20讲§7麻花钻§7–1 结构与几何参数.ppt

1 本讲主要内容钻削与钻头 2 第一节麻花钻 麻花钻是一种形状较复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具 一般用于孔的粗加工 IT11以下精度及表面粗糙度Ra25 6 3um 也可用于加工攻丝 铰孔 拉孔 镗孔 磨孔的预制孔 3 一 麻花钻的构造 装夹部分 是钻头的尾部 用于与机床联接 并传递扭矩和轴向力 按麻花钻直径的大小 分为直柄 直径12mm 两种 颈部 是工作部分和尾部间的过渡部分 供磨削时砂轮退刀和打印标记用 直柄钻头没有颈部 工作部分 是钻头的主要部分 前端为切削部分 承担主要的切削工作 后端为导向部分 起引导钻头的作用 也是切削部分的后备部分 标准麻花钻由3个部分组成 4 麻花钻的组成 5 钻头的工作部分 有两条对称的螺旋槽 是容屑和排屑的通道 麻花钻的两个主切削刃由钻芯连接 为了增加钻头的强度和刚度 钻芯制成正锥体 锥度为 1 4 2 100 导向部分磨有两条棱边 为了减少与加工孔壁的摩擦 棱边直径磨有 0 03 0 12 100的倒锥量 即直径由切削部分顶端向尾部逐渐减小 从而形成了副偏角 r 6 两后刀面在钻心处的交线 前刀面 螺旋槽的螺旋面 主后刀面 与工件过渡表面 孔底 相对的端部两曲面 与工件已加工表面 孔壁 相对的两条棱边 副后刀面 主切削刃 螺旋槽与主后刀面的两条交线 副切削刃 棱边与螺旋槽的两条交线 横刃 7 2 麻花钻的主要几何参数 基面通过该点又包括钻头轴线的平面 由于切削刃上各点的切削速度方向不同 故基面也就不同 麻花钻的基面与切削平面 切削平面切削刃上任意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 切削刃上各点的切削平面与基面在空间互相垂直 且位置是变化的 8 麻花钻的主要几何参数 较大的螺旋角 使钻头的前角增大 故切削扭矩和轴向力减小 切削轻快 排屑也较容易 但是螺旋角过大 会削弱钻头的强度和散热条件 使钻头的磨损加剧 标准麻花钻的 18 30 小直径钻头 值较小 螺旋角 钻头螺旋槽最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线间的夹角 螺旋角的大小不仅影响排屑情况 而且它就是钻头的进给前角 螺旋角对切削过程的影响 标准麻花钻的螺旋角 9 两主切削刃在与其平行的轴向平面上投影之间的夹角 顶角是钻头在刃磨测量时的几何角度 标准麻花钻的2 118 此时的主切削刃是直线 顶角2 和主偏角Kr 主偏角与顶角不同 它是主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角 由于主切削刃各点基面位置不同 故主切削刃各点的主偏角是变化的 顶角 主偏角 钻头的顶角直接决定了主偏角Kr的大小 Kr 10 麻花钻的主要几何参数 11 顶角越小 切削刃长度增加 单位切削刃长度上负荷降低 刀尖角 r增大 改善了散热条件 提高了钻头的耐用度且轴向力减小 但顶角越小 切屑变薄 切屑平均变形增加 故使扭矩增大 顶角对切削过程的影响 12 端面刃倾角 ST 在端面投影中主切削刃与基面间的夹角 切削刃上不同点的端面刃倾角是不同的 外缘处的 ST最小 靠近钻心处的 ST最大 标准麻花钻主切削刃的端面刃倾角总为负值 13 标准麻花钻切削刃上各点的前角值变化很大 从钻头最外缘到钻心 前角值可由30 逐渐变为 30 故靠近中心处的切削条件很差 前角 0 在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角 由于钻头的前刀面是螺旋面 且各点处的基面和正交平面位置亦不相同 故主切削刃上各处的前角也是不相同的 由外缘向中心逐渐减小 14 后角 f 在假定工作平面 即以钻头轴线为轴心的圆柱面的切平面 内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角 考虑到进给运动对工作后角的影响 同时为了补偿前角的变化 使刀刃各点的楔角较为合理 并改善横刃的切削条件 麻花钻的后角刃磨时应由外缘处向钻心逐渐增大 在切削过程中 f在一定程度上反映了主后刀面与工件过渡表面之间的摩擦关系 而且测量也比较容易 一般后刀面磨成圆锥面 也有磨成螺旋面或圆弧面的 标准麻花钻的后角 最外缘处 为8 20 大直径钻头取小值 小直径钻头取大值 15 横刃角度 横刃是两个主后刀面的交线 其长度为b 横刃角度包括横刃斜角 横刃前角 o 和横刃后角 o 横刃斜角 在钻头端平面内投影的横刃与主切削刃之间的夹角 它是刃磨后刀面时形成的 标准麻花钻的 50 55 当后角磨得偏大时 横刃斜角 减小 横刃长度b 增大 16 横刃角度 横刃是通过钻心的 在钻头端面上的投影近似为一条直线 因此横刃上各点的基面和切削平面的位置是相同的 在横刃剖面O O内 横刃前角 o 为负值 横刃后角 o 90 o 标准麻花钻的 o 54 60 o 26 30 由于横刃前角是很大的负前角 所以钻削时横刃处发生严重的挤压 而造成定心不好和很大的轴向力 17 第二节钻削原理 钻削运动 一 钻削用量与切削层要素 主运动 钻头的旋转运动 钻床 或工件的旋转运动 车床 进给运动 钻头沿轴线作直线进给运动 钻床 或工件沿钻头轴线作直线进给运动 铣床 18 指钻头主切削刃外缘处的线速度 1 切削速度v 2 进给量f af vf 每转进给量f mm r 钻头或工件每转一转 它们之间的轴向相对位移 每齿进给量af mm z 钻头或工件相对钻头每转一个刀齿 它们之间的相对位移 进给速度Vf 钻头或工件每分钟内 它们之间的轴向相对位移 19 3 背吃刀量 钻削深度 ap 4 切削厚度ac 在基面内垂直于主切削刃方向测量的切削层厚度 5 切削宽度aw 沿主切削刃测量的切削层宽度 6 切削面积Acz Ac 20 二 钻削力与扭矩 钻削力来源于工件材料的变形抗力 以及钻头和切屑 工件间的摩擦力 标准麻花钻有五个切削刃 两个主切削刃 两个副切削刃 一个横刃 因此钻头的轴向力F和扭矩M由各切削刃上总的轴向力与各切削刃上的扭矩总和构成 来源与组成 21 实验证明 轴向力F主要由横刃产生 F 57 F 扭转M主要由主切削刃产生 M 80 M 各切削刃上的力及扭矩占总的轴向力及总的扭矩的百分比大致如下表所示 22 钻削力 扭矩的经验公式 钻削力即指轴向力 它会引起工艺系统的弹性变形 影响孔的加工质量 影响机床进给机构的强度 扭矩即主运动方向的阻力矩 它与主轴转速决定钻削功率 过大的扭矩会使钻头扭断 在钻床 钻夹具 钻头设计时需用钻削力和扭矩值 钻削力F 扭矩M的经验公式及其中的系数 指数和修正系数可查阅有关设计手册得到 23 三 钻头的磨损与耐用度 钻头切削时处于半封闭状态 散热条件比车削时差 热量多集中在钻头上 故钻头磨损较严重 由于钻头上各切削刃的负荷不均匀 因此各部分的磨损也很不均匀 一般 钻头的主切削刃 前刀面 后刀面 棱边 横刃都有磨损 但磨损量最大的是处于切削速度 切削温度较高 强度较弱的钻头外缘处 钻削钢料时 常用外缘处后刀面磨损量VB值作为磨钝标准 钻削铸铁时 则以转角处转角磨损长度 为磨钝标准 钻头的磨损 24 钻头的耐用度 影响钻头耐用度的因素有 钻头材料 钻头几何参数 切削条件 在一定磨钝标准下钻头的总切削时间 1 钻头几何参数对耐用度的影响顶角2 实验证明 钻削不同材料时 最高耐用度对应的顶角值不同 如以较高钻削速度和中等进给量钻削铸铁时 其最佳顶角2 80 在钻削钢料时 顶角则应适当加大 减短钻