麻花鉆幾何角度和受力分析[1].doc

一麻花鉆切削部分的幾何角度 鉆頭實(shí)際上相當(dāng)于正反安裝的兩把內(nèi)孔車刀的組合刀具，只是這兩把內(nèi)孔車刀的主切削刃高于工件中心（因?yàn)橛秀@心而形成橫刃的緣故，鉆心半徑為 ）。 （1）基面和切削平面 在分析麻花鉆的幾何角度時(shí)，首先必須弄清楚鉆頭的基面和切削平面。 基面：切削刃上任一點(diǎn)的基面，是通過(guò)該點(diǎn)，且垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面，如圖735a所示。在鉆削時(shí)，如果忽略進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，鉆頭就只有圓周運(yùn)動(dòng)，主切削刃上每一點(diǎn)都繞鉆頭軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，它的速度方向就是該點(diǎn)所在圓的切線方向，如圖735b中A點(diǎn)的切削速度 垂直于A點(diǎn)的半徑方向，B點(diǎn)的切削速度 垂直于B點(diǎn)的半徑方向。不難看出，切削刃上任一點(diǎn)的基面就是通過(guò)該點(diǎn)并包含鉆頭軸線的平面。由于切削刃上各點(diǎn)的切削速度方向不同，所以切削刃上各點(diǎn)的基面也就不同。 切削平面：切削刃上任一點(diǎn)的切削平面是包含該點(diǎn)切削速度方向，而又切于該點(diǎn)加工表面的平面（圖735a所示為鉆頭外緣刀尖A點(diǎn)的基面和切削平面）。切削刃上各點(diǎn)的切削平面與基面在空間相互垂直，并且其位置是變化的。 （2）主切削刃的幾何角度（如圖7-36所示） 端面刃傾角 為方便起見，鉆頭的刃傾角通常在端平面內(nèi)表示。鉆頭主切削刃上某點(diǎn)的端面刃傾角是主切削刃在端平面的投影與該點(diǎn)基面之間的夾角。如圖736所示，其值總是負(fù)的。且主切削刃上各點(diǎn)的端面刃傾角是變化的，愈靠近鉆頭中心端面刃傾角的絕對(duì)值愈大（見圖736b）。 主偏角 麻花鉆主切削刃上某點(diǎn)的主偏角是該點(diǎn)基面上主切削刃的投影與鉆頭進(jìn)給方向之間的夾角。由于主切削刃上各點(diǎn)的基面不同，各點(diǎn)的主偏角也隨之改變。主切削刃上各點(diǎn)的主偏角是變化的，外緣處大，鉆心處小。 前角 麻花鉆的前角 是正交平面內(nèi)前刀面與基面間的夾角。由于主切削刃上各點(diǎn)的基面不同，所以主切削刃上各點(diǎn)的前角也是變化的，如圖736所示。前角的值從外緣到鉆心附近大約由+30減小到-30，其切削條件很差。 后角 切削刃上任一點(diǎn)的后角 ，是該點(diǎn)的切削平面與后刀面之間的夾角。鉆頭后角不在主剖面內(nèi)度量，而是在假定工作平面（進(jìn)給剖面）內(nèi)度量（見圖736a）。在鉆削過(guò)程中，實(shí)際起作用的是這個(gè)后角，同時(shí)測(cè)量也方便。 鉆頭的后角是刃磨得到的，刃磨時(shí)要注意使其外緣處磨得小些（約810），靠近鉆心處要磨得大些（約2030）。這樣刃磨的原因，是可以使后角與主切削刃前角的變化相適應(yīng)，使各點(diǎn)的楔角大致相等，從而達(dá)到其鋒利程度、強(qiáng)度、耐用度相對(duì)平衡；其次能彌補(bǔ)由于鉆頭的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)而使刀刃上各點(diǎn)實(shí)際工作后角減少一個(gè)該點(diǎn)的合成速度角（見圖736中f-f剖面）所產(chǎn)生的影響；此外還能改變橫刃處的切削條件。 （3）橫刃的幾何角度（如圖7-37所示） 橫刃前角 由于橫刃的基面位于刀具的實(shí)體內(nèi)，故橫刃前角 為負(fù)值（約-45-60），所以鉆削時(shí)在橫刃處發(fā)生嚴(yán)重的擠壓而造成 很大的軸向力。 橫刃后角 橫刃后角90- ， 故3035。 橫刃主偏角90。 橫刃刃傾角=0。 橫刃斜角 橫刃斜角是在鉆頭的端面投影中，橫刃與主切削刃之間的夾角。它是刃磨鉆頭時(shí)自然形成的，鋒角一定時(shí)，后角刃磨正確的標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆橫刃斜角為4755，而后角愈大則愈小，橫刃的長(zhǎng)度會(huì)增加。 二麻花鉆受力分析1 麻花鉆結(jié)構(gòu)特點(diǎn)麻花鉆是最常用的孔加工刀具，此類鉆頭的直線型主切削刃較長(zhǎng)，兩主切削刃由橫刃連接，容屑槽為螺旋形(便于排屑)，螺旋槽的一部分構(gòu)成前刀面，前刀面及頂角(2)決定了前角g的大小，因此鉆尖前角不僅與螺旋角密切相關(guān)，而且受到刃傾角的影響。麻花鉆的結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)見圖1。 橫刃斜角y是在端面投影中橫刃與主切削刃之間的夾角，y的大小及橫刃的長(zhǎng)短取決于靠鉆芯處的后角和頂角的大小。當(dāng)頂角一定時(shí)，后角越大，則y越小，橫刃越長(zhǎng)(一般將y控制在5055范圍內(nèi))。 2 麻花鉆受力分析麻花鉆鉆削時(shí)的受力情況較復(fù)雜，主要有工件材料的變形抗力、麻花鉆與孔壁和切屑間的摩擦力等。鉆頭每個(gè)切削刃上都將受到Fx、Fy、Fz三個(gè)分力的作用。 在理想情況下，切削刃受力基本上互相平衡。其余的力為軸向力和圓周力，圓周力構(gòu)成扭矩，加工時(shí)消耗主要功率。麻花鉆在切削力作用下產(chǎn)生橫向彎曲、縱向彎曲及扭轉(zhuǎn)變形，其中扭轉(zhuǎn)變形最為顯著。扭矩主要由主切削刃上的切削力產(chǎn)生。經(jīng)有限元分析計(jì)算可知，普通鉆尖切削刃上的扭矩約占總扭矩的80%，橫刃產(chǎn)生的扭矩約占10%。軸向力主要由橫刃產(chǎn)生，普通鉆尖橫刃上產(chǎn)生的軸向力約占50%60%，主切削刃上的軸向力約占40%。 以直徑D=20mm麻花鉆為例，在其它參數(shù)不變情況下改變鉆芯厚度，從其剛度變化曲線(見圖3)可以看出，隨著鉆芯直徑d增加，剛度Do增大，變形量減小。由此可見，鉆芯厚度增加明顯增加了麻花鉆工作時(shí)的軸向力，直接影響刀具切削性能，且刀具剛度的大小對(duì)加工幾何精度也有影響。 由于普通麻花鉆的橫刃為大負(fù)前角切削，鉆削時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重?cái)D壓，不僅要產(chǎn)生較大軸向抗力，而且要產(chǎn)生較大扭矩。對(duì)于一些厚鉆芯鉆頭，如拋物線鉆頭(G鉆頭)和部分硬質(zhì)合金鉆頭(其特點(diǎn)之一是將鉆芯厚度由普通麻花鉆直徑的11%15%加大到25%60%)等，其剛性較好，鉆孔直線度好，孔徑精確，進(jìn)給量可加大20%。但鉆芯厚度的增大必然導(dǎo)致橫刃更長(zhǎng)，相應(yīng)增大了軸向力和扭矩，這樣不僅增加了設(shè)備負(fù)荷，而且會(huì)對(duì)加工幾何精度產(chǎn)生較大影響。此外，由于橫刃與工件的接觸為直線接觸，當(dāng)鉆尖進(jìn)入切削狀態(tài)時(shí)，被加工孔的位置精度和幾何精度難以控制。因此，在加工過(guò)程中為防止引偏，往往需要用中心鉆預(yù)鉆中心孔。 為解決上述問(wèn)題，一般采用在橫