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文檔簡介
碩十學(xué)位論文 摘要 群鉆是針對普通麻花鉆所存在的問題 進(jìn)行合理修磨而創(chuàng)制的新鉆型 其切 削性能非常優(yōu)異 然而 群鉆的刃面復(fù)雜 刃磨表面多 一直以來主要靠手工或 開發(fā)出專用機(jī)床進(jìn)行刃磨 手工刃磨勞動強(qiáng)度大 技術(shù)要求高 精度難以保證 而專用機(jī)床造價高 一般企業(yè)難以承受 因此 嘗試在普通磨床上實現(xiàn)群鉆的機(jī) 械化和自動化刃磨對于群鉆技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣意義十分重大 解決群鉆機(jī)械化和自動化刃磨問題的關(guān)鍵在于根據(jù)群鉆刃磨機(jī)床正確建立群 鉆的數(shù)學(xué)模型 并找到群鉆設(shè)計參數(shù)與刃磨參數(shù)之間的關(guān)系 本文選擇在生產(chǎn)中 應(yīng)用非常廣泛的g r i n d s m a r t6 2 0 x s 數(shù)控工具磨床作為群鉆刃磨機(jī)床 以坐標(biāo)變換原 理為根本依據(jù) 通過對基本型群鉆結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)的分析 結(jié)合磨床各軸的運動 特點 建立了基于該磨床的螺旋面外刃后刀面群鉆數(shù)學(xué)模型 推導(dǎo)了刃磨參數(shù)與 設(shè)計參數(shù)的關(guān)系方程組 并以直徑8 m m 的群鉆為例 求出了具體的刃磨參數(shù)值 為了驗證數(shù)學(xué)模型的正確性 文中以s o l i d w b r k sc a d 軟件為工具 建立了群鉆的 三維實體模型 并在實體模型上對群鉆結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了測量 測量結(jié)果表 明幾乎所有參數(shù)測量值與理論值之間的誤差都控制在較小的范圍內(nèi) 因此 本文 提出的群鉆數(shù)學(xué)模型完全正確 最后 利用與磨床配套的v i r t u a l g r i n d 軟件對圓錐 面后刀面群鉆進(jìn)行了仿真 其結(jié)果證明了在該磨床上刃磨群鉆的確可行 本文的研究為群鉆刃磨數(shù)控程序的編制 群鉆刃磨仿真軟件的后續(xù)開發(fā) 以 及最終在此磨床上實現(xiàn)群鉆的機(jī)械化和自動化刃磨提供了理論基礎(chǔ) 同時 對于 其他群鉆刃磨方法的研究也有一定的借鑒作用 關(guān)鍵詞 群鉆 螺旋角 數(shù)學(xué)模型 切削刃 刃磨參數(shù) i i 基于g r i n d s m a n6 2 0 x st 具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 a b s t r a c t t h en e wt y p ec h i n e s em u l t i f a c e td r i l l c m f d d e v e l o p e df r o mt h ec o m m o nt w i s t d r i ub yr a t i o n a l l yr e g r i n d i n gi no r d e rt os o l v ep r o b l e m se x i s t i n gw i t ht h et w i s td r i l lh a s a ne x c e n e n tp e r f o r m a n c ew h e nc u t t i n g h o w e v e r i t sc u t t i n ge d g e f a c ea n dn a n ka r e v e r yc o m p l e x a n dt h e r ea r et 0 0m a n ys u r f a c e st ob eg r o u n d s oa l la l o n gi ti sc h i e f ly g r o u n db yh a n d w o r ko rd e v e l o p i n gs p e c i a lg r i n d e r t h em a n u a lm e t h o dn e e d sm u c h m o r ew o r ka n dh i g h e rr e q u i r ei ns k i l l s 0t h ep r e c i s i o ni sd i f f i c u l tt ob ee n s u r e d a n d t h a tt h es p e c i a lg r i n d e ri st 0 0e x p e n s i v ei sh a r dt 0b er e c e i v e df o rs o m ec o n l p a n i e s s o t r y i n gt og r i n dt h ec m f da u t o m a t i c a l l yw i t hac o m m o ng r i n d e rp l a y sas i g n i f i c a n tr o l e i na p p l y i n ga n dp o p u l a r i z i n gt h ec m f di nm a n u f a c t u r e t h ek e yt ot h ep r o b l e mo fg r i n d i n gt h ec m f da u t o m a t i c a u yi st oe s t a b l i s hi t s m a t h e m a t i c a lm o d e l sc o r r e c t l ya c c o r d i n gt 0t h eg r i n d i n gm a c h i n e a n dt of i n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e s i g na n dg r i n d i n gp a r a m e t e r s c h o o s i n gt h eg r i n d s m a r t6 2 0 x s t o o lg r i n d e rg r e a t l yu s e di nm a n u f a c t u r ea st h ec m f dg r i n d e r t h r o u g ha n a l y z i n g s t r u c t u r ea n dd e s i g np a r a m e t e r s0 ft l l eb a s i ct y p ec m f da n dc o n s i d e r i n gt h em o t i o n c h a r a c t e r i s t i co fe a c h 觚i s0 ft h eg r i n d e r m a t h e m a t i cm o d e l sf o r t h ec m f dw i t h h e l i c o i df l a n k sb a s e do nt h eg r i n d e ra r ee s t a b l i s h e di nt h i s p a p e ra c c o r d i n gt ot h e p r i n c i p l eo fc o o r d i n a t e st r a n s f b r m e q u a t i o ng r o u p ss h o w i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n d e s i g na n dg r i n d i n gp a r a m e t e r sa r er a t i o c i n a t e da n dg r i n d i n gp a r a m e t e r so fc m f d w i t ha n8 m md i a m e t e ra r es o l v e d t 1 0c o n f i r mt h ec o r r e c t n e s so fm a t h e m a t i c a lm o d e l s a3 dm o d e li sc r e a t e du s i n gs o l i d w o r k s a n dt h e ns t r u c t u r ea n dd e s i g np a r a m e t e r sa r e m e a s u r e d t h er e s u l tt h a ta l m o s ta l le r r o r so ft h ep a f a m e t e r sa r ev e r ys m a l lc e r t i f i e s t h ec o r r e c t n e s so ft h em a t h e m a t i c a lm o d e l s a tl a s t as i m u l a t i o nf o rt h ec m f dw i t h c o n i c a ln a n k si sc a r r i e d0 u tb yu t i l i z i n gv i r t u a l g r i n d a n dt h er e s u l tc o n f i r m st h e f e a s i b i l i t yt 0g r i n dt h ec m f d w i t ht h i sg r i n d e r t h e s t u d yn o t0 n l yp r 0 v i d e st h ef 6 u n d a t i o nf o rw r i t i n gc m f dg r i n d i n gp r o g r a m d e v e l o p i n gs o f t w a r ef b rs i m u l a t i n gt h eg r i n d i n gp r o c e s sa n df i n a l l yg r i n d i n gt h ed r i l l a u t o m a t i c a n yw i t ht h i sg r i n d e r b u ta l s oc a nb eu s e df o rr e f e r e n c ei nt h er e s e a r c ho n o t h e rc m f d g r i n d i n gm e t h o d s k e yw o r d s c h i n e s em u l t i f a c e td r i n c m f d h e l i xa n g l e m a t h e m a t i c a lm o d e l c u t t i n ge d g e g r i n d i n gp a r a m e t e r s 基于g t i n d s m a r t6 2 0 x s 工具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 圖1 1 圖1 2 圖2 1 圖2 2 圖2 3 圖2 4 圖3 1 圖3 2 圖3 3 圖3 4 圖3 5 圖3 6 圖3 7 圖3 8 圖4 1 圖4 2 圖4 3 圖4 4 圖4 5 圖4 6 圖4 7 圖5 1 圖5 2 圖6 1 圖6 2 圖6 3 圖6 4 圖6 5 圖6 6 圖6 7 圖6 8 圖6 9 圖6 1 0 插圖索引 坐標(biāo)平移示意圖 7 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)示意圖 7 群鉆與普通麻花鉆鉆尖 9 基本型群鉆與普通麻花鉆外形比較 9 群鉆的組成型面及參數(shù) 1 0 群鉆的基準(zhǔn)面 1 2 螺旋面鉆尖 1 4 螺旋面鉆尖的幾何特征 1 5 螺旋面鉆尖刃磨原理圖 1 5 主刃母線坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)示意圖 1 6 砂輪軸線向量圖 1 9 外刃結(jié)構(gòu)圓周后角 2 0 鉆尖使用半頂角 2 2 鉆尖橫刃斜角 橫刃前角和外刃圓周后角 2 5 群鉆的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系 3 0 g r i n d s m a r t6 2 0 x s 工具磨床的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系 3 1 圓弧刃和內(nèi)刃后刀面刃磨簡圖 3 2 內(nèi)刃前刀面及輔助圓柱面刃磨簡圖 3 5 分屑槽刃磨簡圖 3 7 內(nèi)刃法前角 4 5 e 點側(cè)后角 4 7 圓弧刃和內(nèi)刃后刀面刃磨參數(shù)的求解 5 3 橫刃修磨刃磨參數(shù)求解結(jié)果 5 4 鉆頭和機(jī)床坐標(biāo)系的建立 5 7 群鉆的c a d 實體模型及特征樹 5 8 內(nèi)刃前角的測量 5 8 評定參數(shù)的測量結(jié)果 5 9 分屑槽刃磨參數(shù)求解結(jié)果 6 2 d 2 0 m m 群鉆的a 心實體模型及特征樹 6 3 刃磨鉆溝的砂輪參數(shù) 6 5 刃磨圓弧刃時相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 6 5 修磨橫刃時相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 6 5 d 8 m m 群鉆 r t u a l g r i n d 仿真結(jié)果 6 5 v 碩士學(xué)位論文 表2 1 表4 1 表6 1 表6 2 表6 3 表6 4 表6 5 表6 6 附表索引 基本型群鉆鉆削部分的幾何參數(shù) 1 1 g r i n d s m a n6 2 0 x s 工具磨床加工軸和機(jī)械手軸技術(shù)參數(shù) 3 1 評定參數(shù)的誤差 5 9 不同圓弧刃后角的群鉆刃磨參數(shù)值 6 0 不同圓弧刃后角的實體模型評定參數(shù)的誤差 6 1 d 2 0 m m 群鉆刃磨參數(shù) 6 2 分屑槽設(shè)計參數(shù)和f 點坐標(biāo)的測量結(jié)果及誤差 6 3 d 2 0 m m 群鉆結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)的測量結(jié)果與理論值對比 6 4 湖南大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取 得的研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其 他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品 對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個 人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人完全意識到本聲明的法律后果 由本人承擔(dān) 作者簽名 茲磊 日期 嘶r 月 鄉(xiāng)日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué) 校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被查 閱和借閱 本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān) 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位 論文 本學(xué)位論文屬于 作者簽名 導(dǎo)師簽名 1 保密口 在 年解密后適用本授權(quán)書 2 不保密團(tuán) 請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打 獺 悶叫l(wèi) 日期 另旃r 月 3 日 日期 糾暗年f 月心日 碩士學(xué)位論文 1 1 課題提出的背景 第1 章緒論 鉆孔加工是機(jī)械加工中的 種重要工藝方法 幾乎應(yīng)用于任何零件的加工工一 序 目前用于鉆孔加工的刀具主要是麻花鉆 占孔加工刀具使用量的8 0 以上 因此 提高麻花鉆的切削性能己引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注 目前 隨著宇航制造業(yè) 原子能工業(yè) 電力工業(yè)的發(fā)展 難加工材料如復(fù)合材料 鈦合金 耐熱合金等被t 廣泛應(yīng)用 使用傳統(tǒng)的麻花鉆對這些材料進(jìn)行鉆孔加工時 鉆頭耐用度極低甚至 根本無法進(jìn)行加工 改進(jìn)麻花鉆的材料 改善麻花鉆的結(jié)構(gòu)及對磨鈍后的鉆頭進(jìn) 行合理修磨成為日益重要的研究課題 群鉆 又稱為倪志福鉆頭 是針對普通麻花鉆所存在的問題 進(jìn)行合理修磨 而創(chuàng)制的新鉆型 自1 9 5 3 年誕生以來 就在生產(chǎn)中顯示出強(qiáng)大的生命力 1 1 然而 群鉆的刃面復(fù)雜 刃磨表面多 長期以來主要靠手工進(jìn)行刃磨 勞動強(qiáng)度大 技 術(shù)要求也很高 操作者難以掌握 因此 刃磨質(zhì)量得不到保證 而且技術(shù)難以推廣 長期以來圍繞群鉆的刃磨問題進(jìn)行了許多研究工作 如何用機(jī)械方法刃磨出 群鉆 成為眾多學(xué)者研究的方向 并取得了一定的研究成果 2 5 1 解決群鉆機(jī)械化 和自動化刃磨問題的關(guān)鍵在于通過正確建立群鉆的數(shù)學(xué)模型 求解群鉆設(shè)計參數(shù) 與刃磨參數(shù)的關(guān)系 計算機(jī)及其軟件的迅速發(fā)展為解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題提供了有力 的保障 大大簡化了刃磨參數(shù)的求解 而數(shù)控機(jī)床尤其是數(shù)控工具磨床的發(fā)展為 群鉆的自動化刃磨提供了實現(xiàn)多維空間復(fù)雜運動的手段 因此 目前具備了實現(xiàn) 群鉆的機(jī)械化和自動化刃磨的條件 群鉆的普及和推廣將得以實現(xiàn) 1 2 鉆削技術(shù)簡介 1 2 1 鉆削加工的重要性及其特點 孔加工是最常用的材料切除方法之一 從目前情況看 工程中占主導(dǎo)地位的 仍然是機(jī)械鉆孔1 6 l 根據(jù)c i r p 調(diào)查 在機(jī)械行業(yè)中鉆孔加工時間約占切削加工總 時間的2 2 左右1 7 1 在某些行業(yè)機(jī)械加工中鉆孔工序可占總工序量的3 0 一4 0 1 而在加工中心上 鉆削加工工序約占總加工時間的3 0 一3 5 8 機(jī)械鉆孔是一種 得到孔形圓整 表面光潔 毛刺較小 且適應(yīng)性最廣的方法 也是孔加工中經(jīng)濟(jì) 效率最高的方法 所以 鉆削加工一直是切削加工領(lǐng)域倍受人們關(guān)注的研究課題 與其它加工方法相比 鉆削加工有其自身的特點 9 1 半封閉式切削 鉆削 時鉆頭不僅要鉆進(jìn)工件 切下切屑 還要把這些切屑從鉆頭的刃溝里排出來 它 基于g r i n d s m 板6 2 0 x s 工具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 三面受阻 網(wǎng)開半面 因此 存在 排屑 與 受阻 的矛盾 2 工作狀態(tài) 變化劇烈 刀刃各點的切削速度由高到零 刃口由銳刃快切到像楔子一樣硬擠 因此 存在 快切 與 硬擠 的矛盾 3 鉆孔加工刀具 鉆頭 比較特殊 它是 一根細(xì)長桿 且上面還開了螺旋槽 其有效截面很小 4 加工過程中受力狀況不 好 鉆頭除夾持部分外 懸伸比較長 因此 鉆頭剛性差 縱向穩(wěn)定性不好 以 上就是鉆削與車削 銑削及磨削等其它切削方法的主要差異 1 2 2 鉆削加工中存在的問題 鉆削加工中使用的鉆頭有扁鉆 淺孔鉆 深孔鉆 套料鉆 麻花鉆等 其中 應(yīng)用最普遍的是麻花鉆 麻花鉆是一種復(fù)雜的雙刃加工刀具 工作時主要由主刃 和橫刃進(jìn)行切削 由于鉆頭結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 因此鉆削時存在一些問題 1 主刃上 各點前角數(shù)值變化很大 接近鉆芯處已成為負(fù)前角 切削條件差 2 橫刃太長 有很大的橫刃偏角 又有很大的負(fù)前角 切削條件更差 因此軸向抗力差 定心 不好 3 主刃長 切屑寬 各點切屑流出的速度相差很大 切屑卷曲成寬的螺卷 所占空間體積大 導(dǎo)致排屑不順利 切削液難以流入 4 切削厚度沿切削刃分布 不均勻 在外緣處切削厚度大 并且此處切削速度最高 副后角為零 刃帶與孔 壁摩擦很大 因此 外緣處切削負(fù)荷大 磨損快 5 橫刃前 后角與主刃后角密 切相關(guān) 不能分別控制 6 高速鋼的耐熱性和耐磨性仍不夠高 1 1 針對這些問題 關(guān)于如何提高麻花鉆的切削性能 人們一直在探索改進(jìn)的方 法 這些方法主要包括以下三個方面 設(shè)計鉆頭時 改變其材料和結(jié)構(gòu)參數(shù) 制 造鉆頭時 廣泛采用新技術(shù)和新工藝 使用鉆頭時 通過修磨改變鉆型 選擇合 理的幾何參數(shù) 1 2 3 鉆削技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 盡管鉆頭在工程中有著廣泛的應(yīng)用 但鉆削加工過程卻非常復(fù)雜 因此 世 界各國的學(xué)者一直致力于鉆頭的改進(jìn)和對鉆削過程的研究 這些研究主要集中在 以下六個領(lǐng)域1 1 0 1 鉆頭材料的研究 2 鉆頭數(shù)學(xué)模型和幾何設(shè)計的研究 3 鉆頭制造方法的研究 4 鉆削過程與鉆削質(zhì)量的研究 5 鉆削機(jī)理與各種高性 能鉆頭的研究 6 鉆削過程模型驗證和鉆頭性能評估過程的自動化 切削條件及 鉆頭形狀選用數(shù)據(jù)庫和知識庫的建立等的研究 鉆頭材料的研究方面 在普通高速鋼的基礎(chǔ)上添加各種合金元素 開發(fā)超硬 高熱穩(wěn)定性的高速鋼 發(fā)展粉末冶金高速鋼 在傳統(tǒng)碳化鎢基硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上 添加各種碳化物與氮化物 并開發(fā)碳化鈦基的硬質(zhì)合金以及含稀土元素的硬質(zhì)合 金 其次 不斷地開發(fā)出各種涂層鉆頭以提高鉆頭的切削性能和使用壽命 如 聚晶金剛石 p c d 涂層的高散熱性和良好的潤滑性 適應(yīng)高速切削的需要 一種稱 為m o v i c 的二硫化鉬 m o s 2 涂層可用于鋁合金 鑄鐵 結(jié)構(gòu)鋼和高合金鋼的高速 碩 學(xué)位論文 干鉆削或近干鉆削 另外 國外已研制出毫微晶狀硬質(zhì)合金用作生產(chǎn)鉆頭的材料 毫微晶狀硬質(zhì)合金的微粒尺寸比微子更小 其剛性如同高速鋼 而硬度與硬質(zhì)合 金相當(dāng) 因此二用它生產(chǎn)的鉆頭切削速度可以大大提高 并且鉆頭壽命是原來刀 具的8 1 0 倍 l l l 鉆頭數(shù)學(xué)模型和幾何設(shè)計的研究方面 在傳統(tǒng)直線主刃的基礎(chǔ)上 建立了曲 線主刃鉆頭的數(shù)學(xué)模型 1 9 9 0 年 m a f u g e l s o 發(fā)現(xiàn) 如果在刃磨之前 將鉆頭繞 自身軸線旋轉(zhuǎn)5 0 1 0 0 就可以解決直線主刃麻花鉆在靠近鉆芯處主刃后角過小的 問題 只是主刃將變得微微彎曲 1 2 l 同年 y w a n g 將主刃看作曲線 利用多項式 插補(bǔ)方法建立了鉆頭螺旋前刀面的幾何模型 1 9 9 1 年 c l i n 和z q c a o 提出了一 種適合于直線和曲線刃 采用錐面 柱面和平面后刀面的麻花鉆綜合數(shù)學(xué)模型 1 9 9 9 年 k c r e n 和j n i 提出用二項式表示任意形狀的主刃曲線 鉆頭前刀面采用 新的數(shù)學(xué)模型 并用向量分析方法 建立了二次曲面后刀面的刃磨參數(shù)與幾何參 數(shù)之間的關(guān)系 另外 人們在鉆頭結(jié)構(gòu)和刃磨方法的改進(jìn)等方面也做了大量有意 義的工作 先后提出了2 0 0 多種互不相同的鉆頭形狀 以改善其切削性能 加l 鉆頭制造方法的研究方面 發(fā)展了多種鉆槽加工方法 如銑制法 四輥軋制 法 四板搓制法 擠壓法和成型磨法 磨制法能夠大大提高鉆頭表面質(zhì)量和減少 形狀誤差 因此 為越來越多的生產(chǎn)者所青睞 1 4 l 鉆削過程與鉆削質(zhì)量的研究方面 鉆削溫度和鉆削力是人們重點關(guān)注的研究 課題 q s h e n 等人用有限元的方法計算了平鉆鉆削過程中的瞬時溫度 并分析了 鉆尖角 鉆削速度和進(jìn)給速度與鉆頭瞬時溫度的關(guān)系 l c h e nw 色n c h o u 用三維 有限元的方法計算了不同斷面形狀的鉆頭由切削刃和后刀面產(chǎn)生的切削溫度 為 研制更高壽命的鉆頭指明了方向1 1 6 1 k e n tn b a c h u s 和m a t t h e wt r o n d i n a 等人研 究了不同的鉆削力對鉆削區(qū)域表層組織溫度的影響 1 刀 湖南大學(xué)溫松明 胡思節(jié) 蔡逸玲等人用 類二維 法和最小能量理論 建立了群鉆流屑角模型和鉆削力預(yù) 測模型 推導(dǎo)了群鉆鉆削能的理論計算公式 1 8 2 各種高性能鉆頭的研究方面 出現(xiàn)了群鉆 槍鉆 干切削鉆頭 微孔鉆頭 深孔鉆頭 長鉆頭 可轉(zhuǎn)位鉆頭和多螺旋槽鉆頭等 l o 另外 還出現(xiàn)了各種新型 鉆頭 如日本黛杰工業(yè)株式會社技術(shù)研究所開發(fā)的新型s c u t 鉆頭 鉆頭 f 1 整體鉆頭和b 咄鉆頭1 2 2 1 德國冊xp l u s 公司技術(shù)研發(fā)部開發(fā)的p h ap o i n l 一新型模塊式鉆頭 a l p h a4t f l 型深孔鉆頭和a l p h a4p l u sm i c r o 型小尺寸鉆 頭i 矧 拋物線鉆頭 2 4 2 5 l 以及五尖九刃麻花鉆 2 6 等等 隨著鉆削技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步 鉆頭和鉆削的研究必然呈現(xiàn)如下趨勢 1 鉆削過 程建模成為研究熱點 2 鉆頭的幾何設(shè)計和制造方法仍將是研究的重點 3 鉆 削機(jī)理的研究將逐漸受到重視 姍 基于g r i n d s m a r t6 2 0 x st 具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 1 3 群鉆技術(shù)的歷史和發(fā)展 1 3 1 群鉆數(shù)學(xué)模型的研究 1 9 8 2 年 j s h e n 等人建立了第一個群鉆數(shù)學(xué)模型 利用該模型 人們可以多 次重復(fù)地磨制群鉆 1 9 8 4 年 c l i n 和s m w u 對9 種典型群鉆進(jìn)行了研究 改進(jìn) 了群鉆的數(shù)學(xué)模型 為群鉆的計算機(jī)輔助設(shè)計提供了可能1 2 7 j 1 9 8 5 年 c h s i a o 和s m w u 提出了用計算機(jī)對群鉆進(jìn)行輔助優(yōu)化設(shè)計的具體方法 1 9 8 7 年 k h f u h 提出了一種利用綜合二次曲面模型和有限元方法設(shè)計和分析群鉆的方法 堋 e j u a n g 則提出了一個基于知識庫技術(shù)的群鉆刃磨叫c a m 集成系統(tǒng)1 2 糾 1 9 9 1 年 t i l i u 采用一種兩階段策略設(shè)計和優(yōu)化了一種加工機(jī)軸注油孔用群鉆 1 9 9 4 年 h t h u a n g 等人推導(dǎo)了群鉆切削刃的工作法后角和法前角的公式 提出了考 慮內(nèi)刃和圓弧刃之間過渡區(qū)的群鉆精確幾何模型 刪 2 0 0 1 年 g c w a n g 等人應(yīng)用 一種傾斜立體塊方法 建立了群鉆新的數(shù)學(xué)模型 解決了已有模型存在的橫刃幾 何形狀不確定的問題 保證了所設(shè)計群鉆的可加工性 3 1 1 3 2 群鉆刃磨技術(shù)的發(fā)展 群鉆是把普通鉆頭的一條主刃分為外刃 圓弧刃 內(nèi)刃三段 因此群鉆的刃 形較復(fù)雜 刃磨困難 1 1 最初 群鉆采用手工刃磨 這種方法很靈活 可根據(jù)鉆 孔的需要 選取鉆頭各部分的單元刃磨方式合理組合 而誕生新的鉆型 然而 手工刃磨的整個過程由操作工人控制 刃磨質(zhì)量依賴于工人的技術(shù)水平 因此 刃磨精度難以保證 隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展 某些行業(yè)對孔加工精度的要求越 來越高 在這種情況下 能夠獲得準(zhǔn)確刃形和對稱刃磨表面的群鉆機(jī)械化刃磨方 法成了一種必然趨勢 為此 在5 0 年代國外學(xué)者g a l l o w a yd f 就提出了普通麻花鉆鉆頭的數(shù)學(xué)模型 給出了后角的定義及測量方法 各個切削刃的數(shù)學(xué)模型 7 0 年代d e v r i e sm f 和 w us m 采用平面法將鉆頭三維空間曲面后刀面化為二維平面曲線進(jìn)行研究 重新 給出各個切削刃數(shù)學(xué)模型 為實現(xiàn)群鉆機(jī)械化刃磨提供了理論基礎(chǔ) 基于此 國 外學(xué)者如w us m m a f u g e l s o 以及r y o s v k eh o s o i 等 自7 0 年代先后研制出用于 普通麻花鉆或群鉆刃磨的數(shù)控刃磨機(jī) 為了能磨出錐面后刀面 這些刃磨機(jī)床在 機(jī)械結(jié)構(gòu)上都有一個固定的錐軸與鉆頭的軸線成一定的角度 用于刃磨鉆頭后刀 面 其它的軸則按刃磨參數(shù)以錐軸與鉆頭軸線夾角 e 錐面半頂角 s 錐面軸線 與鉆頭軸線的距離 川鉆頭軸線到錐頂?shù)拇怪本嚯x 的調(diào)整而設(shè)置 有時還需要 人工參與調(diào)整 成為半自動刃磨機(jī)床 1 9 8 2 年美國威斯康星大學(xué)的吳賢銘等人研 制出七軸數(shù)控鉆頭刃磨機(jī) 3 2 1 在該機(jī)床上刃磨出了與群鉆十分相似的多刃尖鉆頭 在國內(nèi) 1 9 7 8 年 北京永定機(jī)械廠群鉆小組研制了液壓機(jī)械式中型群鉆刃磨 碩士學(xué)位論文 機(jī)床 西1 0 m m 一西4 0 m m 取得了初步的經(jīng)驗 以后 在國家自然科學(xué)基金和企業(yè) 的支持下 湖南大學(xué) 北京航空航天大學(xué)在多年試驗研究的基礎(chǔ)上 分別開發(fā)了 數(shù)控群鉆刃磨技術(shù) 并研制了機(jī)床 取得了階段性的成果j 四j i 資陽益華研究所 在開發(fā)群鉆刃磨機(jī)床中 總結(jié)了多年來推廣群鉆技術(shù)的實際經(jīng)驗 設(shè)計出三維全 方位可調(diào)整的機(jī)械結(jié)構(gòu) 成功地刃磨出了2 0 多種群鉆鉆型 1 9 9 0 年湖南大學(xué)和長 沙第五機(jī)床廠共同推出m k 6 3 4 0 3 型數(shù)控群鉆磨床 并在該機(jī)床上刃磨出 改進(jìn)型 群鉆 但上述機(jī)床的造價高 專用性強(qiáng) 一般企業(yè)難以承受 群鉆的推廣應(yīng)用受 到限制 更重要的是所刃磨的鉆頭與真正的群鉆尚有一定距離 即群鉆的刃磨問 題還未從根本上得到解決 因此 有必要對群鉆的刃磨技術(shù)作進(jìn)一步研究 1 3 3 群鉆刃磨新技術(shù) 目前人們?nèi)心ト恒@鉆尖 普遍采用傳統(tǒng)的六坐標(biāo)或七坐標(biāo)專用數(shù)控鉆頭磨床 由三個互相垂直的坐標(biāo)確定鉆尖中心點的空間位置 通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)調(diào)整鉆頭的 空間姿態(tài) 從而實現(xiàn)鉆頭的刃磨 近年來 隨著機(jī)床技術(shù)的發(fā)展 出現(xiàn)了一種新型的數(shù)控加工設(shè)備 虛擬軸 機(jī)床 虛擬軸機(jī)床是機(jī)器人技術(shù)與機(jī)床技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 在原理上是按照s t e w a f t 平臺機(jī)器人的運動原理和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計和工作的 因此又被稱為s t e w a n 機(jī)床 機(jī)床的形狀酷似六足蟲 在結(jié)構(gòu)上除了各種形式的s t e w a n 平臺外 還包括由桿件 組成的多面體框架結(jié)構(gòu) 其主體在運動學(xué)上屬于并聯(lián)運動機(jī)構(gòu) 也有人把此類機(jī) 床稱為并聯(lián)機(jī)床 p a r a l l e ls t r u c t u r e dm a c h i n et 0 0 l s 這類機(jī)床通常由并聯(lián)桿系構(gòu)成 其典型結(jié)構(gòu)是通過可以伸縮的6 條 腿一連接定平臺和動平臺 每條 腿 各自單 獨驅(qū)動 控制6 條 腿靜的長度就可以控制裝有主軸頭的動平臺在空間中的位置及 姿態(tài) 以滿足刀具運動軌跡的要求 實現(xiàn)具有6 個自由度運動的復(fù)雜曲面的加工 3 3 1 正是在虛擬軸機(jī)床技術(shù)不斷成熟的基礎(chǔ)上 北京工業(yè)大學(xué)劉德忠 李士良等人結(jié) 合俄羅斯l a p i k 公司生產(chǎn)的l i m 7 5 0 虛擬軸加工中心 建立了基本型群鉆數(shù)學(xué)模 型 通過程序控制在該并聯(lián)機(jī)器人上實現(xiàn)了群鉆的自動模擬刃磨畔l 然而 并聯(lián) 機(jī)床還存在以下闖題 1 旋轉(zhuǎn)角度小 2 移動行程短 3 工作空間小 4 驅(qū) 動控制復(fù)雜 5 難以進(jìn)行精確的誤差補(bǔ)償 3 5 l 這些缺陷限制了它作為群鉆刃磨機(jī) 床的作用 增加了群鉆刃磨的難度 另外 江南大學(xué)的傅蔡安針對群鉆結(jié)構(gòu)復(fù)雜 采用機(jī)械自動化刃磨困難的問 題 提出了用電火花成形技術(shù)對群鉆進(jìn)行加工的新方法 同時他還介紹了工具電 極的設(shè)計和制造過程 并對加工成形后的群鉆的切削性能進(jìn)行了初步探討 3 6 他 的研究為解決群鉆的刃磨問題開辟了一條新的思路 但是這種加工方法的效率低 而且群鉆鉆尖的形位精度和表面質(zhì)量難以保證 綜上所述 幾十年來 人們在群鉆數(shù)學(xué)模型的建立 刃磨參數(shù)的求解以及群 基于g r j n d s m a r t6 2 0 x s 工具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 鉆機(jī)械化和自動化刃磨技術(shù) 包括群鉆刃磨機(jī)床的研制等方面進(jìn)行了深入而卓有 成效的研究 推動了群鉆技術(shù)的發(fā)展 為今后進(jìn)行群鉆鉆尖參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計 群 鉆的c a d c a m 以及高性能群鉆刃磨機(jī)床的研制等方面提供了理論基礎(chǔ) 然而 這些研究都有一定的局限性 難以應(yīng)用于生產(chǎn)實踐 因此 本文將對如何在普通 磨床上實現(xiàn)群鉆的機(jī)械化和自動化刃磨進(jìn)行研究 1 4 本文的研究目的和內(nèi)容 1 4 1 本文研究的目的 群鉆是一種切削加工性能十分優(yōu)異的鉆型 這已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中得到充分的 證明 因此眾多學(xué)者對它進(jìn)行了研究 為了能使群鉆技術(shù)在生產(chǎn)中得以推廣普及 從而大力提高鉆孔加工的效率和精度 必須改變一直以來群鉆主要依靠手工刃磨 的狀況 實現(xiàn)群鉆刃磨的機(jī)械化和自動化 幾十年來 隨著對群鉆技術(shù)研究的不 斷深入以及數(shù)控機(jī)床技術(shù)的快速發(fā)展 人們設(shè)計制造出了多種群鉆刃磨機(jī)床 然 而這些機(jī)床專用性強(qiáng) 不適宜于群鉆的推廣應(yīng)用 瑞士某公司生產(chǎn)的g r i n d s m a r t6 2 0 x s 數(shù)控工具磨床加工精度高 能夠刃磨 1 6 衄以下的各種銑刀 鉆頭和齒輪滾刀 在生產(chǎn)加工中應(yīng)用非常廣泛 在該磨床 上實現(xiàn)群鉆的機(jī)械化和自動化刃磨 不僅可以提高鉆孔加工的效率和精度 降低 生產(chǎn)成本 而且對于群鉆在生產(chǎn)中的推廣普及能起到很好的促進(jìn)作用 因此 將 如何在g r i n d s m a n6 2 0 x s 數(shù)控工具磨床上實現(xiàn)群鉆的機(jī)械化和自動化刃磨作為研 究課題意義十分重大 本文的研究目的是通過對基本型群鉆結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的分析 結(jié)合 g r i n d s m a r t6 2 0 x s 數(shù)控工具磨床各軸的運動特點 建立基于此磨床的群鉆數(shù)學(xué)模 型并求解刃磨參數(shù) 為群鉆刃磨仿真軟件的后續(xù)開發(fā)以及在此磨床上實現(xiàn)群鉆的 機(jī)械化和自動化刃磨提供了理論基礎(chǔ) 1 4 2 本文研究的內(nèi)容 基于上述研究目的 本文主要開展以下研究工作 1 在充分了解群鉆研究的歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上 對比分析各種群鉆加工方 法的優(yōu)缺點 找出本課題研究的切入點 2 根據(jù)機(jī)床各軸的運動特點 并力求使研究的問題簡化 選擇合適的群鉆 外刃后刀面類型 3 研讀前人探討群鉆數(shù)學(xué)模型方面的論文和專著 借鑒他人的方法 結(jié)合 g r i n d s m a r t6 2 0 x s 數(shù)控工具磨床正確建立群鉆的數(shù)學(xué)模型 4 結(jié)合群鉆的設(shè)計參數(shù) 運用m a t u 舊軟件求解采用上述機(jī)床進(jìn)行刃磨 時的群鉆各部分的刃磨參數(shù) 5 根據(jù)刃磨參數(shù) 在s o l i d w b r k s 中建立群鉆的三維實體模型 并在實體模 型上對必要的結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)進(jìn)行測量 通過對比分析測量值與理論值之間的誤 差判定數(shù)學(xué)模型的正確性 6 利用現(xiàn)有與機(jī)床配套的v i r t u a l g r i n d 軟件對群鉆刃磨過程進(jìn)行計算機(jī)仿 真 驗證在g r i n d s m a r t6 2 0 x s 工具磨床上刃磨群鉆的可行性 1 5 本文所采用的研究方法 本文在建立群鉆數(shù)學(xué)模型時主要基于空間坐標(biāo)變換原理 坐標(biāo)變換包括坐標(biāo) 平移和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn) 圖1 1 坐標(biāo)平移示意圖 弋勁f j d o j l 一 圖1 2 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)示意圖 x 圖1 1 中 經(jīng)過平移后的新坐標(biāo)系o x y 的坐標(biāo)原點o 在初始坐標(biāo)系0 i x y 中的 坐標(biāo)為 則任意一點p 在新舊坐標(biāo)系中的坐標(biāo)的相互關(guān)系即坐標(biāo)平移公式 為 j 扣x 而 1 1 y k 圖1 2 中 新坐標(biāo)系o x y 相對于原坐標(biāo)系伊x y 逆時針旋轉(zhuǎn)角度a 則任意一 點p 在新舊坐標(biāo)系中的坐標(biāo)相互關(guān)系即坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式為 j x c o s 口x 乙y s l n 口 1 2 y s i n 口x 年 c o s 口 對于三維空間坐標(biāo)系 假設(shè)新坐標(biāo)系o x y 是由舊坐標(biāo)系0 x z 經(jīng)過以下四步 變換得到的 坐標(biāo)原點 平移至0 l 而 y o 得到坐標(biāo)系0 1 一x y z o l x l y l z l 繞而逆時針旋轉(zhuǎn)口角得到坐標(biāo)系0 2 一x 2 y 2 2 2 0 2 一x 2 y 2 2 2 繞y 2 逆時針旋轉(zhuǎn)盧角得到坐標(biāo)系0 3 x 3 y 3 2 3 最后0 3 x 3 y z 3 繞z 逆時針旋轉(zhuǎn) 角得到新坐標(biāo)系o x y 7 同樣 我們可以得到 以下四個關(guān)系式 注意 本文中提到的所有坐標(biāo)系均為右手系 且逆時針旋轉(zhuǎn) 的方向是指由旋轉(zhuǎn)軸正向往負(fù)向看時坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)方向 基于g r i n d s m a r t6 2 0 x st 具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 剛貅 1 1 1 遺姚 剛孟 劉 1 c 0 s y ili 盯p訓(xùn)翊 c o s u i y i o1l iz i 1 3 1 4 1 5 亳蘭蘭妻 孟三習(xí)降亨舊 引n 7 1 6 小結(jié) 本章主要介紹了鉆削加工的重要性和特點 鉆削加工中存在的問題及其研究 現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 重點闡述了群鉆技術(shù)的研究和發(fā)展過程 并說明了課題的研究 目的 研究內(nèi)容和研究原理 碩士學(xué)位論文 第2 章基本型群鉆的特征和切削性能 群鉆自1 9 5 3 年誕生以來 通過生產(chǎn)實踐 鉆型不斷演進(jìn) 擴(kuò)展 創(chuàng)新 形成 了一套新的鉆型型譜 在系列鉆型型譜中 以加工各種鋼材的基本型群鉆應(yīng)用最 廣泛 它又是形成其他群鉆鉆型的基礎(chǔ) 因此 本章將對基本型群鉆的形狀特點 及其切削性能進(jìn)行重點分析 2 1 基本型群鉆鉆尖的形狀特征 圖2 2 中a b c 為基本型群鉆鉆尖外形 d 為普通麻花鉆鉆尖外形 比較兩者之間的差別 并且從圖2 1 中可以看出群鉆是在普通麻花鉆的鉆 尖上 磨出兩個對稱的圓弧刃 形成鉆心尖退縮 兩側(cè)尖并立的三尖刃形 再進(jìn)一步修磨 減窄橫刃 形成兩條較鋒利的內(nèi)刃 對于直徑較大的鉆頭 還 在一側(cè)外刃上磨出1 2 條分屑槽 圖2 1 群鉆與普通麻花鉆鉆尖 i a 小型 d 1 5 b 中型 d 4 0 d 普遁麻花鉆 圖2 2 基本型群鉆與普通麻花鉆外形比較 如圖2 3 基本群鉆鉆尖由內(nèi)刃后面i 1 圓弧刃后刀面2 2 外刃后刀 面3 3 內(nèi)刃前刀面4 4 鉆溝前刀面5 57 輔助圓柱面6 6 以及分 屑槽組成面7 8 9 只有鉆頭直徑d 1 5 時才開分屑槽 共6 個基本形面組成 這些基本形面形成了群鉆的 三尖七刃 下文將對照圖2 3 詳細(xì)地說明群鉆的形 狀特征 基于g r i n d s m a r t6 2 0 x st 具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 1 主切削刃分成三段 并形成三個尖 1 外刃 d c 段和d c 段切削刃 由外刃后刀面3 3 與鉆溝前刀面5 5 的交線形成 外刃長度z 約為鉆頭直徑d 的1 5 或1 3 即z 一0 豺 不磨分屑槽 ds1 5 毫米 z 一0 3 d 磨分屑槽 d 1 5 毫米 戮 n 一 4 期 鏹一 o l 勖 圖2 3 群鉆的組成型面及參數(shù) 2 圓弧刃 c b 段和c b 段切削刃 由圓弧刃后刀面2 2 與鉆溝前刀面 5 5 的交線形成 近似可看作圓弧 圓弧半徑r 約為鉆頭直徑d 的1 1 0 即 r 一0 h 毫米 圓弧刃半徑實為成型砂輪圓角半徑值 3 內(nèi)刃 b a 段和b a 段切削刃 由內(nèi)刃后刀面1 1 與內(nèi)刃前刀面4 4 的交線形成 4 三尖 即鉆心尖0 外刃與圓弧刃的交點c 和c 點 碩 l 學(xué)位論文 2 橫刃變窄 變尖又磨低 1 橫刃變窄 橫刃為a o a 段切削刃j 由兩內(nèi)刃后刀面l 與1 的交線形成 由于磨出了內(nèi)刃前刀面4 4 橫刃長度玩變窄 約為普通麻花鉆橫刃長的 1 4 1 6 或玩一o 0 4 d 毫米 2 橫刃變尖 由于磨了圓弧刃后刀面2 2 7 橫刃部分楔角稍變尖 3 橫刃磨低 由于磨了內(nèi)刃后刀面1 1 新的橫刃位置有所降低 即 尖高 很小 一0 0 4 d 毫米 3 磨分屑槽 在一邊外刃上磨出分屑槽8 其寬度i 約為外刃寬z 的一半 一z 3 一z 2 2 2 基本型群鉆的主要結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù) 群鉆鉆尖的結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)同普通麻花鉆一樣 也是在鉆頭結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)系或結(jié) 構(gòu)坐標(biāo)系中規(guī)定和定義的 通過這些參數(shù)就可以確定群鉆鉆尖各切削刃和刀面的 空間形態(tài) 同時也便于鉆尖在刃磨過程中的控制和檢測 根據(jù)文獻(xiàn) 1 基本型群 鉆切削部分的幾何參數(shù)見表2 1 表2 1 基本型群鉆鉆削部分的幾何參數(shù) 鉆尖圓外槽槽橫槽槽外內(nèi)橫內(nèi)內(nèi)外圓 尖高弧刃距寬刃深數(shù)刃刃刃刃刃刃弧 直 半長 z 2 長 c z頂項斜前斜后后 徑徑f 角角角角角角角 d r 2 p o2 以 妒 y 它 z 口扛 a 砌 毫米 條 4 00 2 4o 7 51 3o 2 4 7 1 00 3 41 01 90 3 4 2 01 51 8 1 0 1 50 5 0 1 5 2 7o 5 0 1 5 2 00 71 55 51 42 7o 7 2 0 2 50 9271 83 40 9 2 5 3 01 1 2 5 8 52 2 4 2 1 1 11 1 2 51 3 56 5 1 5 2 51 21 5 3 0 3 51 33 1 02 55 1 3 3 5 m1 53 51 1 52 95 81 5 4 0 幅1 741 32 23 2 51 7 4 5 5 01 94 51 4 52 53 61 9 1 523 01 01 2 5 0 一6 02 251 72 94 2 52 2 基于g r i n d s m a r t6 2 0 x st 具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 群鉆鉆尖的結(jié)構(gòu)參數(shù)分為角度參數(shù)與線值參數(shù) 鉆頭的結(jié)構(gòu)角度是在結(jié)構(gòu)基 準(zhǔn)系中規(guī)定和定義的 如圖2 4 所示 鉆頭結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)系中包括三個基準(zhǔn)面 與鉆 軸相垂直的端平面p 與兩主刃上的外緣轉(zhuǎn)點和橫刃轉(zhuǎn)點連線相平行且通過鉆心 的結(jié)構(gòu)基面p 嵋 通過鉆頭軸線并與前兩者垂直的中心平面p c t j 荔 r q 多 k 4 j j f7 夕贍i 7 中心平面眾5 j i 夕 力 4 孓司i o 九 唼 j 纛彰認(rèn) t 荔琵 崎妒 聲 三杖 二2 墻平匿量r 結(jié)構(gòu)基備主 越 囊 乎 一 7 f 氘纛 矗盛i 菇 圖2 4 群鉆的基準(zhǔn)面 群鉆的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括 原始鋒角2 p o 鉆尖一條原始主刃母線與鉆頭軸線的夾角 即主切削刃在結(jié) 構(gòu)基面上的投影與鉆頭軸線的夾角 外刃半頂角p 在鉆頭結(jié)構(gòu)基面內(nèi)測量的外刃上外緣轉(zhuǎn)點處的切線與鉆軸 之間的夾角 外刃圓周后角口奪一一在以鉆頭軸線為軸線的圓柱面內(nèi)測量的外刃選定點d 即外緣轉(zhuǎn)點 處 后刀面廓線的切線和端平面之間的夾角 圓弧刃圓周后角口r 在以鉆軸為軸線的圓柱面內(nèi)測量的圓弧刃上選定點 n 處 即弧底處 后刀面廓線的切線與端平面之間的夾角 外刃與圓弧刃交點c 處的側(cè)后角a 圮 在端平面內(nèi)測量的圓弧刃后刀面和外 刃后刀面的交線在c 點的切線與c 點的圓周切線之間的夾角 內(nèi)刃斜角f 內(nèi)刃在端平面上的投影與鉆頭結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系x 軸間的夾角 內(nèi)刃半頂角成 在通過鉆軸并平行于兩內(nèi)刃的平面內(nèi)測量的內(nèi)刃與鉆軸之 間的夾角 內(nèi)刃法前角k 內(nèi)刃中點的結(jié)構(gòu)法前角 它是在內(nèi)刃法平面內(nèi)測量的 該 點的前刀面與內(nèi)刃結(jié)構(gòu)基面之間的夾角 橫刃斜角妒 在鉆頭端平面上測量的鉆心尖處橫刃切線與結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系x 軸 的銳夾角 橫刃前角y 曲 在主剖面內(nèi)測量的鉆尖后刀面與基面間的夾角 前刀面螺旋角風(fēng) 鉆頭一側(cè)刃帶邊緣刃的切線與鉆頭軸線的銳夾角 后刀面螺旋角鼠 鉆頭后背棱的切線與鉆頭軸線的夾角 群鉆的線值參數(shù) 長度參數(shù) 包括 碩士學(xué)位論文 鉆頭直徑d 外刃長度f 即圖2 3 中c d 或c d 的長度 槽距 即分屑 槽到外緣轉(zhuǎn)點的距離 分屑槽寬z 槽深c 圓弧刃的圓弧半徑墨 橫刃長度 鉆尖高度 即鉆心尖與兩邊的圓弧刃尖沿鉆頭軸線方向的高度差 鉆芯半徑 o 2 3 基本型群鉆的切削特點及其優(yōu)點 群鉆是1 9 5 3 年在解決加工特種鋼難題中產(chǎn)生的 發(fā)展到今天其刃形經(jīng)過了五 次較大的變化 但它始終保持了運用凹形圓弧刃這一群鉆鉆型的基本特色 這種 獨特的刃形結(jié)構(gòu)其突出作用在于 一是加大前角 改善切削條件 二是形成新的 刃尖 達(dá)到充分分屑 三是降低鉆心尖 使得橫刃可以大大縮短 因此 可以看 出 多刃尖的凹圓弧刃是群鉆最鮮明的特色i l j 群鉆的鉆削過程有其自身的特點 主要表現(xiàn)在 1 群鉆磨出了單邊分屑槽和 對稱的月牙形圓弧槽 原來的直切削刃被分成了外刃 圓弧刃 內(nèi)刃等多段 并 且在各段交界處有明顯的轉(zhuǎn)折點 因此能保證分屑良好 排屑順利 斷屑可靠 2 群鉆進(jìn)行了橫刃修磨 橫刃變得窄而尖 剛接觸工件時鉆頭滑移量小 隨后切入 時發(fā)生的晃移也小 大大減弱了產(chǎn)生多邊形晃振的條件 同時 兩邊對稱的圓弧 刃刃尖在孔底形成圓環(huán)凸筋 制約了群鉆的偏移與振動 具有穩(wěn)定導(dǎo)向作用 因 此 群鉆鉆削時定心良好 3 群鉆磨出了凹形月牙槽 其鉆心尖與外緣轉(zhuǎn)點間的 總高度減短 有利于鉆頭迅速進(jìn)入穩(wěn)定的切削狀態(tài) 4 群鉆各刃段的工作前角都 有不同程度的加大 因此切削變形小 切削溫度低 5 群鉆在切削加工時 由于 其切削變形小 切削穩(wěn)定 晃振小 定心好 積屑瘤的產(chǎn)生情況稍有改善 并且 分屑 排屑 斷屑情況均較好 因此 與普通麻花鉆相比 它的加工表面質(zhì)量較 好 鉆孔精度也較高 群鉆的切削特點決定了它在很多方面的性能優(yōu)于一般的鉆頭 1 降低了鉆削 抗力 鉆鋼材時 基本型群鉆的軸向力約比普通麻花鉆降低3 5 4 7 轉(zhuǎn)矩約降 低1 0 3 0 2 減少了鉆削熱 降低了切削刃上的溫度 3 減輕了切削刃的磨 損 提高了鉆頭的耐用度 從而可提高生產(chǎn)效率3 5 倍 4 改善了排屑和斷屑情 況及操作安全性 5 便于切削液流入切削區(qū) 6 減輕了鉆孔時鉆頭軸線的傾斜 提高各孔軸線的平行度 7 提高了孔型的圓柱度 8 鉆頭切入工作快 定心情 況好 當(dāng)需要劃線鉆孔時 便于鉆頭進(jìn)行找正 1 1 2 4 小結(jié) 本章主要介紹基本型群鉆 三尖七刃一的形狀特點 群鉆的切削特點和優(yōu)異 切削性能以及群鉆各設(shè)計與結(jié)構(gòu)參數(shù)的定義 為群鉆數(shù)學(xué)模型的建立奠定初步的 理論知識基礎(chǔ) 基于g r i n d s m a r t6 2 0 x st 具磨床的群鉆數(shù)學(xué)模型研究 第3 章螺旋面鉆尖的數(shù)學(xué)模型及刃磨參數(shù)的求解 群鉆由普通麻花鉆通過特定的刃磨方法刃磨出來 因此 群鉆加工性能的好 壞與鉆尖的刃磨方法緊密相關(guān) 鉆尖的刃磨方法主要有四種 平面刃磨 圓柱面 刃磨 錐面刃磨和螺旋面刃磨 錐面刃磨和螺旋面刃磨能夠得到近似直線主刃 主刃上的結(jié)構(gòu)圓周后角沿外緣轉(zhuǎn)點到鉆心逐漸增大 后背棱線上尾隙角的分布也
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