一拜岂、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)现碰，兩主切削刃由橫刃連接庵偏，容屑槽為螺旋形（便于排屑），螺旋槽的一部分構(gòu)成前刀面现辑，前刀面及頂角（2?）決定了前角g的大小母掀，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扳耘。麻花鉆的結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)見(jiàn)圖1焰哮。

D：直徑 y：橫刃斜角 a：后角 b：螺旋角 ?：頂角 d：鉆芯直徑 L：工作部分長(zhǎng)度

圖1 麻花鉆結(jié)構(gòu)及切削部分示意圖

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液茧。當(dāng)頂角一定時(shí)仆加，后角越大，則y越小缚庐，橫刃越長(zhǎng)（一般將y控制在50°～55°范圍內(nèi)）唁奢。

二、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驮瞧、麻花鉆與孔壁和切屑間的摩擦力等氓扛。鉆頭每個(gè)切削刃上都將受到Fx、Fy论笔、Fz三個(gè)分力的作用采郎。

圖2 麻花鉆切削時(shí)的受力分析

如圖2所示，在理想情況下狂魔，切削刃受力基本上互相平衡蒜埋。其余的力為軸向力和圓周力，圓周力構(gòu)成扭矩最楷，加工時(shí)消耗主要功率整份。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)變形籽孙，其中扭轉(zhuǎn)變形最為顯著烈评。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)算可知犯建，普通鉆尖切削刃上的扭矩約占總扭矩的80％该捎，橫刃產(chǎn)生的扭矩約占10％。軸向力主要由橫刃產(chǎn)生张相，普通鉆尖橫刃上產(chǎn)生的軸向力約占50％～60％枝扭，主切削刃上的軸向力約占40％。

圖3 鉆芯直徑d-剛度Do關(guān)系曲線

以直徑D=20mm麻花鉆為例蝗腻，在其它參數(shù)不變情況下改變鉆芯厚度孵钱，從其剛度變化曲線（見(jiàn)圖3）可以看出，隨著鉆芯直徑d增加拓币，剛度Do增大昏滔，變形量減小。由此可見(jiàn)翁凳，鉆芯厚度增加明顯增加了麻花鉆工作時(shí)的軸向力递促，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县趴。

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壓涉粘，不僅要產(chǎn)生較大軸向抗力锭汛，而且要產(chǎn)生較大扭矩。對(duì)于一些厚鉆芯鉆頭袭蝗，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％）等唤殴，其剛性較好，鉆孔直線度好，孔徑精確朵逝，進(jìn)給量可加大20％蔚袍。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配名，這樣不僅增加了設(shè)備負(fù)荷啤咽，而且會(huì)對(duì)加工幾何精度產(chǎn)生較大影響。此外渠脉，由于橫刃與工件的接觸為直線接觸宇整，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芋膘。因此鳞青，在加工過(guò)程中為防止引偏，往往需要用中心鉆預(yù)鉆中心孔凡矿。

為解決上述問(wèn)題键先，一般采用在橫刃兩端開(kāi)切削槽的方法來(lái)減小橫刃長(zhǎng)度，減輕擠壓紊竹，從而減小軸向力和扭矩沈跷。但在實(shí)際加工中，鉆尖的負(fù)前角切削和直線接觸方式定心性能差的問(wèn)題并未從根本上得到解決碑甘。為此亮铛，人們一直在對(duì)鉆尖形狀進(jìn)行不斷研究和改進(jìn)，S刃鉆尖就是解決這一問(wèn)題的較好方法之一销顷。

三受卒、S刃鉆尖的分類及特點(diǎn)

S刃鉆尖也稱為溫斯陸鉆尖，從端面投影看灼烫，其橫刃為S形筋蝴。從正面投影可看到鉆尖中部略鼓，呈拋物線冠狀窄忱。由于S刃鉆尖為曲線刃岛涝，鉆尖進(jìn)入切削的瞬時(shí)與工件為點(diǎn)接觸，因而自定心性及穩(wěn)定性均優(yōu)于普通麻花鉆糟秘，軸向力降低简逮，切削性能改善，鉆頭壽命延長(zhǎng)尿赚，被加工孔質(zhì)量顯著提高散庶，孔的位置精度和幾何精度令人滿意，鉆削進(jìn)給量和進(jìn)給速度進(jìn)一步提高凌净。根據(jù)拋物線冠狀和橫刃形狀悲龟，S刃鉆尖基本上可分為三種類型屋讶，即高冠S刃、低冠S刃和低冠小S刃（見(jiàn)圖4）须教。

圖4S刃鉆尖的三種類型

高冠S刃鉆尖

高冠S刃鉆尖以美國(guó)吉丁斯·路易斯鉆頭磨床修磨的溫斯陸（Winslow）鉆尖為代表皿渗。該機(jī)床附設(shè)了一套特殊的凸輪機(jī)構(gòu)，修磨出的S刃鉆尖切削部分（L0）較長(zhǎng)轻腺，S刃冠狀曲率較大乐疆。特點(diǎn)：由于S部分較高（L0較長(zhǎng)），基本消除了負(fù)前角约计，甚至可實(shí)現(xiàn)正前角切削诀拭，所以不必另加橫刃切削槽。修磨效率高善簸，適于修磨厚鉆芯刀具传撰。但鉆尖尖端部分相對(duì)薄弱，強(qiáng)度較差呛产，不適合高速加工高硬度工件距搂。鉆尖材質(zhì)需采用具有較好韌性的材料（如高速鋼類）。

低冠S刃鉆尖

低冠S刃鉆尖以德國(guó)五軸磨床（由瑞士Numroto配備編程軟件）修磨的鉆尖為代表治勒。鉆尖切削部分（L0）較短恰磷，S刃冠狀曲率較小。從端面投影方向可看出橫刃為大S形路倔，中間局部可為一小段直線熏屎，橫刃部分有兩個(gè)小槽，可減小鉆尖部分的負(fù)前角逮赋。

特點(diǎn)：因切削部分（L0）相對(duì)較短京嗽，鉆尖尖端及主切削刃強(qiáng)度較好；由于鉆尖S刃冠狀曲率小卓奄，因此自定心性及穩(wěn)定性均優(yōu)于高冠S刃鉆尖墨叛。開(kāi)橫刃前角后，鉆削性能明顯改善模蜡，既保留了高冠S刃鉆尖的優(yōu)點(diǎn)漠趁，又提高了鉆尖尖端的強(qiáng)度。適用于加工較硬材料的工件（如鋼件忍疾、鑄鐵件等）闯传。鉆頭材質(zhì)可采用高速工具鋼、硬質(zhì)合金或其它高硬度材料膝昆。此類鉆頭的修磨較復(fù)雜丸边，要求較高。

低冠小S刃鉆尖

此類鉆尖形狀與高冠S刃鉆尖較類似荚孵，其橫刃也為小S形，鉆尖頂角（2?）較上述兩類鉆尖更大，主切削刃短（L0相對(duì)較短）收叶，冠狀曲率較小骄呼。

特點(diǎn)：因主切削刃較短，因此加工中的扭矩較信忻弧蜓萄；由于主切削刃強(qiáng)度高、冠狀曲率小钳生，因此自定心性和穩(wěn)定性均比高冠S刃鉆尖好秤慌。另外，小S刃鉆尖無(wú)負(fù)前角產(chǎn)生孕称，因此不需在橫刃處加槽式涝，既控制了軸向力，又減小了扭矩酝遇，可極大地改善切削性能图汪。適于修磨高硬度材料（如硬質(zhì)合金類）小螺旋角鉆頭。

四驳芙、S刃鉆尖的修磨

S刃鉆尖形狀復(fù)雜讳汇，修磨難度大，很難用手工或普通鉆頭磨床修磨出理想的刃形掰闯，一般需要使用具有特殊凸輪機(jī)構(gòu)的鉆頭磨床或數(shù)控磨床才能實(shí)現(xiàn)精確修磨枪第。

圖5所示為S刃鉆尖的簡(jiǎn)單修磨原理。將被修磨鉆頭水平裝夾于A軸的钞，修磨時(shí)錐形砂輪與刀具切削刃接觸后兜蠕，B軸在XZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，A軸聯(lián)動(dòng)（按后刀面螺旋升程要求旋轉(zhuǎn)）铆农；同時(shí)牺氨，砂輪相對(duì)于刀具在Y軸方向下降，形成螺旋后刀面和S形橫刃墩剖。

圖5 S刃鉆尖的簡(jiǎn)單修磨原理

鉆尖的冠狀高由圓錐砂輪（錐度為30°～60°）修磨出的圓弧大小以及螺旋面的升程率決定猴凹，升程率增大時(shí)冠狀高減小，圓弧越大冠狀凸起越高（見(jiàn)圖5）岭皂。此外郊霎，冠狀高及S曲線的半徑與鉆芯厚度直接相關(guān)。

修磨低冠S刃鉆尖時(shí)爷绘，為改善切削性能书劝，可用75°角砂輪在鉆尖處開(kāi)出兩個(gè)小槽，并使其角度與S兩半圓間的連線基本平行土至，這樣既可保持主切削刃的強(qiáng)度购对，又可減小S刃中部產(chǎn)生的負(fù)前角猾昆，使冠狀拋物線中部刀刃的前角等于零或小于零（r≥0）。

與普通麻花鉆一樣协包，S刃鉆尖的頂角也非常重要帅珍，鉆尖頂角修磨范圍一般在90°～135°之間。由圖1可知幔憋，頂角（2?）越小司报，主切削刃越長(zhǎng)，切削負(fù)荷越大全乙。由于S刃鉆尖的自定心性較好偎洋，因此不必采用減小頂角的方法來(lái)改善被加工孔的幾何精度（該方法在加工實(shí)踐中效果并不明顯），以避免增大切削負(fù)荷侄伟。相反睁奶，為改善刀具切削性能，提高刀具強(qiáng)度和切削速度劫伊，一般將S刃鉆尖的頂角設(shè)計(jì)為118°以上（甚至可達(dá)140°）拆聋。此外，外緣后角決定了鉆尖外緣部切入工件時(shí)楔角的大小姊呐。刀具楔角的大小應(yīng)根據(jù)被加工工件材料的硬度決定懒披，當(dāng)工件材料較軟時(shí)，需選用較大的后角剖张。

五切诀、S刃鉆尖的應(yīng)用實(shí)例

我們將S刃鉆尖修磨技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿小頭孔的加工中，取得了良好效果搔弄。

工藝設(shè)計(jì)：20序：鉆孔?17+0.07mm幅虑，機(jī)床轉(zhuǎn)數(shù)：200r/min，切削速度10.68mm/min顾犹，走刀量0.45mm/r倒庵。40序：鉸孔?17.5+0.05mm。

用?17mm普通麻花鉆鉆孔時(shí)炫刷，由于鉆頭自定心性能及鉆削穩(wěn)定性差擎宝，鉆出的孔徑經(jīng)常達(dá)到或超過(guò)?17.5mm，致使產(chǎn)品報(bào)廢浑玛，操作者只好手工修磨鉆尖绍申，但修磨質(zhì)量很不穩(wěn)定。

我們將鉆頭修磨成頂角118°顾彰、軸向后角7°极阅、圓周后角6°的低冠大S刃鉆尖，S刃半徑為1.5mm蜻罕，兩半圓連線長(zhǎng)度為0.5mm蛹鼎，并在橫刃處用80°圓錐砂輪開(kāi)出兩槽样京，使冠狀前角大于或等于零，這樣既可保證刀具主切削刃所需強(qiáng)度煞恭，又避免了負(fù)前角切削產(chǎn)生的擠壓現(xiàn)象络务，減小了鉆削軸向力蔬旋，改善了切削性能井翅。加工實(shí)踐證明，使用該鉆頭不僅有效控制了孔的幾何精度哩疲，而且生產(chǎn)效率顯著提高霹链，廢品率大大下降。?17mm普通鉆尖麻花鉆與S刃鉆尖麻花鉆的加工效果對(duì)比見(jiàn)下表梨脖。

表 普通鉆尖與S刃鉆尖的加工效果對(duì)比

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