磨前刀面将主切削刃外径处的前刀面磨去一块•以减小该处的前角，适于大直径钻头加工硬材料时增加主切削刃外径处的强度和避免钻黄铜时“扎刀”特点及应用棱刃无后角引起磨损修磨棱边磨出副后角3 = 6° ~ 8°"=0. 1 ~0・ 3 mm.b可减少棱边与孔壁的摩擦，提高钻头的使用寿命，适于钻较软材料和钻孔精度要求较高的大直径钻头。
一．麻花钻切削部分的几何角度钻头实际上相当于正反安装的两把内孔车刀的组合刀具，只是这两把内孔车刀的主切削刃高于工件中心（因为有钻心而形成横刃的缘故，钻心半径为）。
（1）基面和切削平面在分析麻花钻的几何角度时，首先必须弄清楚钻头的基面和切削平面。
①基面：切削刃上任一点的基面，是通过该点，且垂直于该点切削速度方向的平面，如图7－35a所示。
在钻削时，如果忽略进给运动，钻头就只有圆周运动，主切削刃上每一点都绕钻头轴线做圆周运动，它的速度方向就是该点所在圆的切线方向，如图7－35b中A点的切削速度垂直于A点的半径方向，B点的切削速度垂直于B点的半径方向。
不难看出，切削刃上任一点的基面就是通过该点并包含钻头轴线的平面。
由于切削刃上各点的切削速度方向不同，所以切削刃上各点的基面也就不同。
②切削平面：切削刃上任一点的切削平面是包含该点切削速度方向，而又切于该点加工表面的平面（图7－35a所示为钻头外缘刀尖A点的基面和切削平面）。
切削刃上各点的切削平面与基面在空间相互垂直，并且其位置是变化的。
（2）主切削刃的几何角度（如图7-36所示）①端面刃倾角为方便起见，钻头的刃倾角通常在端平面内表示。
钻头主切削刃上某点的端面刃倾角是主切削刃在端平面的投影与该点基面之间的夹角。
如图7－36所示，其值总是负的。
且主切削刃上各点的端面刃倾角是变化的，愈靠近钻头中心端面刃倾角的绝对值愈大（见图7－36b）。
②主偏角麻花钻主切削刃上某点的主偏角是该点基面上主切削刃的投影与钻头进给方向之间的夹角。
由于主切削刃上各点的基面不同，各点的主偏角也随之改变。
主切削刃上各点的主偏角是变化的，外缘处大，钻心处小。
③前角麻花钻的前角是正交平面内前刀面与基面间的夹角。
由于主切削刃上各点的基面不同，所以主切削刃上各点的前角也是变化的，如图7－36所示。
前角的值从外缘到钻心附近大约由+30°减小到-30°，其切削条件很差。
④后角切削刃上任一点的后角，是该点的切削平面与后刀面之间的夹角。
麻 花 钻《机械加工方法与通用设备》扬州市职业大学 机械工程学院1、麻花钻的组成及结构参数；2、麻花钻切削部分几何参数；3、麻花钻的结构特征。
麻 花 钻柄部是钻头的夹持部分，用于联接机床，钻孔时传递转矩。
按麻花钻直径的大小，分为直柄（直径<12mm）和锥柄（直径>12mm）两种。
一、 麻花钻的组成由柄部、颈部和工作部分组成。
1、柄部颈部用于连接柄部和工作部分，供磨削时砂轮退刀和打印标记用。
直柄钻头没有颈部。
2、颈部麻花钻的工作部分是钻头的主要部分，由切削部分和导向部分组成。
切削部分 担负着切削工作，由两个前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃及一个横刃组成。
导向部分 是当切削部分切入工件后起导向作用，也是切削部分的备磨部分。
3、工作部分标准麻花钻的切削部分由五刃(两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃)和六面(两个前刀面、两个主后刀面和两个副后刀面)组成。
与工件过渡表面(孔底)相对的端部两曲面螺旋槽与主后刀面的两条交线与工件已加工表面(孔壁)相对的两条棱边螺旋槽的螺旋面棱边与螺旋槽的两条交线两主后刀面在钻心处的交线五刃(两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃)和六面(两个前刀面、两个后刀面和两个副后刀面)组成。
1、直径d麻花钻的直径是钻头两刃带之间的垂直距离，它按标准尺寸系列或螺孔的底孔直径设计。
二、麻花钻的结构参数2、螺旋角β钻头外圆柱面与螺旋槽交线的切线与钻头轴线的夹角为螺旋角β。
tan 2x x r p βπ=在主切削刃上半径不同的点螺旋角不相等，越靠近钻头外缘处螺旋角↑，越靠近钻头中心，其螺旋角↓。
螺旋角↑，钻头的侧前角↑，钻头越锋利。
但是螺旋角过大，会削弱钻头强度，散热条件也差。
标准麻花钻的螺旋角一般在18°～30°，大直径取大值。
三、麻花钻切削部分的几何参数1、基面和切削平面Ø基面 麻花钻主切削刃上任一点的基面是通过该点并与该点切削速度方向垂直的平面，实际上是过该点与钻心连线的径向平面。
1 麻花钻结构点
麻花钻是最常用的孔加工刀具，此类钻头的直线型主切削刃较长，两主切削刃由横刃连接，容屑槽为螺旋形(便于排屑)，螺旋槽的一部分构成前刀面，前刀面及顶角(2ø)决定了前角γ的大小，因此钻尖前角不仅与螺旋角密切相关，而且受到刃倾角的影响。
麻花钻的结构及几何参数见图1。
d:直径 ψ:横刃斜角 α:后角 β:螺旋角 ø:顶角 d:钻芯直径 l:工作部分长度 图1 麻花钻结构及切削部分示意图
图2 麻花钻切削时的受力分析
图3 钻芯直径d-刚度d o 关系曲线
横刃斜角ψ是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角，ψ的大小及横刃的长短取决于靠钻芯处的后角和顶角的大小。
当顶角一定时，后角越大，则ψ越小，横刃越长(一般将ψ控制在50°～55°范围内)。
2 麻花钻受力分析
麻花钻钻削时的受力情况较复杂，主要有工件材料的变形抗力、麻花钻与孔壁和切屑间的摩擦力等。
钻头每个切削刃上都将受到f x、f y、f z三个分力的作用。
如图2所示，在理想情况下，切削刃受力基本上互相平衡。
其余的力为轴向力和圆周力，圆周力构成扭矩，加工时消耗主要功率。
麻花钻在切削力作用下产生横向弯曲、纵向弯曲及扭转变形，其中扭转变形最为显著。
扭矩主要由主切削刃上的切削力产生。
经有限元分析计算可知，普通钻尖切削刃上的扭矩约占总扭矩的80%，横刃产生的扭矩约占10%。
轴向力主要由横刃产生，普通钻尖横刃上产生的轴向力约占50%～60%，主切削刃上的轴向力约占40%。
以直径d=20mm麻花钻为例，在其它参数不变情况下改变钻芯厚度，从其刚度变化曲线(见图3)可以看出，随着钻芯直径d增加，刚度d o增大，变形量减小。
由此可见，钻芯厚度增加明显增加了麻花钻工作时的轴向力，直接影响刀具切削性能，且刀具刚度的大小对加工几何精度也有影响。
由于普通麻花钻的横刃为大负前角切削，钻削时会发生严重挤压，不仅要产生较大轴向抗力，而且要产生较大扭矩。
对于一些厚钻芯钻头，如抛物线钻头(g钻头)和部分硬质合金钻头(其特点之一是将钻芯厚度由普通麻花钻直径的11%～15%加大到25%～60%)等，其刚性较好，钻孔直线度好，孔径精确，进给量可加大20%。
但钻芯厚度的增大必然导致横刃更长，相应增大了轴向力和扭矩，这样不仅增加了设备负荷，而且会对加工几何精度产生较大影响。
此外，由于横刃与工件的接触为直线接触，当钻尖进入切削状态时，被加工孔的位置精度和几何精度难以控制。
因此，在加工过程中为防止引偏，往往需要用中心钻预钻中心孔。
为解决上述问题，一般采用在横刃两端开切削槽的方法来减小横刃长度，减轻挤压，从而减小轴向力和扭矩。
但在实际加工中，钻尖的负前角切削和直线接触方式定心性能差的问题并未从根本上得到解决。
为此，人们一直在对钻尖形状进行不断研究和改进，s刃钻尖就是解决这一问题的较好方法之一。
3 s刃钻尖的分类及特点
s刃钻尖也称为温斯陆钻尖，从端面投影看，其横刃为s形。
从正面投影可看到钻尖中部略
鼓，呈抛物线冠状。
由于s刃钻尖为曲线刃，钻尖进入切削的瞬时与工件为点接触，因而自
定心性及稳定性均优于普通麻花钻，轴向力降低，切削性能改善，钻头寿命延长，被加工孔
质量显著提高，孔的位置精度和几何精度令人满意，钻削进给量和进给速度进一步提高。
根
据抛物线冠状和横刃形状，s刃钻尖基本上可分为三种类型，即高冠s刃、低冠s刃和低冠小
s刃(见图4)。
1.高冠s刃钻尖
图4s刃钻尖的三种类型
2.高冠s刃钻尖以美国吉丁斯·路易斯钻头磨床修磨的温斯陆(winslow)钻尖为代表。
该机
床附设了一套特殊的凸轮机构，修磨出的s刃钻尖切削部分(l0)较长，s刃冠状曲率
较大。
特点：由于s部分较高(l0较长)，基本消除了负前角，甚至可实现正前角切削，
所以不必另加横刃切削槽。
修磨效率高，适于修磨厚钻芯刀具。
但钻尖尖端部分相
对薄弱，强度较差，不适合高速加工高硬度工件。
钻尖材质需采用具有较好韧性的
材料(如高速钢类)。
3.低冠s刃钻尖
低冠s刃钻尖以德国五轴磨床(由瑞士numroto配备编程软件)修磨的钻尖为代表。
钻尖切削
部分(l0)较短，s刃冠状曲率较小。
从端面投影方向可看出横刃为大s形，中间局部可为一小
段直线，横刃部分有两个小槽，可减小钻尖部分的负前角。
特点：因切削部分(l0)相对较短，钻尖尖端及主切削刃强度较好；由于钻尖s刃冠状曲率小，
因此自定心性及稳定性均优于高冠s刃钻尖。
开横刃前角后，钻削性能明显改善，既保留了
高冠s刃钻尖的优点，又提高了钻尖尖端的强度。
适用于加工较硬材料的工件(如钢件、铸铁
件等)。
钻头材质可采用高速工具钢、硬质合金或其它高硬度材料。
此类钻头的修磨较复杂，
要求较高。
4.低冠小s刃钻尖
此类钻尖形状与高冠s刃钻尖较类似，其横刃也为小s形，钻尖顶角(2ø)较上述两类钻尖更
大，主切削刃短(l0相对较短)，冠状曲率较小。
特点：因主切削刃较短，因此加工中的扭矩较小；由于主切削刃强度高、冠状曲率小，因此
自定心性和稳定性均比高冠s刃钻尖好。
另外，小s刃钻尖无负前角产生，因此不需在横刃
处加槽，既控制了轴向力，又减小了扭矩，可极大地改善切削性能。
适于修磨高硬度材料(如
硬质合金类)小螺旋角钻头。
4 s刃钻尖的修磨
s刃钻尖形状复杂，修磨难度大，很难用手工或普通钻头磨床修磨出理想的刃形，一般需要
使用具有特殊凸轮机构的钻头磨床或数控磨床才能实现精确修磨。
图5所示为s刃钻尖的简单修磨原理。
将被修磨钻头水平装夹于a轴，修磨时锥形砂轮与刀
具切削刃接触后，b轴在xz平面内转动，a轴联动(按后刀面螺旋升程要求旋转)；同时，砂
轮相对于刀具在y轴方向下降，
形成螺旋后刀面和s形横刃。
图5 s刃钻尖的简单修磨原理
钻尖的冠状高由圆锥砂轮(锥度
为30°～60°)修磨出的圆弧大小以及螺旋面的升程率决定，升程率增大时冠状高减小，圆弧越大冠状凸起越高(见图5)。
此外，冠状高及s曲线的半径与钻芯厚度直接相关。
修磨低冠s刃钻尖时，为改善切削性能，可用75°角砂轮在钻尖处开出两个小槽，并使其角度与s两半圆间的连线基本平行，这样既可保持主切削刃的强度，又可减小s刃中部产生的负前角，使冠状抛物线中部刀刃的前角等于零或小于零(r≥0)。
与普通麻花钻一样，s刃钻尖的顶角也非常重要，钻尖顶角修磨范围一般在90°～135°之间。
由图1可知，顶角(2ø)越小，主切削刃越长，切削负荷越大。
由于s刃钻尖的自定心性较好，因此不必采用减小顶角的方法来改善被加工孔的几何精度(该方法在加工实践中效果并不明显)，以避免增大切削负荷。
相反，为改善刀具切削性能，提高刀具强度和切削速度，一般将s刃钻尖的顶角设计为118°以上(甚至可达140°)。
此外，外缘后角决定了钻尖外缘部切入工件时楔角的大小。
刀具楔角的大小应根据被加工工件材料的硬度决定，当工件材料较软时，需选用较大的后角。
5 s刃钻尖的应用实例
我们将s刃钻尖修磨技术应用于发动机连杆小头孔的加工中，取得了良好效果。
工艺设计：20序：钻孔ø17+0.07mm，机床转数：200r/min，切削速度10.68mm/min，走刀量0.45mm/r。
40序：铰孔ø17.5+0.05mm。
用ø17mm普通麻花钻钻孔时，由于钻头自定心性能及钻削稳定性差，钻出的孔径经常达到或超过ø17.5mm，致使产品报废，操作者只好手工修磨钻尖，但修磨质量很不稳定。
