高效新鉆型專用刃磨機的研制

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：3405

 

鉆孔是金屬切削加工中最重要的工序之一。普通麻花鉆由于原始結(jié)構(gòu)的缺陷，極大地限制了鉆孔效率的提高。我國的群鉆是世界公認(rèn)的性能優(yōu)良的鉆型之一，但群鉆結(jié)構(gòu)復(fù)雜、刃磨困難，在生產(chǎn)中沒有得到廣泛使用。近年來，國內(nèi)外開發(fā)研制了一系列先進(jìn)鉆頭刃磨機和群鉆刃磨機，可以刃磨一些先進(jìn)鉆型和群鉆，但這些刃磨機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，大部分廠家難以接受。90年代初，日本細(xì)井公司開發(fā)了一種新鉆型，并研制出相應(yīng)的刃磨機，很快得到了市場認(rèn)同。細(xì)井鉆頭在性能上不如我國的群鉆，但因為它的刃磨機結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，使得細(xì)井鉆頭很快在生產(chǎn)中得以應(yīng)用。所以，開發(fā)高效新鉆型并研制操作方便、價格低廉的刃磨機具有重要意義。

1 新鉆型的提出


群鉆提高了鉆削效率。但分析發(fā)現(xiàn)，群鉆仍存在一定缺點：1)在刃磨時很難做到左、右切削刃完全對稱，這樣在鉆孔過程中將產(chǎn)生較大徑向力，鉆頭磨損加快而且產(chǎn)生孔徑擴大；2)群鉆的切屑在寬度上一分為二，切屑的外端和內(nèi)端的速度差仍較大，切削時附加變形仍很大；3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刃磨困難。











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(a)中小直徑鉆頭(5＜Ø＜20)



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(b)大直徑鉆頭Ø＞20)


圖1 新鉆尖刃形

我們對標(biāo)準(zhǔn)群鉆進(jìn)行優(yōu)化，得到了一種新鉆型。新型鉆頭的橫刃修磨方式與群鉆相同，同時我們采用了更好的分屑方式，使得新鉆型的鉆削性能優(yōu)于群鉆，并且簡化了結(jié)構(gòu)，使刃磨方便，其中小直徑(5＜Ø＜20)鉆頭的結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。鉆頭左側(cè)圓弧刃較短，約為整個切削刃長度的1/3 ，外刃較長，約為整個切削刃長度的2/3 ；右側(cè)圓弧刃較長，約為整個切削刃長度的2/3 ，外刃較短，約為整個切削刃長度的1/3 ；同時左側(cè)外刃低于右側(cè)外刃(高度差應(yīng)大于鉆削進(jìn)給量f，圖中虛線為右刃高出部分)；同時簡化后刀面，用平面代替螺旋面。大直徑鉆頭(Ø＞20)的結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示，左側(cè)圓弧刃約為整個切削刃長度的1/5，外刃約為整個切削刃長度的4/5 ；右側(cè)圓弧刃約為整個切削刃長度的2/5，外刃約為整個切削刃長度的3/5 ；在較高較短的一側(cè)外刃上開分屑槽，寬度約為整個切削刃長度的1/5 ，深度大于進(jìn)給量。此鉆頭在整個鉆孔過程中，切削力是對稱分布的。鉆頭剛開始接觸工件時，修短了的橫刃起到了良好定心作用；之后對稱的圓弧刃開始切入工件，由于圓弧刃變短，切削寬度減小；當(dāng)兩側(cè)的鉆頭接觸工件時，外刃開始參加切削，鉆頭右側(cè)外刃高于左側(cè)外刃，左側(cè)外刃長于右側(cè)外刃，故鉆孔時右側(cè)外刃只切外圓，左側(cè)外刃只切中間一圈�？梢�，本鉆頭的特殊結(jié)構(gòu)保證了切削刃上切削力的對稱分布。對于大直徑的鉆頭，切屑在主切削刃方向上分為五段，更好地減小了切削變形，其它性能與中小直徑鉆頭相同。
新鉆型有以下主要優(yōu)點：1)切屑在主切削刃寬度方向上分成三段或五段，每段切削刃外端和內(nèi)端的切削速度差明顯減小，降低了切削扭矩并減小了鉆頭磨損和切屑附加變形；2)切屑在外刃處為厚而窄的大螺距帶狀，排屑容易，圓弧刃縮短后，呈卷曲的切屑量減少，減少了切屑堵塞的危險性，因此排屑情況優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)群鉆；3)如果刃磨時兩側(cè)切削刃略有高低誤差，不會造成兩側(cè)切削負(fù)荷變化而影響徑向力的變化，只是在鉆入的瞬間有徑向力，而在鉆孔過程中徑向力是平衡的，這是其它鉆頭無法比擬的；4)刃磨方便。







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圖2 修磨調(diào)整原理圖

2 新型鉆頭的刃磨


該鉆型需要進(jìn)行切削刃、圓弧刃、橫刃及后刀面的修磨。完成一支鉆頭的修磨，砂輪中心高相對于鉆頭中心高要有三個高度的變化，才能保證磨出一定后角。刃磨時將鉆頭的螺旋后刀面簡化為平面，可方便刃磨，修磨過程中調(diào)整原理如圖2所示。

  1. 對刀，使切削刃水平，修磨切削外刃和圓弧刃。調(diào)整砂輪高度，保證第一后角b1=12°，a1=b1，則砂輪中心相對于鉆頭中心高出H1







    H1=Rsina1 (1)


    R為砂輪半徑，之后通過X、Y向的進(jìn)給磨出一側(cè)刃形，然后鉆頭繞直線旋轉(zhuǎn)180°，再進(jìn)行另一側(cè)的刃形修磨。

  2. 修磨二次后刀面，保證第二后角b2為20°。這是為了磨低后刀面，避免鉆孔時后刀面參與切削，同時又保證鉆頭的強度。a2=b2=20°，則砂輪需升高H2







    H2=Rsin20°+B-H1 (2)


    B為修磨后第一后刀面的寬度，約為3mm。

  3. 修磨橫刃，再次升高砂輪，使a3等于55°，則砂輪需再升高H3







    H3=Rsin55°-H2-H1 (3)

    在保證橫刃強度的條件下，盡量增大內(nèi)刃前角，有利于降低軸向力。a3取55°是綜合考慮這兩個方面的結(jié)果。









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圖3 鉆頭刃磨機運動原理圖

3 刃磨機研制


從理論上講，空間六個坐標(biāo)運動可以實現(xiàn)空間任意運動，從而可以完成空間任意形面的加工。六個坐標(biāo)如何選取，是機床結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)重點考慮的間題。我們所研制的刃磨機結(jié)構(gòu)如圖3所示，該刃磨機能實現(xiàn)上述修磨過程。其中X、Y方向的移動是為了實現(xiàn)X、Y方向的進(jìn)給運動，從而使砂輪的切削點相對于鉆頭的刃部形成所需的運動軌跡；a為鉆頭繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運動，具有180°的分度和定位功能，從而實現(xiàn)鉆頭左右切削刃的對稱修磨，同時鉆頭可以在繞自身軸線的方向上任意旋轉(zhuǎn)、定位，完成切削刃的對刀，實現(xiàn)不同后角的修磨。鉆頭軸線與X軸成30°夾角，保證了鉆頭切削刃是沿水平方向(Y軸)運動，形成了鉆頭120°鋒角；b 為夾具繞Z軸的轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)不同鋒角的修磨；Z'向的移動有三個固定位置，通過手柄來實現(xiàn)，手柄與砂輪頭架繞固定支點轉(zhuǎn)動，則砂輪相對于鉆頭的高度將發(fā)生變化，從而實現(xiàn)鉆頭的第一次后刀面、二次后刀面和橫刃的修磨，形成主后角、副后角和橫刃鋒角。這種調(diào)整方式結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、準(zhǔn)確性好，僅需三次簡單的扳動手柄動作，即可實現(xiàn)砂輪復(fù)雜的調(diào)整定位運動。對于砂輪磨損或不同直徑的鉆頭，還可以通過微調(diào)裝置使砂輪準(zhǔn)確定位，以保證鉆頭的角度。
本刃磨機具有下列優(yōu)點：

  1. 可方便地磨出新型鉆頭刃形，刃磨質(zhì)量穩(wěn)定，一致性好；

  2. 結(jié)構(gòu)簡單，由于將復(fù)雜的螺旋運動轉(zhuǎn)化為簡單的直線運動，所以大大簡化了機床結(jié)構(gòu)，降低了成本；

  3. 機床調(diào)整簡單方便，操作省時省力，與專用夾具配合，可快速地完成鉆頭刃部各部分的修磨；

  4. 砂輪輪廓修正很方便，操作非常簡單。


4 結(jié)論


新型鉆頭的刃磨難度比標(biāo)準(zhǔn)群鉆小，而鉆削性能明顯提高。新型鉆頭將較好地解決企業(yè)中存在的大量磨鈍鉆頭的重磨問題，而且可實現(xiàn)機械化刃磨，重磨時間大大縮短，耐用度、鉆削效率明顯提高。試驗證明，在相同條件下，新型鉆頭與基本型群鉆相比，鉆孔時軸向抗力降低了8.3%～19.4%，鉆削扭矩降低了 2.6%～21.7%。刃磨機結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉可以保證新鉆型的推廣，這勢必對我國機械行業(yè)起到推動作用。

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