一種全螺旋面鑽尖鑽頭的製作方法
2023-10-24 22:16:57 2
專利名稱：一種全螺旋面鑽尖鑽頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽頭，特別是涉及一種全螺旋面鑽尖鑽頭，此全螺旋面鑽尖既適用於普通鑽頭，也適合於微小鑽頭。
背景技術：
鑽削加工是製造工業中應用最廣泛的機械加工方法之一。迄今為止，它仍是孔加工中最經濟、最高效的方法。鑽削過程中用的刀具即鑽頭，根據其鑽尖後刀面廓形的不同，可以分為錐面、平面、橢球面、圓柱面等鑽尖形式；而鑽尖形狀的微小變化都將對其切削性能產生非常大的影響。目前，平面鑽尖不僅應用於大鑽頭中，而且國際上商用微鑽頭均是採用平面鑽尖，但這種鑽頭鑽型有許多不足不能合理控制鑽尖的角度分布；鑽尖後刀面與被加工孔的底部易發生幹涉等。為了克服平面鑽尖鑽頭的不足，本發明提出了一種既適用於普通鑽頭，也適合於微小鑽頭的全螺旋面鑽尖鑽頭。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能合理控制鑽尖的角度分布，特別是鑽尖後刀面角度的分布；鑽尖後刀面與被加工孔的底部不易發生幹涉的既適用於普通鑽頭，也適合於微小鑽頭的全螺旋面鑽尖鑽頭。
為了解決上述技術問題，本發明提供的全螺旋面鑽尖鑽頭，包括鑽頭本體及其鑽尖，所述的鑽尖的後刀面是一螺旋面，此螺旋面的軸線與鑽頭本體的軸線相交成一角度，此角度為10°～45°。
所述的鑽頭除滿足三個設計參數即鑽尖半角、橫刃斜角及外緣轉點結構圓周后角外，還滿足後刀面區域的尾隙角幾何參數，該尾隙角幾何參數，在後刀面上選定點b，則主切削刃上存在與點b半徑相同的一點a，b點的尾隙角的正切值等於a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值，假定「a」、「b」距鑽頭中心為r，則「b」點處的後刀面尾隙角為h,br=tan-1(360h2r)=tan-1[360(Za-Zb)2r(a-b)]]]>為了防止鑽頭在鑽削過程中後刀面與被加工孔的底部發生幹涉，可選用大的後刀面尾隙角；鑽尖半角直接關係到主刃偏角的大小，影響到主切削刃的長度，單位刃長的切削負荷，切削層中切削寬度與切削厚度的比例，切削力中軸向力與切向力的比例，主切削刃前角的大小，切削形成與排屑的情況以及外緣轉點的散熱條件等，因此針對具體加工情況，選用的鑽尖幾何參數也不同；橫刃斜角越小，則切削刃上各點的后角增大，橫刃長度越長，處於負前角切削狀態，切削抗力越大，鑽頭的負荷越大，極易導致鑽頭折斷；結構圓周后角影響到鑽頭結構后角的大小，對鑽削性能有一定的影響。
根據被加工工件材料的不同，選用的鑽尖各幾何角度也不同。全螺旋面鑽頭鑽尖後刀面尾隙角取8°～20°；鑽尖半角取50°～75°；用於普通鑽頭的橫刃斜角一般取40°～65°，而用於微鑽頭，進行橫刃修磨前的橫刃斜角一般取65°～85°；結構圓周后角一般取8°～20°。
在所述的鑽尖的螺旋面的尾隙部分形成有一個平面，即第二後刀面F3和F4。
採用上述技術方案的全螺旋面鑽尖鑽頭，由於其鑽尖為全螺旋面，即整個後刀面為連續的螺旋面，其軸線與鑽頭自身的軸線相交成一角度；其鑽頭后角分布合理，切削性能好；其刃磨方法簡單，刃磨誤差源少；此全螺旋面鑽尖既適用於普通鑽頭，也適合於微小鑽頭；且全螺旋面鑽尖微小鑽頭在其鑽尖處易於進行橫刃修磨。引入後刀面的尾隙角後，就能夠準確地描述主切削刃及整個後刀面的幾何特徵，其後刀面上的尾隙角及主切削刃上的后角得到了合理的控制，控制後刀面尾隙角的值就可以防止鑽削過程中，鑽頭後刀面與孔底發生幹涉。橫刃呈「S」形，定心能力強；橫刃的前角加大，軸向抗力小，切入平穩，因而入鑽性能好，克服了平面鑽尖鑽頭的不足，為機械鑽削加工領域提出了一種鑽削性能更好的既適用於普通鑽頭，也適合於微小鑽頭，且易於對其微小鑽頭進行橫刃修磨的鑽頭形式。
綜上所述，本發明是一種能合理控制鑽尖的角度分布；橫刃形狀分布合理；鑽尖後刀面與被加工孔的底部不易發生幹涉，既適用於普通鑽頭，也適合於微小鑽頭，且易於對其微小鑽頭進行橫刃修磨的全螺旋面鑽尖鑽頭。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是鑽尖半角定義示意圖。
圖2是橫刃斜角定義示意圖。
圖3是結構圓周后角αfa定義示意圖。
圖4是後刀面尾隙角αh，br定義示意圖。
圖5是全螺旋面微小鑽頭鑽尖後刀面刃磨關係圖。
圖6是修磨橫刃後的全螺旋面鑽頭鑽尖端面示意圖。
圖1中，1——鑽頭主切削刃；2——前刀面；C——外緣轉點；F1——一側後刀面；ρ——鑽尖半角。
圖2中，F1和F2——後刀面，圖(b)為圖(a)中A區局部放大視圖，其中ψ——橫刃斜角。
圖3中，(b)圖為(a)圖中的B-B剖視圖，αfa——結構圓周后角在經過主切削刃上任意點「a」且垂直於鑽頭半徑的平面內，鑽頭軸線的垂直平面和該點處後刀面的切平面所成的銳角。
圖4中，(b)圖為(a)圖中的A-A剖視圖，αh，br——後刀面尾隙角在後刀面上選定點b，則主切削刃上存在與點b半徑相同的一點a，b點的尾隙角的正切值等於a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值。
圖5中，1——鑽頭；2——砂輪；3——螺旋面軸線；Φ——鑽頭軸線與螺旋面軸線相交的角度；X*Y*Z*——螺旋面後刀面坐標系；XYZ——鑽頭坐標系；H——螺旋面的螺距。
圖6中，F1和F2——第一後刀面，F3和F4——第二後刀面。
具體實施例方式
參見圖5，全螺旋面鑽頭鑽尖的後刀面由連續的螺旋面組成，鑽尖的後刀面是一螺旋面，此螺旋面的軸線與鑽頭本體的軸線相交成一角度Φ，此角度Φ為10°～45°，刃磨幾何關係如圖5所示，根據後刀面刃磨參數調整好砂輪和鑽頭相對位置之後，砂輪固定，鑽頭繞Z*軸旋轉的同時，沿Z*軸作直線運動形成螺距為H的全螺旋面鑽頭鑽尖後刀面；或者鑽頭固定，砂輪繞Z*軸旋轉的同時，沿Z*軸作直線運動形成螺距為H的全螺旋面鑽頭鑽尖後刀面。
目前有關鑽尖的設計標準、手冊中，鑽尖幾何參數一般是三個即鑽尖半角ρ(見圖1)、橫刃斜角ψ(見圖2)及外緣轉點結構圓周后角αfc(見圖3)，它們的計算方法如下1、鑽尖半角ρ在X-Z平面內，外緣轉點C處由前刀面F5和後刀面F1相交而形成的主切削刃的切線的斜率記為ξ，則=[zx]C=[F1xF5y-F1yF5xF5zF1y-F5yF1z]c---(1)]]>式中下標「C」表示是在外緣轉點處計算， 表示對螺旋槽方程F5求對x、y、z的偏導數。則鑽尖半角為
=tan-1[-1]---(2)]]>2、橫刃斜角ψ 分別表示後刀面方程F1、F2求對x、y、z的偏導數。橫刃斜角ψ是在垂直於鑽頭軸心線的平面內，橫刃在鑽尖中心處的切線與X軸所夾的銳角。其值可用下式計算=tan-1[yx]O=tan-1[F1zF2x-F1xF2zF1yF2z-F1zF2y]O---(3)]]>3、結構圓周后角αfc由於測量平面B-B垂直於鑽頭半徑，所以主切削刃上的后角應在坐標系XΩYΩZΩ下度量。對於主切削刃上的任意點「a」，我們可以得到坐標系XΩYΩZΩ和鑽頭結構坐標系XYZ的轉換關係式如下xyz=cosa-sina0sinacosa0001xyz---(4)]]>將式(4)代入後刀面方程F1，可以得到坐標系XYZ下鑽頭後刀面的數學模型如下F1(xΩ，yΩ，zΩ)＝0 (5)則主切削刃上任意一點「a」處的后角可以表示為fa=tan-1[zy]a=tan-1[-F1yF1z]a---(6)]]>但是以上三個參數僅僅能決定主切削刃附近的幾何特徵，許多鑽頭的上述三個幾何參數都相同，但是鑽頭整體鑽削性能卻有較大的差異，這就說明鑽頭的三個設計參數不能確定整個後刀面的幾何特徵。因此上述三個鑽尖幾何參數不足以唯一確定鑽尖的幾何特性，還需要另選一個幾何參數。通過理論分析，全螺旋面鑽頭鑽尖選擇後刀面區域的尾隙角αh，ηr(見圖4)作為補充參數是合適的。因此，根據四個鑽尖幾何參數(即鑽尖半角ρ、橫刃斜角ψ、外緣轉點結構圓周后角αfc及後刀面尾隙角αh，ηr)來設計全螺旋面鑽頭。
後刀面尾隙角的定義如下(見圖4)在後刀面上選定點b，則主切削刃上存在與點b半徑相同的一點a，b點的尾隙角的正切值等於a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值。引入後刀面的尾隙角後，就能夠準確地描述主切削刃及整個後刀面的幾何特徵。同時，控制後刀面尾隙角的值就可以防止鑽削過程中，鑽頭後刀面與孔底發生幹涉。
假定「a」、「b」距鑽頭中心為r，則「b」點處的後刀面尾隙角為h,br=tan-1(360h2r)=tan-1[360(Za-Zb)2r(a-b)]---(7)]]>為了防止鑽頭在鑽削過程中後刀面與被加工孔的底部發生幹涉，可選用大的後刀面尾隙角；鑽尖半角直接關係到主刃偏角的大小，影響到主切削刃的長度，單位刃長的切削負荷，切削層中切削寬度與切削厚度的比例，切削力中軸向力與切向力的比例，主切削刃前角的大小，切削形成與排屑的情況以及外緣轉點的散熱條件等，因此針對具體加工情況，選用的鑽尖幾何參數也不用；橫刃斜角越小，則切削刃上各點的后角增大，橫刃長度越長，處於負前角切削狀態，切削抗力越大，鑽頭的負荷越大，極易導致鑽頭折斷；結構圓周后角影響到鑽頭結構后角的大小，對鑽削性能有一定的影響。
橫刃對鑽頭的切削性能有很大的影響，全螺旋面鑽尖的橫刃在鑽芯尖處的鋒角為180°，不利於鑽頭的入鑽，鑽頭容易在工件表面產生滑移；橫刃有很大的負前角，因而在切削過程中與工件會產生強烈的擠壓，且橫刃的定心性能、切削性能都不好。因此，若將全螺旋面鑽尖用於微小鑽頭，為了解決以上問題，需要對橫刃進行修磨，達到減小橫刃負前角、改善鑽尖入鑽時定心作用的目的，從而改善鑽頭的切削性能。因此根據全螺旋面鑽頭鑽尖特徵，我們研究了一種簡單易行、適用於微鑽頭的橫刃修磨方法，即根據橫刃修磨參數調整好砂輪與鑽頭位置之後，鑽頭或者砂輪沿Z*軸方向移動一個距離，使砂輪磨至鑽心，在鑽尖原後刀面的尾隙部分形成一個平面，即第二後刀面F3和F4，用這種方法修磨橫刃後，在鑽頭原後刀面的尾隙部分形成一個平面，如圖6所示。
因此，通過修磨橫刃，最終能得到根據四個鑽尖幾何參數(ρ、ψ、αfc及αh，ηr)設計的全螺旋面鑽頭。
根據被加工工件材料的不同，選用的鑽尖各幾何角度也不同。全螺旋面鑽頭鑽尖後刀面尾隙角取8°～20°；鑽尖半角取50°～75°；用於普通鑽頭的橫刃斜角一般取40°～65°，而用於微鑽頭，進行橫刃修磨前的橫刃斜角一般取65°～85°；結構圓周后角一般取8°～20°。
權利要求
1.一種全螺旋面鑽尖鑽頭，包括鑽頭本體及其鑽尖，其特徵是所述的鑽尖的後刀面是一螺旋面，此螺旋面的軸線與鑽頭本體的軸線相交成一角度，此角度為10°～45°。
2.根據權利要求1所述的全螺旋面鑽尖鑽頭，其特徵是所述的鑽頭除滿足三個設計參數即鑽尖半角、橫刃斜角及外緣轉點結構圓周后角外，還滿足後刀面區域的尾隙角幾何參數，該尾隙角的幾何參數是這樣確定的在後刀面上選定點b，則主切削刃上存在與點b半徑相同的一點a，b點的尾隙角的正切值等於a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值，假定「a」、「b」距鑽頭中心為r，則「b」點處的後刀面尾隙角為h,br=tan-1(360h2r)=tan-1[360(Za-Zb)2r(a-b)],]]>該鑽尖後刀面尾隙角取8°～20°。
3.根據權利要求2所述的全螺旋面鑽尖鑽頭，其特徵是所述的鑽尖半角取50°～75°；用於普通鑽頭的橫刃斜角取40°～65°，而用於微鑽頭，進行橫刃修磨前的橫刃斜角取65°～85°；結構圓周后角取8°～20°。
4.根據權利要求1或2所述的全螺旋面鑽尖鑽頭，其特徵是用於微小鑽頭鑽尖時，通過橫刃修磨，在所述的鑽尖的螺旋面的尾隙部分形成有一個平面，即第二後刀面F3和F4。
全文摘要
本發明公開了一種全螺旋面鑽尖鑽頭，鑽尖後刀面是一螺旋面，此螺旋面軸線與鑽頭本體軸線相交的角度為10°～45°。所述的鑽頭除滿足三個設計參數即鑽尖半角、橫刃斜角及外緣轉點結構圓周后角外，還滿足後刀面區域的尾隙角幾何參數，在後刀面上選定點b，則主切削刃上存在與點b半徑相同的一點a，b點的尾隙角的正切值等於a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值，假定「a」、「b」距鑽頭中心為r，則「b」點處的後刀面尾隙角為
文檔編號B23B51/00GK101062525SQ20071003475
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月17日 優先權日2007年4月17日
發明者周志雄, 胡思節, 楊軍, 林丞 申請人:湖南大學