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时间:2022-06-28 07:10:17 来源:中佳五金网 浏览量:0

高效新钻型专用刃磨机的研制概述

高效新钻型专用刃磨机的研制概述 2011年12月10日 来源: 钻孔是金属切削加工中最重要的工序之一。普通麻花钻由于原始结构的缺陷,极大地限制了钻孔效率的提高。我国的群钻是世界公认的性能优良的钻型之一,但群钻结构复杂、刃磨困难,在生产中没有得到广泛使用。

近年来,国内外开发研制了一系列先进钻头刃磨机和群钻刃磨机,可以刃磨一些先进钻型和群钻,但这些刃磨机结构复杂、价格昂贵,大部分厂家难以接受。90年代初,日本细井公司开发了一种新钻型,并研制出相应的刃磨机,很快得到了市场认同。细井钻头在性能上不如我国的群钻,但因为它的刃磨机结构简单,价格低廉,使得细井钻头很快在生产中得以应用。所以,开发高效新钻型并研制操作方便、价格低廉的刃磨机具有重要意义。

1、新钻型的提出

群钻提高了钻削效率。但分析发现,群钻仍存在一定缺点:1)在刃磨时很难做到左、右切削刃完全对称,这样在钻孔过程中将产生较大径向力,钻头磨损加快而且产生孔径扩大;2)群钻的切屑在宽度上一分为二,切屑的外端和内端的速度差仍较大,切削时附加变形仍很大;3)结构复杂,刃磨困难。

图1新钻尖刃形  (a)中小直径钻头(5<Ø<20)  (b)大直径钻头(Ø>20)

我们对标准群钻进行优化,得到了一种新钻型。新型钻头的横刃修磨方式与群钻相同,同时我们采用了更好的分屑方式,使得新钻型的钻削性能优于群钻,并且简化了结构,使刃磨方便,其中小直径(5<Ø<20)钻头的结构如图1(a)所示。钻头左侧圆弧刃较短,约为整个切削刃长度的1/3,外刃较长,约为整个切削刃长度的2/3;右侧圆弧刃较长,约为整个切削刃长度的2/3,外刃较短,约为整个切削刃长度的1/3;同时左侧外刃低于右侧外刃(高度差应大于钻削进给量f,图中虚线为右刃高出部分);同时简化后刀面,用平面代替螺旋面。大直径钻头(Ø>20)的结构如图1(b)所示,左侧圆弧刃约为整个切削刃长度的1/5,外刃约为整个切削刃长度的4/5;右侧圆弧刃约为整个切削刃长度的2/5,外刃约为整个切削刃长度的3/5;在较高较短的一侧外刃上开分屑槽,宽度约为整个切削刃长度的1/5,深度大于进给量。此钻头在整个钻孔过程中,切削力是对称分布的。钻头刚开始接触工件时,修短了的横刃起到了良好定心作用;之后对称的圆弧刃开始切入工件,由于圆弧刃变短,切削宽度减小;当两侧的钻头接触工件时,外刃开始参加切削,钻头右侧外刃高于左侧外刃,左侧外刃长于右侧外刃,故钻孔时右侧外刃只切外圆,左侧外刃只切中间一圈。可见,本钻头的特殊结构保证了切削刃上切削力的对称分布。对于大直径的钻头,切屑在主切削刃方向上分为五段,更好地减小了切削变形,其它性能与中小直径钻头相同。

新钻型有以下主要优点:1)切屑在主切削刃宽度方向上分成三段或五段,每段切削刃外端和内端的切削速度差明显减小,降低了切削扭矩并减小了钻头磨损和切屑附加变形;2)切屑在外刃处为厚而窄的大螺距带状,排屑容易,圆弧刃缩短后,呈卷曲的切屑量减少,减少了切屑堵塞的危险性,因此排屑情况优于标准群钻;3)如果刃磨时两侧切削刃略有高低误差,不会造成两侧切削负荷变化而影响径向力的变化,只是在钻入的瞬间有径向力,而在钻孔过程中径向力是平衡的,这是其它钻头无法比拟的;4)刃磨方便。

2、新型钻头的刃磨

图2修磨调整原理图

该钻型需要进行切削刃、圆弧刃、横刃及后刀面的修磨。完成一支钻头的修磨,砂轮中心高相对于钻头中心高要有三个高度的变化,才能保证磨出一定后角。刃磨时将钻头的螺旋后刀面简化为平面,可方便刃磨,修磨过程中调整原理如图2所示。

对刀,使切削刃水平,修磨切削外刃和圆弧刃。调整砂轮高度,保证第一后角b1=12°,a1=b1,则砂轮中心相对于钻头中心高出H1H1=Rsina1(1) R为砂轮半径,之后通过X、Y向的进给磨出一侧刃形,然后钻头绕直线旋转180°,再进行另一侧的刃形修磨。

修磨二次后刀面,保证第二后角b2为20°。这是为了磨低后刀面,避免钻孔时后刀面参与切削,同时又保证钻头的强度。a2=b2=20°,则砂轮需升高H2H2=Rsin20°+B-H1(2)

B为修磨后第一后刀面的宽度,约为3mm。

修磨横刃,再次升高砂轮,使a3等于55°,则砂轮需再升高H3H3=Rsin55°-H2-H1(3)

在保证横刃强度的条件下,尽量增大内刃前角,有利于降低轴向力。a3取55°是综合考虑这两个方面的结果。

3、刃磨机研制

图3钻头刃磨机运动原理图

从理论上讲,空间六个坐标运动可以实现空间任意运动,从而可以完成空间任意形面的加工。六个坐标如何选取,是机床结构设计时应重点考虑的间题。我们所研制的刃磨机结构如图3所示,该刃磨机能实现上述修磨过程。其中X、Y方向的移动是为了实现X、Y方向的进给运动,从而使砂轮的切削点相对于钻头的刃部形成所需的运动轨迹;a为钻头绕自身轴线的旋转运动,具有180°的分度和定位功能,从而实现钻头左右切削刃的对称修磨,同时钻头可以在绕自身轴线的方向上任意旋转、定位,完成切削刃的对刀,实现不同后角的修磨。钻头轴线与X轴成30°夹角,保证了钻头切削刃是沿水平方向(Y轴)运动,形成了钻头120°锋角;b为夹具绕Z轴的转动,可以实现不同锋角的修磨;Z向的移动有三个固定位置,通过手柄来实现,手柄与砂轮头架绕固定支点转动,则砂轮相对于钻头的高度将发生变化,从而实现钻头的第一次后刀面、二次后刀面和横刃的修磨,形成主后角、副后角和横刃锋角。这种调整方式结构简单、操作方便、准确性好,仅需三次简单的扳动手柄动作,即可实现砂轮复杂的调整定位运动。对于砂轮磨损或不同直径的钻头,还可以通过微调装置使砂轮准确定位,以保证钻头的角度。

本刃磨机具有下列优点:

可方便地磨出新型钻头刃形,刃磨质量稳定,一致性好;

结构简单,由于将复杂的螺旋运动转化为简单的直线运动,所以大大简化了机床结构,降低了成本;

机床调整简单方便,操作省时省力,与专用夹具配合,可快速地完成钻头刃部各部分的修磨;

砂轮轮廓修正很方便,操作非常简单。

4、结论

新型钻头的刃磨难度比标准群钻小,而钻削性能明显提高。新型钻头将较好地解决企业中存在的大量磨钝钻头的重磨问题,而且可实现机械化刃磨,重磨时间大大缩短,耐用度、钻削效率明显提高。试验证明,在相同条件下,新型钻头与基本型群钻相比,钻孔时轴向抗力降低了8.3%~19.4%,钻削扭矩降低了2.6%~21.7%。刃磨机结构简单,操作方便,成本低廉可以保证新钻型的推广,这势必对我国机械行业起到推动作用。

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