毕业设计（论文）-新型钻头刃磨机设计

页绪论1.1设计麻花钻刃磨装置的意义麻花钻在金属切削加工中应用很广泛,用来加工各种孔，已经有一百多年的历史,现在全世界每年消耗的钻头数以亿计,在美国汽车制造行业中,机械加工中钻孔工序的比重约占50%,而飞机制造业中钻孔工序所占比例更高[1]。麻花钻不仅可以在一般结构材料上钻孔，经过修磨还可以在一些难加工材料上钻孔，它仍然是孔加工的主要工具，而它的刃磨对加工有着非常重要的影响。金属切削刀具的几何形状和角度是影响刀具性能和被加工工件质量的主要因素之一。钻头也不例外，合理选择钻头的几何形状和角度，可以很大程度上改善钻削特性。如苏联查波罗什变压器生产联合公司对麻花钻的切削部分几何形状进行了改进，使得主切削刃呈圆弧状，这种钻头的寿命高于标准钻头寿命，在加工碳钢时刀具寿命可提高0.6到5倍；加工铸铁时刀具寿命可提高5倍以上，同时加工表面粗糙度可提高1到2级[2]。由于麻花钻在用钝后或根据加工工件的不同需要重磨(重新刃磨)然后才能继续使用，另外麻花钻刃磨也是麻花钻制造中最终成形的加工阶段，麻花钻的形状、尺寸、各刀面及几何角度等，都是由刀具刃磨来完成的。所以，麻花钻刃磨是麻花钻制造工艺过程的一个重要工序，其质量好坏对麻花钻的切削性能和使用寿命起着关键的作用。因此，，为保证零件的加工质量，提高生产效率，降低加工成本，必须注重钻头几何形状以及刃磨质量，设计出合理、有效、经济和实用的麻花钻刃磨装置具有很大意义。1.2麻花钻刃磨技术研究概述1.2.1麻花钻的传统刃磨方法对于手工刃磨麻花钻而言，在刃磨过程中需要工作人员仔细认真，刃磨好坏直接影响钻孔的质量和钻削效率。刃磨麻花钻。要求两个主切削刃和钻芯线之间的夹角要对称，刃长要相等，否则钻削时会出现单刃切削或者孔径变大以及产生台阶形等弊病。刃磨前，钻头切削刃应置在砂轮中心水平面上或者稍高一些，钻头中心与砂轮外圆柱面母线在水平面内夹角等于顶角一半，同时钻尾向下倾斜。钻头刃磨时，用右手握住钻头前端支点，左手握钻尾，以钻头前端支撑点为圆心钻尾上下摆动，向上摆动不得高出水平线，当磨出副后角，向下摆动也不能太多，以防磨掉另一条主刃刀。刃磨时要略带旋转，但是也不能转动过多，特别是在刃磨小直径麻花钻时，更得注意。当一个主切削刃磨削完毕以后，把钻头转过180º刃磨另一个主切削刃，人和手要保持原来的位置和姿势，这样容易达到两刃对称的目的，刃磨方法与磨前一个主切削刃时相同。刃磨时应注意随时用冷却液冷却，以防刃口发热退火降低硬度。初次刃磨时要注意防止外缘出现副后角。完成后要对麻花钻的角度进行检测，通常使用目测和用测量仪器进行测量。当麻花钻磨好后通常采用目测法进行检查。方法是：把钻头垂直竖在于眼睛等高位置，在明亮的背景下用肉眼观察两刃的长度和高低及它的后角等，由于存在视觉误差，往往会感觉到左刃高，右刃低，这时要把钻头转过180º再进行观察，这样经过反复观察对比，觉得两刃基本上对称后就可以使用了，如果发现两刃有偏差必须进行修磨。使用量角器进行检查时，只需要角尺的一边贴在麻花钻的棱边上，另一边放在钻头的刃口上测量刃长和角度，然后转动180º，以同样的方法检查就可以了。1.2.2麻花钻刃磨装置国内外发展状况与趋势由于传统手工刃磨存在的弊端，在麻花钻刃磨以及其它形状刀具刃磨技术和数控研究方面，近些年来国内外专家作了不少的研究工作，也开发出一些较先进刀具刃磨设备目前国外的工具磨床生产均采用数控万能工具磨床和CNC磨削加工技术。近几届的国际机床展览会上美国、德国、日本、、瑞士等国展出的多轴(五轴及五轴以上)联动数控万能工具磨床都可以用来制造和刃磨各种刀具。德国Walter公司的HELITRONICPOWERPRODUCTIONCNC工具磨床是一台生产型(PRODUCTl0N)五轴CNCI具磨床，可用于制造各种金属切削刀具。机床配有测量定位系统，将测头固定安装在磨头上，用于实现刀具定位，可缩短磨削周期。该机床采用Walter公司自己开发的专用数控系统HMC500及其软件。除了能提供各种通用刀具磨削软件外，它还开发了一种新的“灵活编程”软件，通过该软件可以设计刀具。瑞士SCHNEEBERGERl公司的GEMINICNC工具磨床是一台五轴CNCI具磨床，它主要用于生产和修磨各种不同形状的小尺寸刀具。机床采用立柱移动式布局结构，刚性好，结构紧凑，精度高，同时配有自动测量系统，方便刀具的安装及磨削，它采用一个固定安装的三维测头，既可用于测定刀具毛坯几何形状，在刀具修磨前测量又可用来保证刀具磨削质量，它适合于磨削各类刀具。此外，日本(株)宇都宫制作所开发生产的SGR．003A型全自动小直径刀具磨床，五轴五联动的JUNGNER560cNC工具磨床，美国HUFFMAN公司的HS．87R型数控工具磨床，日本牧野公司的NX．40型十轴数控工具磨床等都是技术先进，性能优越的数控机床。我国在过去的几十年里，由于对工具技术重视不够，导致在引进国外先进数控设备的同时，由于国内刀具质量不过关(材料和刃磨技术都有很大差距)，不得不同时进口刀具及刃磨设备，其几个相当昂贵，而且仅配有限的刃磨软件，如需刃磨各种刀具，真正实现机床的价值、充分发挥其优势还需另购其软件，生产成本更高了。这些厂家为了保持技术垄断，其系统往往是封闭的，用户想自行开发应用软件是非常困难的。万能数控磨床价格远远高于普通的加工中心，由此可见其技术含量较高。国内在数控工具磨床的研究、开发方面起步较晚，可以说是从80年代中期开始的，其研究、开发还处于样机或单台极少量试生产阶段。近些年，我国已有几家在研制数控工具磨床，取得了一些成就。武汉机床厂的MK6025／3数控万能工具磨床是最近研制成功的新一代工具磨床。该机床采用了华中I型数控系统，实现三轴联动，并且配有华中理工大学各种刀具加工软件，能自动完成各类普通及复杂刀具的加工或刀具的刃磨，解决了普通工具磨床需要附件才能解决的复杂磨削问题。该机床还配备测量系统，在数控系统测量软件支持下，将被磨刀具的有关几何参数(如螺旋角或导程)及安装位置(如起始点位置)等参数自动输入计算机系统，自检测系统可以自动判断加工刀具的起始点，自动生成加工程序并实现整个加工过程的自动磨削。湖南大学研制的MK6340/3数控群钻刃磨机床。该机床五轴数控，交流伺服驱动，液压夹紧，TVGA彩显，中文操作界面，固化一组标准群钻刃磨程序，使用这些程序时用户只需输入钻头的特征参数即可进行刃磨。用户可用标准数控语言进行编程，自行开发新钻型刃磨程序。可刃磨群钻、螺旋面钻、双平面钻及其它钻头。北京航空航天大学从七十年代开始，在刀具刃磨方面开展了一系列的工作，先后研制开发了四代数控刀具刃磨机床。四代刃磨机都采用步进电机作为驱动单元，控制系统依次为单板机、单片机及微机。第一代为六轴数控刃磨机，第二代为七轴数控群钻刃磨机，它们的控制机采用TP841单板机，上位机采用APPLEII微机。第二代的改进型为单片机控制系统。第三代刃磨机采用美国HUFFMAN工具磨的结构，控制系统采用工业PC机为上位机，单片机为控制机。第四代采用六杆结构，在世界上率先将虚轴的结构引进到刃磨机上。还有华中理工大学研制了MK6026六轴五联动数控刃磨机，咸阳机床厂开发的MK6025/3数控万能工具磨床，营口冠华机床厂的M6025K万能工具磨床和武汉机床附件厂的GW.1万能磨刀机，均为普通型工具刃磨机床。放眼未来，不难看出数控刃磨是未来的发展方向。机械式刃磨机，它的刃磨运动由齿轮和凸轮来实现，要在一个刃磨机上实现多品种多规格的工具的刃磨，机床机构复杂，同时需要附带许多配件，即使这样也只能刃磨系列的产品，而不能刃磨用户随意要求的刀具。数控刃磨机的刃磨运动由数控轴运动合成，理论上可以实现各种刃磨，调整简便，功能扩展容易。随着数控技术的日益发展，数控系统成本的下降，可靠性增强，开发、使用和维护越来越简单，其性能价格比将远远高于机械式自动刃磨机，而且它更能适应未来市场小批量多品种多样化的需求，更有利于计算机集成制造。1.2.3存在的主要问题国内大部分厂家的对麻花钻的刃磨，还停留在由技术工人手工刃磨阶段，而手工刃磨主要依靠工人的技能，刃磨质量受操作者技术水平的影响。工人劳动强度大，麻花钻几何角度不易控制，一致性差，随意性大，自动化程度低，刃磨效率低下，刃磨质量无法保证。在麻花钻数控刃磨技术研究方面，国内起步较晚，相关的设备和数控系统主要依赖于进口，因此，刀具的数控刃磨技术受到了很大的局限性。国外对于刀具的数控刃磨的研究较早，开发的设备主要是三轴、多轴联动的大型数控工具磨床或磨削加工中心，它们的价格昂贵，对于普通的车刀刃磨来讲，进口的成本过高，不合乎国情。另外，现在使用的外锥面刃磨法有一个很大的缺陷：如果刃磨参数选的不当，常常会出现后刀面的尾部向上翘起的现象，也就是翘尾现象，有时翘尾现象还很严重（如图1.1所示），当翘尾到一定程度之后，用这种钻头钻孔时，钻头后刀面的尾端就直接顶在了孔底，从而使钻头无法钻削。这其中包含有一个新的概念即尾隙量（尾隙角），即钻头后刀面前端要高出尾端一定的量。因此在广泛使用的麻花钻锥面刃磨过程中，必须减小或克服这种翘尾现象，但在选择刃磨参数时往往不能发现，等到刃磨出来时才能发现是否存在翘首现象。图1.1翘尾现象1.3麻花钻刃磨方法的比较金属切削刀具的几何形状和角度是影响刀具性能和被加工工件质量的主要因素之一。对于钻头，选择恰当的刃磨方法可以获得合理的几何形状和角度，这样可以提高加工质量和加工效率，很大程度上改善钻削特性。目前，麻花钻的刃磨方法有平面刃磨法、锥面刃磨法、圆柱面刃磨法、螺旋面刃磨法等。平面刃磨法刃磨动作简单，效率高，但横刃垂直于钻轴，轴向抗力大，钻孔扩张量大，一般认为这种方法只适宜于刃磨小直径钻头。锥面刃磨法师目前国内外采用最普遍的钻头后刀面刃磨方法之一。由于其刃磨成形运动单一，因而在手工刃磨和机械刃磨中被广泛采用。刃磨后钻头的优点是后角分配较为合理，主切削刃形状好且散热性好，强度高；缺点是横刃长。工作条件差。这种方法刃磨的效率低于螺旋面和平面刃磨法。螺旋面刃磨法包括标准螺旋面刃磨和复杂螺旋面刃磨。螺旋面钻尖的定心好，切入平稳，轴向阻力小，钻孔扩张量小。标准螺旋面刃磨的钻尖较弱，不适宜钻高强度材料，而复杂螺旋面刃磨的钻尖既可以保持螺旋面钻尖的优点，又可以改善钻尖强度。该方法的缺陷是会降低工艺系统的刚度，调整机床复杂，因此更适合于数控加工。圆柱面刃磨法较锥面刃磨法更简单，调整参数更少，但它有一个十分严重的缺陷是主切削刃的法后角沿整个主刃都是相等的。麻花钻外锥面刃磨的理论分析2.1麻花钻的几何特性2.1.1麻花钻的结构麻花钻是金属切削加工中使用最广泛刀具，它可以在各种零件加工中使用，其种类较多，由于它的作用不同，因此，它的形状、尺寸、结构等也就不同。本章只对锥柄麻花钻的几何特征以及参数进行研究分析。锥柄麻花钻主要由工作部分、颈部和柄部组成。结构如图2.1（a）所示。（a）（a）图2.1麻花钻切削部分结构（b）麻花钻钻尖几何角度 (b)标准麻花钻切削部分的结构：（1）前面——即螺旋槽表面，是切屑沿着流出的表面。这表面在钻头热处理前、后大多经过抛光。（2）主后面——位于工作部分的端部，是与工件加工表面（孔底）相对的表面，其形状由刃磨方法决定，可以是螺旋面、锥面或平面；而用手工刃磨时，则一般是曲面。（3）副后面——即钻头的棱边（或刃带），是与工件（4）已加工表面（孔壁）相对的表面。（5）主切削刃——前面与主后面的交线，它担负主要切削任务。（6）副切削刃——前面与副后面的交线。（7）横刃——两主后面的交线。（8）外缘尖——主切削刃和副切削刃的交接处称为外缘尖（即刀尖）。（9）钻心尖——横刃和钻轴的交点。由此可见，麻花钻有六个刀面、五条刃、三个尖组成

工作部分又由导向部分和切削部分组成，其中钻头的导向部分由两条螺旋槽所形成的两螺旋形刃瓣组成，两刃瓣由钻芯连接，钻头的切削部分由两个螺旋形前面、两个由刃磨得到的后面、两条韧带（副后面）、两条副切削刃和一条横刃组成。钻头的柄部用于夹持刀具和传递动力。通常直接在12mm以下的小直径钻头采用直柄；而直径大于16mm的较大直径钻头采用锥柄，锥柄可以传递较大扭矩，锥柄后端的扁尾用于传递扭矩和便于卸下钻头；直径在12mm至16mm之间的钻头直柄和锥柄均可采用。颈部是柄部和工作部分的连接处，并作为磨削外径时砂轮退刀和打标记的位置，也是颈部是柄部和工作部分不同材料的焊接部分。2.1.2麻花钻的钻尖几何角度麻花钻具有较复杂的外形和切削部分，为了便于标注其几何参数、依据麻花钻的结构特点和工作时的运动特点，除基面、切削平面、正交平面外，还使用了端平面、柱剖面和中剖面，其定义如下：端平面：与麻花钻轴线垂直平面。该平面也是切削刃上任意一点的背平面，并垂直与该店的基面。柱剖面：主切削刃上任一点的柱剖面是通过该点，并以该点的回转半径为半径和以麻花钻轴线为轴心的圆柱面。它与该点的工作平面相切，并与基面在该店垂直。中剖面：通过麻花钻轴线，并与两主切削刃相平行的轴向剖面。麻花钻主要几何角度，如图2.1（b）所示：（1）螺旋角β——螺旋角是钻头螺旋槽上最外圆的螺旋线展开成直线后与钻头轴线的夹角。由于螺旋槽上各点的导程相同，因而钻头不同直径处的螺旋角是不同的，外径处螺旋角最大，越接近中心螺旋角越小。增大螺旋角则前角增大，有利于排屑，但钻头刚度下降。标准麻花钻的螺旋角为18°～38°。对于直径较小的钻头，螺旋角应取较小值，以保证钻头的刚度。前角——由于麻花钻的前刀面是螺旋面，主切削刃上各点的前角是不同的。从外圆到中心，前角逐渐减小。刀尖处前角约为30°，靠近横刃处则为-30°左右。横刃上的前角为-50°～-60°。

（3）后角——麻花钻主切削刃上选定点的后角，是通过该点柱剖面中的进给后角αOm来表示的。柱剖面是过主切削刃选定点m，作与钻头轴线平行的直线，该直线绕钻头轴心旋转所形成的圆柱面。αOm沿主切削刃也是变化的，越接近中心αOm越大。麻花钻外圆处的后角α，通常取8°～10°，横刃处后角取20°～25°。这样能弥补由于钻头轴向进给运动而使主切削刃上各点实际工作后角减小所产生的影响，并能与前角变化相适应。

（4）主偏角——主偏角是主切削刃选定点m的切线在基面投影与进给方向的夹角。麻花钻的基面是过主切削刃选定点包含钻头轴线的平面。由于钻头主切削刃不通过轴心线，故主切削刃上各点基面不同，各点的主偏角也不同。当顶角磨出后，各点主偏角也随之确定。主偏角和顶角是两个不同的概念。

（5）顶角2Φ——顶角是两主切削刃在与其平行的平面上投影的夹角。较小的顶角容易切入工件，轴向抗力较小，且使切削刃工作长度增加，切削层公称厚度减小，有利于散热和提高刀具耐用度；若顶角过小，则钻头强度减弱，变形增加，扭矩增大，钻头易折断。因此，应根据工件材料的强度和硬度来刃磨合理的顶角，标准麻花钻的顶角2Φ为118°（6）横刃斜角Ψ——横刃斜角是主切削刃与横刃在垂直于钻头轴线的平面上投影的夹角。当麻花钻后刀面磨出后，Ψ自然形成。由图3-5可知，横刃斜角ψ增大，则横刃长度和轴向抗力减小。标准麻花钻的横刃斜角约为50°～55°。麻花钻的外锥面刃磨原理及刃磨参数调整方案3.1麻花钻锥面成形原理和刃磨参数根据锥面麻花钻后刀面成型机理可分为外锥面刃磨和内锥面刃磨。内锥面刃磨法的原理如（图3.1）所示，机床中砂轮做回转主运动，内锥砂轮与麻花钻接触即可包络生成一个锥面，沿其轴线的一个往复直线运动可完成两个后刀面的磨削加工。外锥面刃磨法的原理如（图3.2）所示，机床中砂轮做回转主运动，麻花钻随夹具绕锥轴往复摆动，形成磨削锥面。为了生产或修磨麻花钻的磨削余量，沿麻花钻轴向还有一个调整锥顶距A的进给运动。整个刃磨过程涉及四个刃磨参数(锥顶距A、偏距e、轴间角θ、半锥角δ）。图3.1内锥面成型原理内锥面成型在结构上相对于外锥面成型虽然原理接近，但是由于成型方式的区别造成两种成型方式在实际运用中有着较大的区别。内锥面成型方式其机械结构较为简单，但是刃磨参数调整范围较小，操作空间有限，并且内锥面砂轮无法磨削小直径尺寸的麻花钻、磨削效率低、砂轮利用率低和不易散热等缺点。外锥面成型法相对于内锥面成型法其机械结构比较复杂，锥面成型运动由钻头绕虚拟锥面轴线旋转形成，但是切削条件相对于内锥面成形有很大的改善，在向心力的作用下，切屑可以自动脱离砂轮，散热条件得到很大的改善，从结构强度上外锥面砂轮可以承受更大的轴向力和径向力，并极大的提高了砂轮的利用率，加大了操作空间，从根本上避免了砂轮和钻头的干涉。综合两者磨削特点，本设计选用外锥面成形原理作为设计原理，通过对传统的外锥面成形原理做出一定的优化改进，最终设计出符合设计要求的新型钻头刃磨机。麻花钻的锥面成形原理中包含有四个刃磨参数，如图3.1所示。图3.2麻花钻的刃磨几何参数锥顶距A——刃磨时刃磨锥面锥顶到钻头轴线之间的距离称之为锥顶距；半锥角δ——刃磨时刃磨锥面的锥角；轴间角θ——刃磨时锥面轴线与钻头轴线之间的夹角；偏距e——为锥面轴线与钻头轴线间的距离，即偏距；其中半锥角δ和轴间角θ直接影响麻花钻顶尖的角度2Φ其关系为：麻花钻后角与四个刃磨参数均有关系，此处参考现有的成果【1】建立坐标系，如图3.2可得锥面后刀面方程即：麻花钻直径、钻芯半径及刃磨参数（半锥角δ、偏距e、锥顶距A）取定一组初值后，若仅增大半锥角δ，则后角减小，横刃斜角增大；仅增大偏距e，则后角增大，横刃斜角减小；仅增大锥顶距A，则后角减小，横刃斜角增大。图3.3外锥面成形原理数学模型的坐标系3.2刃磨参数的选择本装置的设计采用新型的外锥面刃磨法，外锥面刃磨操作简单，通过外锥面的刃磨可以形成后刀面。刃磨钻头时选用固定的半锥角，通过调整轴向角、锥顶距、偏距、附加旋转角(偏距是钻头中心低于砂轮锥面中心的距离，钻头附加转动角度是被磨削的主切削刃水平安装后再附加转动一个角度)，可使钻头得到所需的后角、横刃斜角以及顶角。运用此种麻花钻刃磨装置，要注意刃磨参数的确定:首先要理解优化刃磨参数这个概念，为使钻头刃磨后得到合理的主切削刃外缘后角，横刃斜角和顶角，建立锥面与钻头几何角度的理论计算公式，考虑到砂轮的结构及刃磨中钻头与砂轮不得干涉等约束条件，对半锥角、轴间角、锥顶距、偏距、附加旋转角这五个刃磨参数进行优化，就可得到麻花钻的优化刃磨参数，即:每一直径的麻花钻要求的刃磨角度下对应着几组刃磨参数。确定刃磨参数:轴间角的值等于麻花钻顶角的一半减去半锥角，标准麻花钻的顶角为118º。刃磨标准麻花钻时，半锥角为14º。钻头柄部与砂轮锥面母线相平行，可利用较多地锥面来磨削钻头。为使钻头刃磨方法简单，便于调整，刃磨参数易优化，砂轮半锥角范围内调节可以在16°-41°，轴间角取定值为29º，即麻花钻的顶角可以在90°-140°范围内调节，当刃磨钻头顶角不是标准值118°时，可以通过轴间角的调节来调整顶角大小。锥顶距是钻尖中心点到外锥面顶点的距离，它的大小随钻头直径变化，直径越小，锥顶距值越小。刃磨钻头，锥顶距值较大时，钻头靠近砂轮外口处，观察操作方便，便于刃磨，确定刃磨参数应选取A值较大优化刃磨参数数值。图3.4钻头刃磨原理图3.3刃磨参数的调整方案为使钻头刃磨后得到合理的主切削刃外缘后角α，横刃斜角Ψ和顶角2Φ，建立锥面与钻头几何角度的理论计算公式，考虑到砂轮的结构及刃磨中钻头与砂轮不得干涉等约束条件，对半锥角δ，轴间角θ、锥顶距A、偏距e四个刃磨参数进行优化选择，就可得到麻花钻的优化刃磨参数。通过对传统的内锥面成型原理参数调整的分析，麻花钻顶角大小调节一般采用锥顶角可调，轴间角固定的方式解决。锥顶距通过麻花钻砂轮旋转轴方向的进给来调节，偏心距通过内锥面砂轮垂直于切削部分径向的移动来调节。该调节方案选用一般外锥面选用较多的半锥角δ=14°作为标准麻花钻（2Φ=118°）刃磨时的半锥角，因此本设计在选用刃磨参数调整时参照优化刃磨参数，即在刃磨标准麻花钻时选用半锥角δ=14°，固定轴间角θ=45°。在这个基础上让刃磨锥面的半锥角可以在小范围内调节（10°-25°之间），使得该装置可以根据实际需求刃磨出不同顶角大小的钻头，顶角2Φ可以在110°-140°之间根据实际需求来调整。锥顶距A的调节根据外锥面成型原理，让锥面成型的旋转轴沿锥面成型运动的轴线方向移动来实现。当旋转轴心向着刃磨锥面锥顶方向移动时，锥顶距随着轴心的移动而减小，这样可以在锥顶角不变的情况下改变锥顶距，锥顶距的计算方法为：其中d为轴心沿刃磨锥面轴线方向移动的距离锥顶距调节原理图如图3.4所示图3.5锥顶距调节原理顶角大小的调节通过锥顶角的调节来实现，当刃磨锥面成形的旋转轴以麻花钻钻尖和砂轮的理想接触点为圆心在一定范围内旋转时可以实现刃磨成型锥面半锥角的大小调节，在钻头轴线和锥面成形运动的旋转轴线角度不变时，半锥角变化的角度即为麻花钻顶角所调节的大小，其调整原理图如图3.5所示图3.5半锥角大小调整原理新型钻头刃磨机的总体设计4.1刃磨装置的总体方案在经过上文做出的理论分析与研究之后，参考研究者们对麻花钻做出的各类研究结论，结合设计要求，通过对各种方案的比较计算最终确定使用外锥面成型原理作为设计原理，以相交轴旋转结构作为锥面成形的结构方案，结构示意图如图4.1所示图4.1总体结构图结构设计中，共设计了三个可调节的刃磨参数，分别是半锥角δ、锥顶距A和偏距e可以在一定的范围内调节，轴间角取定值29°。半锥角的调节范围在16°-41°，这样可以使顶角根据实际使用情况在90°-140°之间内调节。锥顶距A的范围根据设计要求刃磨Φ3-Φ15之间的麻花钻，结合研究者们的结论设定在3mm-18mm范围内可调，同样根据已知条件偏距e的调节范围确定在0.5mm-2mm之间微调。实际制造时可以通过计算后可以给调节位置标定较为精确的刻度。操作时，先将钻头套入相应钻夹内，根据直径大小不同和实际需求调节合适的刃磨参数，在对刀孔内对刀后，放入偏轴转套中，绕轴套旋转即可完成刃磨，从结构设计的角度上分析该结构方案可以基本上满足所有的设计要求，而且结构简单，操作方便，能够满足实际生产的需求。4.2砂轮的选择由于砂轮的外锥面结构设计，对砂轮磨削表面的角度和平整性有较高的要求。在选择砂轮时，应注意考虑外锥面砂轮的结构强度，外锥面的修磨及修磨后应有较长的使用时间等因素。外锥面刃磨砂轮应比一般刃磨刀具砂轮硬度大、粒度大、磨损小等特点。传统的普通砂轮很难满足外锥面成形所要达到的要求，在技术日益革新的今天，砂轮的材料不再传统而单一，在众多新型材料中，立方碳化硼（CBN）材料的砂轮、刀具由于其优异的使用性、合理的价格以及较高的性价比，而越来越广泛的被人们使用。立方氮化硼硬度与耐磨性仅次于金刚石，为硬质合金刀具的50倍，比涂层刀具高30倍，为陶瓷刀具的25倍，是目前最有效的加工铁族元素最有效的刀具。CBN刀具具有比陶瓷刀具更高的冲击强度和抗破裂性而且对于刚性较低的机床也能切削硬金属。CBN刀具能承受大功率粗加工的切削载荷、断续切削的击打和精细加工所需的热和磨损性能。具有刃口重载条件下高速加工要求的高导热性和韧性以及用于严重断续切削。温度高到2000℃是还有极佳的红硬性。与传统的砂轮不同的是CBN砂轮是以CBN（立方氮化硼）磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂制成，相比于普通砂轮有数十倍于普通刚玉砂轮磨削效率和比普通刚玉砂轮高百倍的耐磨性，导热性好，一般情况可以直接冷切削。耐磨性好，在一般使用过程中不需要修磨外锥面。颗粒硬度大，磨粒微刃的锋利性的保持性好使得切削性能好。参考外锥面刃磨工艺试验，选择一种新型CBN砂轮，其外形尺寸为：78mm(外径)*10mm(厚度)*12.7mm(内孔)*60°，尺寸符合机构设计要求。砂轮外观图如图4.2所示:图4.2立方碳化硼砂轮4.3电动机的选择4.3.1电动机主轴主转速的计算根据砂轮材料立方碳化硼的物理特性和切削性能，结合麻花钻磨削时选用砂轮与钻头接触处的线速度=50m/s较为合理，根据已选用的砂轮的外径，选最大外径R=80处作为理论计算直径，根据相关公式初步计算转速：其中n为砂轮转速，单位为r/min。将已知条件带入计算，可得主轴转速应在1314r/min左右，由于计算时选用的是最大外径，越靠近轴心处砂轮的外径越小，故应该选用较高于计算值的转速作为砂轮转速。4.3.2电动机的选用根据以上计算，初步选定主轴转速为n=1400r/min，根据机械设计手册选择小功率异步电动机为使用电机，根据实际使用的需求，选用YU系列根据YU系列电动机的技术参数，选择YU7124型单相电阻启动异步电动机，该系列电动机具有中等启动和过载能力，结构简单使用、维修方便，一般适用于使用单相电源的小型机械。其结构尺寸较小、质量在相同参数的电动机中相对较轻，使本设计中的新型钻头刃磨机具有一定的相对便携性。根据其安装技术说明，以轴中心高为标准，选择安装机座型号为IMB3-63，轴中心高为100mm根据技术要求，由电动机主要参数如表4.1：表4.1YU7124型单相电阻启动异步电动机型号功率/W满载时额定电流额定转矩最大转矩质量kg转速r/min电流（220v）A效率%功率因数COSYU712418014002.49530.627.04.4麻花钻的夹具由于设计要求钻头刃磨机可以重磨钻头直径范围在Φ3mm-Φ15mm之间不同直径的麻花钻，由于麻花钻直径规格众多，常见的Φ3mm-Φ15mm麻花钻以0.1mm为单位，这样设计范围内就包含最少120中不同直径规格的钻头，而且每个直径规格的钻头还有数种不同的长度，虽然直径范围Φ3mm-Φ15mm看似不大，实际上包含了超过一千种不同直径、长度的麻花钻。传统麻花钻的夹具——钻夹头并不适用，传统钻夹头虽然可装夹范围能够达道要求，但是其装卸过程比较麻烦，特别是换装两个直径相差较大的麻花钻时，比较费时费力。不符合设计目的初衷，在查阅相关资料后，选用弹性筒夹作为设计中麻花钻的夹具。弹性筒夹又称高精度弹性夹头、精密筒夹，常用在精密仪器和设备上进行实验、钻铣。弹性筒夹使用比较普遍，一般精度要求0.01MM以下的工件，都需要用到。夹持范围一般从0.5—34MM不等，其配套部件为：压帽、连接刀杆刀柄和扳手弹性筒夹一般分为ER型和C型（强力直柄夹头），市场上多为ER型夹头，因其性能稳定、精度高、装卸简单、价格便宜因此使用较多。其特性是径向跳动仅为C型筒夹的一半，大大提高产品在加工过程中的精度要求，从而减少报废率。因此这里选用ER型弹性筒夹作为设计中麻花钻的夹具，其结构如图4.3所示：图4.3ER系列弹性筒夹4.5内锥面刃磨机的特点及应用4.5.1新型钻头刃磨机的特点新型钻头刃磨机由砂轮的外锥面和钻头磨削时的摆动形成麻花钻的后刀面,无须修整砂轮。刃磨机结构紧凑,尺寸较小;采用可调刃磨参数,刃磨的钻头几何角度可根据实际需求在一定范围内调节，刃磨精确且两切削刃对称性好,特别适合刃磨使用要求较高的钻头,如数控机床用麻花钻;内锥面钻头刃磨机,只需根据钻头直径和实际需求的刃磨参数，就可以精确刃磨不同直径的钻头,操作简单,适用于一般机械制造厂的工具车间或磨刀站。4.5.2内锥面刃磨机的应用范围内锥面钻头刃磨机适合刃磨钻头直径尺寸范围在Φ3～Φ15的钻头。根据实际需求情况在90°-140°之间内调节，锥顶距A在3mm-18mm范围内可调，偏距e的调节范围在0.5mm-2mm之间微调，调节时只需松开相应位置的紧固螺栓，根据标识刻度调节即可。结论本次毕业设计，分析了刀具刃磨原理和装置设计的基本原理。通过对刃磨方法的原理分析，以及对刃磨装置的研究，最终本装置采用麻花钻外锥面刃磨方法，设计出一种新型钻头刃磨机。在本文中，通过参考研究者的内锥面刃磨工艺试验，得出此刃磨装置适合于实际生产，基本上能满足国家规定的几项刃磨标准。根据刃磨原理的要求，选择了麻花钻外锥面砂轮及相应转速的电机并设计了刃磨参数可调节装置，可以对麻花钻的顶角，锥面半锥角等刃磨参数进行一定范围内的调节，经过计算后，可以给调节装置上表示出比较精准的刻度，保证调节的便捷性本次设计综合运用了所学的基本理论知识，并通过实践参观将理论知识、设计理念与实践技能结合了起来，这也是本次设计获得的最大收益。致谢在这几个月的设计时间里，我首先要感谢指导教师戴老师，从毕业论文题目的选定，以及对设计题目在生产实践中的应用的了解到每步设计中存在的种种问