一种高精度深孔复合钻及其加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种高精度深孔复合钻，包括刀柄、拉钉和直槽钻；拉钉前端插入刀柄右端的连接孔内，直槽钻插入刀柄左端开设的安装孔内并用压紧螺钉和压紧槽将直槽钻固定；本发明还公开了高精度深孔复合钻的加工方法，具体包括刀柄加工、直槽钻精加工、刀柄精加工、外形尺寸精加工和动态平衡；采用该方法加工的复合钻具有耐疲劳性强、强度高、精度高、耐磨损、排屑散热能力强、加工精度高等优点，能大幅减少次品或废品数量。
【专利说明】一种高精度深孔复合钻及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械加工【技术领域】，尤其涉及深孔的加工装置和加工方法，具体涉及一种高精度深孔复合钻及其加工方法。
【背景技术】
[0002]在机械工厂加工零件时，钻孔加工占其加工总量的30% _40%，随着科学技术的进步，在机械产品零部件加工中对孔的尺寸精度、表面的光洁度要求日益提高，而精密孔的加工常常成为生产的关键，现在许多行业的零配件需要加工大孔、深孔，在加工过程中，刀杆受孔径的限制，直径小，相对造成刚性差、强度低，严重影响产品质量，另外大孔、深孔加工中排屑难，切削液浇注跟不上，温度升高，导致刀具耐用度减弱，进口刀具加工效果好，但是价格昂贵。
[0003]在通常情况下，使用常规加工方法难于加工如图1所示零件上的台阶孔，原因主要有六方面，其一是钻头的耐疲劳性差，主要是毛坯采用灰口铁铸造，加工的孔与众多开口槽垂直交叉，加工时钻头受力变化大；其二是加工后的孔尺寸不易控制，留下质量隐患，主要是开口槽系铸造成型，因而不可避免地存在拔模斜度，加工时钻头受力不均，且中心定位不准，钻头易晃动，其三是钻头易磨损，主要是开口槽表面有硬化现象，且硬度不均，其四是使用的刀具数量较多、加工效率低、加工周期长、加工成本高，主要是该类孔的台阶较多、长径比大，有的孔甚至达15倍，其五是加工过程中的冷却效果较差，其六是钻头的整体刚性差，特别是长径比较大的钻头，如果选用高速钢钻头则易弯曲，如果选用硬质合金钻则易断
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【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种高精度深孔复合钻及其加工方法，以解决现有深孔钻所存在的钻头耐疲劳性差、尺寸不易控制、易磨损、冷却效果差以及加工过程操作繁琐、效率低、周期长、成本高的问题。
[0005]本发明是通过如下技术方案予以实现的:
[0006]一种高精度深孔复合钻，包括刀柄、拉钉和直槽钻，刀柄左右两端分别为圆柱段和锥形段，圆柱段中心开有安装孔，锥形段中心开有连接孔，安装孔与连接孔之间开设有通孔，连接孔外端设有沉孔，圆柱段外壁设有两个间隔布置的法兰盘，所述直槽钻包括安装座，安装座外壁开有压紧槽，圆柱段外壁顶端开设有两个压紧孔，压紧孔与法兰盘逐一间隔布置，安装座前端为切削刃，切削刃与安装座之间开有两条对称的排屑槽，安装座插入所述安装孔内后圆柱段顶端的两个压紧槽内均旋入压紧螺钉，压紧螺钉末端与安装座外壁的压紧槽紧贴；拉钉前端插入所述连接孔内，拉钉前端外壁设有外螺纹，外螺纹与连接孔内的内螺纹相啮合，拉钉中部设有一环形的凸台，凸台前端插入沉孔内。
[0007]所述直槽钻右端的安装座插入刀柄左端的安装孔内后，安装座右端设有一密封圈。
[0008]所述压紧槽为斜槽，其底面与直槽钻中轴之间的夹角为2-3° ;所述压紧孔与直槽钻中轴之间的夹角为92-93°，且压紧孔内开设的螺纹等级为6级。
[0009]所述连接孔的内螺纹精度选用5级，所述沉孔与凸台的配合间隙< 0.0lmm ;所述安装座与安装孔之间的配合间隙< 0.01_。
[0010]所述刀柄的锥形段与安装孔的同轴度彡0.005mm ;所述安装孔底端面的平面度、与中心线的垂直度均控制在0.003mm以内，粗糙度为Ra0.8以下。
[0011]所述通孔的直径为5mm，标准公差为IT8级，粗糙度为Ral.6以下。
[0012]所述刀柄材质为不锈钢，整体硬度为HRC28-32。
[0013]所述压紧螺钉为内六角平端紧定螺钉。
[0014]一种高精度深孔复合钻的加工方法，该方法包括以下步骤:
[0015](A)刀柄在热处理后采用精密数控车加工出法兰盘、安装孔、压紧孔、通孔、连接孔、沉孔和锥形段，其中，锥形段留单边余量0.08-0.1Omm,再采用精密外圆磨床对其进行配磨，保证锥形段在机床主轴中被拉紧后的配合度达到80%以上；
[0016](B)直槽钻选用标准的硬质合金圆面积棒作坯料，采用激光烧蚀法加工液孔，采用精密外圆磨床、万能数控工具磨床磨削其余各处尺寸，其中，切削刃各径向尺寸留双边余量0.02-0.04mm ；
[0017](C)高精度深孔复合钻装配完成后，以刀柄右端的锥形段为基准，用精密外圆磨床对切削刃各径向尺寸进行磨削加工，以消除各部件的装配误差；
[0018](D)采用万能数控工具磨床磨削高精度深孔复合钻的各刃口尺寸至要求；
[0019](E)对高精度深孔复合钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
[0020]所述步骤(C)中对切削刃直径精度加工为IT6级，并设置可刃磨长度8-10mm。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]与现有技术相比，本发明提供的高精度深孔复合钻及其加工方法，通过利用刚性更强的硬质合金阶梯直槽钻取代传统的刀具，有效提高了刚性和耐磨性，且有效解决了耐疲劳性差的问题；还减少了刀具的使用数量，降低了成本，提高了加工效率并缩短了加工周期；同时，本发明再利用数控设备的中心内冷方式将切削加工中产生的切屑及其热量带走，有效解决了钻头易磨损以及冷却效果差的问题，降低了加工难度，提高了可操作性和经济性；此外，采用本发明提供的加工方法加工的复合钻具有极高的尺寸精度，能有效提高零件的加工精度，提升成品品质，减少废品或次品的数量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是需加工的零件结构图；
[0024]图2是本发明的结构图；
[0025]图3是本发明中刀柄的结构图；
[0026]图4是本发明中拉钉的结构图；
[0027]图5是本发明中直槽钻的主视图；
[0028]图6是图5的左视图；
[0029]图中:1-拉钉，2-刀柄，3-密封圈，4-压紧螺钉，5-直槽钻，11_外螺纹，12-凸台，21-法兰盘，22-沉孔，23-连接孔，24-锥形段，25-通孔，26-圆柱段，27-安装孔，28-压紧孔，51-切削刃，52-排屑槽，53-安装座，54-压紧槽，55-液孔。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；
[0031]如图2-6所示，本发明提供的高精度深孔复合钻，它包括刀柄2、拉钉I和直槽钻5，刀柄2左右两端分别为圆柱段26和锥形段24，圆柱段26中心开有安装孔27，锥形段24中心开有连接孔23，安装孔27与连接孔23之间开设有通孔25，连接孔23外端设有沉孔22，圆柱段26外壁设有两个间隔布置的法兰盘21，所述直槽钻5包括安装座53，安装座53外壁开有压紧槽54，圆柱段26外壁顶端开设有两个压紧孔28，压紧孔28与法兰盘21逐一间隔布置，安装座53前端为切削刃51，切削刃51与安装座53之间开有两条对称的排屑槽52，安装座53插入所述安装孔27内后圆柱段26顶端的两个压紧槽28内均旋入压紧螺钉4，压紧螺钉4末端与安装座53外壁的压紧槽54紧贴；拉钉I前端插入所述连接孔23内，拉钉I前端外壁设有外螺纹11，外螺纹11与连接孔23内的内螺纹相啮合，拉钉I中部设有一环形的凸台12，凸台12前端插入沉孔22内。
[0032]所述直槽钻5右端的安装座53插入刀柄2左端的安装孔27内后，安装座53右端设有一密封圈3。通过该密封圈3将直槽钻5与刀柄2内的安装孔27隔绝，避免切屑从通孔25掉入连接孔23内，影响连接稳定性。
[0033]所述压紧槽54为斜槽，其底面与直槽钻5中轴之间的夹角为2-3° ;所述压紧孔28与直槽钻5中轴之间的夹角为92-93°，且压紧孔28内开设的螺纹等级为6级。通过倾斜布置的压紧槽54和压紧孔28能有效完成直槽钻5的固定，避免直槽钻5出现轴向位移，保证钻孔精度。
[0034]为了保证连接的稳固性，避免出现轻易脱落的情况，所述连接孔23的内螺纹精度选用5级，所述沉孔22与凸台12的配合间隙彡0.0lmm ;所述安装座53与安装孔27之间的配合间隙< 0.01mm。
[0035]为了提高钻孔精度，所述刀柄2的锥形段24与安装孔27的同轴度彡0.005mm ;所述安装孔27底端面的平面度、与中心线的垂直度均控制在0.003mm以内，粗糙度为Ra0.8以下。
[0036]为了满足中心内冷的特性并提高内冷效率，所述通孔25的直径为5mm，标准公差为IT8级，粗糙度为Ral.6以下。
[0037]为了提高直槽钻5的强度和耐磨损性能，所述刀柄2材质为不锈钢，整体硬度为HRC28-32。
[0038]所述压紧螺钉4为内六角平端紧定螺钉，保证压紧螺钉4插入压紧孔28后顶端不会伸出，避免与其他工件发生交涉。
[0039]实施例1:
[0040]上述高精度深孔复合钻的加工方法如下:
[0041]刀柄2在热处理后采用精密数控车加工出法兰盘21、安装孔27、压紧孔28、通孔25、连接孔23、沉孔22和锥形段24，其中，锥形段24留单边余量0.08mm,再采用精密外圆磨床对其进行配磨，保证锥形段24在机床主轴中被拉紧后的配合度达到85% ;直槽钻5选用标准的硬质合金圆面积棒作坯料，采用激光烧蚀法加工液孔55，采用精密外圆磨床、万能数控工具磨床磨削其余各处尺寸，其中，切削刃51各径向尺寸留双边余量0.02mm ;高精度深孔复合钻装配完成后，以刀柄2右端的锥形段24为基准，用精密外圆磨床对切削刃51各径向尺寸进行磨削加工，以消除各部件的装配误差，对切削刃51直径精度加工为IT6级，并设置可刃磨长度8mm ;采用万能数控工具磨床磨削高精度深孔复合钻的各刃口尺寸至要求；对高精度深孔复合钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
[0042]实施例2:
[0043]上述高精度深孔复合钻的加工方法如下:
[0044]刀柄2在热处理后采用精密数控车加工出法兰盘21、安装孔27、压紧孔28、通孔25、连接孔23、沉孔22和锥形段24，其中，锥形段24留单边余量0.09mm,再采用精密外圆磨床对其进行配磨，保证锥形段24在机床主轴中被拉紧后的配合度达到83% ;直槽钻5选用标准的硬质合金圆面积棒作坯料，采用激光烧蚀法加工液孔55，采用精密外圆磨床、万能数控工具磨床磨削其余各处尺寸，其中，切削刃51各径向尺寸留双边余量0.03mm ;高精度深孔复合钻装配完成后，以刀柄2右端的锥形段24为基准，用精密外圆磨床对切削刃51各径向尺寸进行磨削加工，以消除各部件的装配误差，对切削刃51直径精度加工为IT6级，并设置可刃磨长度9mm ;采用万能数控工具磨床磨削高精度深孔复合钻的各刃口尺寸至要求；对高精度深孔复合钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
[0045]实施例3:
[0046]上述高精度深孔复合钻的加工方法如下:
[0047]刀柄2在热处理后采用精密数控车加工出法兰盘21、安装孔27、压紧孔28、通孔25、连接孔23、沉孔22和锥形段24，其中，锥形段24留单边余量0.1Omm,再采用精密外圆磨床对其进行配磨，保证锥形段24在机床主轴中被拉紧后的配合度达到89% ;直槽钻5选用标准的硬质合金圆面积棒作坯料，采用激光烧蚀法加工液孔55，采用精密外圆磨床、万能数控工具磨床磨削其余各处尺寸，其中，切削刃51各径向尺寸留双边余量0.04mm;高精度深孔复合钻装配完成后，以刀柄2右端的锥形段24为基准，用精密外圆磨床对切削刃51各径向尺寸进行磨削加工，以消除各部件的装配误差，对切削刃51直径精度加工为IT6级，并设置可刃磨长度1mm;采用万能数控工具磨床磨削高精度深孔复合钻的各刃口尺寸至要求；对高精度深孔复合钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
[0048]加工完成后，本发明的具体使用方法为:把拉钉I装入刀柄2中，使拉钉I的外螺纹11旋入刀柄2右端的连接孔23内并拧紧，将压紧螺钉4分别旋入刀柄2上开设的两个压紧孔28中，但前端面不得超出刀柄2的压紧孔28，将密封圈3放入刀柄2左端的安装孔27内的底端面处，再将硬质合金材质的直槽钻5装入刀柄2的安装孔27中，并将安装座53右端面紧靠密封圈3。旋转直槽钻5，使压紧槽54正对已装入刀柄2中的压紧螺钉4，最后拧紧压紧螺钉4即可。
【权利要求】
1.一种高精度深孔复合钻，其特征在于:包括刀柄(2)、拉钉(I)和直槽钻(5)，刀柄(2)左右两端分别为圆柱段(26)和锥形段(24)，圆柱段(26)中心开有安装孔(27)，锥形段(24)中心开有连接孔(23)，安装孔(27)与连接孔(23)之间开设有通孔(25)，连接孔(23)外端设有沉孔(22)，圆柱段(26)外壁设有两个间隔布置的法兰盘(21)，所述直槽钻(5)包括安装座(53)，安装座(53)外壁开有压紧槽(54)，圆柱段(26)外壁顶端开设有两个压紧孔(28)，压紧孔(28)与法兰盘(21)逐一间隔布置，安装座(53)前端为切削刃(51)，切削刃(51)与安装座(53)之间开有两条对称的排屑槽(52)，安装座(53)插入所述安装孔(27)内后圆柱段(26)顶端的两个压紧槽(28)内均旋入压紧螺钉(4)，压紧螺钉(4)末端与安装座(53)外壁的压紧槽(54)紧贴；拉钉(I)前端插入所述连接孔(23)内，拉钉(I)前端外壁设有外螺纹(11)，外螺纹(11)与连接孔(23)内的内螺纹相啮合，拉钉(I)中部设有一环形的凸台(12)，凸台(12)前端插入沉孔(22)内。
2.根据权利要求1所述的高精度深孔复合钻，其特征在于:所述直槽钻(5)右端的安装座(53)插入刀柄(2)左端的安装孔(27)内后，安装座(53)右端设有一密封圈(3)。
3.根据权利要求1所述的高精度深孔复合钻，其特征在于:所述压紧槽(54)为斜槽，其底面与直槽钻(5)中轴之间的夹角为2-3° ;所述压紧孔(28)与直槽钻(5)中轴之间的夹角为92-93°，且压紧孔(28)内开设的螺纹等级为6级。
4.根据权利要求1所述的高精度深孔复合钻，其特征在于:所述连接孔(23)的内螺纹精度选用5级，所述沉孔(22)与凸台(12)的配合间隙彡0.0lmm ;所述安装座(53)与安装孔(27)之间的配合间隙彡0.0lmm0
5.根据权利要求1所述的高精度深孔复合钻，其特征在于:所述刀柄(2)的锥形段(24)与安装孔(27)的同轴度< 0.005mm ;所述安装孔(27)底端面的平面度、与中心线的垂直度均控制在0.003mm以内，粗糙度为Ra0.8以下。
6.根据权利要求1所述的高精度深孔复合钻，其特征在于:所述通孔(25)的直径为5mm，标准公差为IT8级，粗糙度为Ral.6以下。
7.根据权利要求1所述的高精度深孔复合钻，其特征在于:所述刀柄(2)材质为不锈钢，整体硬度为HRC28-32。
8.根据权利要求1所述的高精度深孔复合钻，其特征在于:所述压紧螺钉(4)为内六角平端紧定螺钉。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的高精度深孔复合钻的加工方法，其特征在于:该方法包括以下步骤: (A)刀柄(2)在热处理后采用精密数控车加工出法兰盘(21)、安装孔(27)、压紧孔(28)、通孔(25)、连接孔(23)、沉孔(22)和锥形段(24)，其中，锥形段(24)留单边余量0.08-0.10mm，再采用精密外圆磨床对其进行配磨，保证锥形段(24)在机床主轴中被拉紧后的配合度达到80%以上； (B)直槽钻(5)选用标准的硬质合金圆面积棒作坯料，采用激光烧蚀法加工液孔(55)，采用精密外圆磨床、万能数控工具磨床磨削其余各处尺寸，其中，切削刃(51)各径向尺寸留双边余量0.02-0.04mm ； (C)高精度深孔复合钻装配完成后，以刀柄(2)右端的锥形段(24)为基准，用精密外圆磨床对切削刃(51)各径向尺寸进行磨削加工，以消除各部件的装配误差； (D)采用万能数控工具磨床磨削高精度深孔复合钻的各刃口尺寸至要求； (E)对高精度深孔复合钻进行动态平衡，保证刀具的动态稳定性能。
10.根据权利要求9所述的高精度深孔复合钻的加工方法，其特征在于:所述步骤(C)中对切削刃(51)直径精度加工为IT6级，并设置可刃磨长度8-10mm。
【文档编号】B23B41/02GK104439397SQ201410639912
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】郑德猛, 胡志宇 申请人:贵州凯星液力传动机械有限公司