振动钻削时麻花钻的刀具角度分析

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麻花钻切削分析及改进

锥辆铺头
垂狂虽
赢牺钻头图一麻花钻的结构图
３麻花钻的缺点３．１不利于切削的曲卷。因为主切削刃各点前角、刃倾角、切削速度、方向的差异，因而在各点处切屑流出方向不同，并存在
１．１刀体。刀体是钻头的工作部分，由切削部分与导向部分共同组成。
２０１７年６月
西部皮革
工艺与技术
麻花钻切削分析及改进
何剑汇
（山东科技大学，山东青岛２６６５９０）
摘要：麻花钻是通过其相对固定轴线的旋转切削以钻削工件的圆孔的工具。因其容屑槽成螺旋状而形似麻花而得名，是最
美键词：麻花钻｛分析；改进
申图分类粤ｉＧ童
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７１ —１６０２（２０１７）１２— ０００１一ｏ１
渐增大。２．５主、副偏角。钻头切削刃上选定点的主偏角是切削刃在
１麻花钻的结构麻花钻的组成如下图所示，由刀柄（颈部，尾部）和刀体（切
常用的钻孔刀具之一。它适合加工低精度的孔。也可用于扩孔。螺旋槽有２槽、３槽或更多槽，但以２槽最为常见。麻花钻可被夹持在手动、电动的手持式钻孔工具或钻床料一般为高速工具钢或硬质合金。本文通过对麻花钻的组成部分、几何参数优缺点等进行分析，进而提出相应地改进措施。

麻花钻加工中心工作部分的几何形状介绍

麻花钻加工中心工作部分的几何形状介绍麻花钻加工中心工作部分的几何形状介绍(1)螺旋槽钻头的工作部分有两条螺旋槽，其作用是构成切削刃、排出切屑和通入切削液。

(2)螺旋角(p)螺旋槽上最外缘螺旋线的切线与轴线之间的夹角。

加工中心由于同一个钻头的螺旋槽导程是一定的，所以不同直径处的螺旋角是不同的，越近中心处螺旋角越小。

螺旋角实际上就是钻头的进给前角yf。

因此，螺旋角越大，钻头的进给前角越大，钻头越锋利。

但是，如果钻头的螺旋角过大，钻头的强度会大大削弱，散热条件变差。

加工中心标准麻花钻的螺旋角在18。

～30。

之间。

钻头的名义螺旋角是指外缘她的螺旋角。

(3)前刀面指切削部分的螺旋槽上临近主切削刃部分，切屑流出时最初接触的钻头表面。

(4)主后刀面指钻顶的螺旋圆锥面，也就是与工件过渡表面相对的表面。

(5)主切削刃是前刀面与主后刀面的交线，担负着主要的切削工作。

钻头有两个主切削。

(6)顶角(2。

，)钻头的顶角是两主切削刃在与其平行的平面上投影之间的夹角。

一般标准麻花钻加工中心的顶角为118。

当顶角为118。

时，两主切削刃为直线;当顶角大于118。

时，两主切削刃为凹曲线当顶角小于118。

时，两主切削刃为凸曲线.顶角大，主切削刃短、定心差，钻出的孔径容易扩大，但顶角大，前角也增大，切削省力。

加工中心顶角小，则反之。

(7)前角(Yo)主切削刃上任一点的前角是过该点的基面与前刀面之间的夹角。

麻花钻加工中心的前角大小与螺旋角、顶角、钻心直径等因素有关，其中影响最大的是螺旋角。

由于螺旋角随直径的大小而改变，所以主切削刃上各点的前角也是变化的，靠近外缘处前角最大，自外缘向中心逐渐减小，大约在1/3钻头直径以内开始为负前角，前角的变化范围大约在30。

-30。

之间。

(8)后角(ao)主切削刃上任一点的后角是过该点切削平面与主后刀面之间的夹角。

加工中心后角也是变化的，靠近外缘处最小，接近中心姓最大，变化范围为8。

～l4。

(9)横刃加工中心两个主后刀面相交形成的刃口，也就是两主切削刃的连接线。

钻削与钻头

(7-1)
二、麻花钻的几何角度 1．钻头角度的参考系基面pr :主切削刃上任意点的基面，即通过该点，垂直于该点的切削速度方向的平面。切削平面ps : 主切削刃上任意点的切削平面，是包含该点的切削速度方向，而又切于该点加工表面的平面。正交平面po、假定工作平面pf和背平面pp
端平面pt：与钻头轴线垂直的投影面。中剖面pc：过钻头轴线与两主切削刃平行的平面。柱剖面pz：过切削刃选定点作与钻头轴线平行的直线，该直线绕钻头轴线旋转形成的圆柱面。
(7-10)
式中Mc——切削扭矩； vc——切削速度； d ——钻头直径。
影响钻削力的主要因素有： • 螺旋角ω：螺旋角ω↑，则前角γo↑，并改善了排屑情况，轴向力F与扭矩M都显著↓。但当螺旋角β>30。时，其影响减小。
• 顶角2φ：顶角 2φ↑ ，会使切削厚度 hD↑ ，切削宽度↓，从而切向力 Fz↓ 及切削扭矩M，轴向力F↑
2．进给量普通钻头进给量可按以下经验公式估算： f = (0.01～0.02)d (7-11) 合理修磨的钻头可选用 f = 0.03d 3．钻削速度
第三节钻头的修磨一、标准高速钢麻花钻存在问题 (1)沿主切削刃各点前角值差别悬殊(由+30°～-30°)，横刃上的前角竟达-54°～-60°，造成较大的轴向力和扭矩，使切削条件恶化。 (2)棱边近似为圆柱面(有稍许倒锥)的一部分，副后角为零度，摩擦严重。 (3)在主、副切削刃相交处，切削速度最大，散热条件最差，因此磨损很快。 (4)两条主切削刃很长，切屑宽，各点切屑流出速度相差很大，切屑呈宽螺卷状，排屑不畅，切削液难于注入切削区； (5)横刃较长，其前、后角与主切削刃后角不能分别控制

标准麻花钻的顶角

标准麻花钻的顶角
麻花钻是一种常见的木工工具，用于在木材上钻孔。

而麻花钻
的顶角则是其关键部分之一，它直接影响着钻孔的质量和效果。

在
选择和使用麻花钻时，了解和掌握其顶角的相关知识是非常重要的。

首先，麻花钻的顶角是指钻头锥度的角度。

一般来说，顶角越大，钻头的锥度就越大，适用于硬度较大的木材，而顶角越小，适
用于硬度较小的木材。

因此，在选择麻花钻时，需要根据所需钻孔
的木材硬度来选择合适的顶角。

其次，顶角的大小也会影响到钻孔的效果。

当顶角适中时，钻
头与木材的接触面积较大，能够更好地稳定钻头，减少抖动，从而
使钻孔更加准确。

而如果顶角过大或过小，就会导致钻头与木材接
触面积不合适，容易造成钻孔偏斜或者不规则。

此外，顶角的大小还会直接影响到麻花钻的使用寿命。

顶角较
大的麻花钻，由于在钻孔时木屑的排出更加顺畅，因此能够减少钻
头的磨损，延长使用寿命。

而顶角较小的麻花钻，由于木屑排出不畅，容易导致钻头磨损加剧，降低使用寿命。

在使用麻花钻时，除了选择合适的顶角外，还需要注意一些使
用技巧。

首先，要保持麻花钻和木材的垂直，避免偏斜造成钻孔不
准确。

其次，要适当施加力量，但不要过大，以免造成钻头损坏。

另外，钻孔过程中要不断清理木屑，保持钻孔畅通。

总之，麻花钻的顶角是影响其性能和使用效果的重要因素之一。

选择合适顶角的麻花钻，并掌握正确的使用技巧，能够提高钻孔的
准确性和效率，延长工具的使用寿命，从而更好地完成木工加工任务。

希望本文对您有所帮助，谢谢阅读。

麻花钻对于机械加工来说

麻花钻对于机械加工来说，它是一种常用的钻孔工具。

结构虽然简单，但要把它真正刃磨好，也不是一件轻松的事。

关键在于掌握好刃磨的方法和技巧，方法掌握了，问题就会迎刃而解。

我这里介绍一下对麻花钻的手工刃磨技巧。

麻花钻的顶角一般是118°，也可把它当作120°来看待。

刃磨钻头主要掌握几个技巧：1、刃口要与砂轮面摆平。

磨钻头前，先要将钻头的主切削刃与砂轮面放置在一个水平面上，也就是说，保证刃口接触砂轮面时，整个刃都要磨到。

这是钻头与砂轮相对位置的第一步，位置摆好再慢慢往砂轮面上靠。

2、钻头轴线要与砂轮面斜出60°的角度。

这个角度就是钻头的锋角，此时的角度不对，将直接影响钻头顶角的大小及主切削刃的形状和横刃斜角。

这里是指钻头轴心线与砂轮表面之间的位置关系，取60°就行，这个角度一般比较能看得准。

这里要注意钻头刃磨前相对的水平位置和角度位置，二者要统筹兼顾，不要为了摆平刃口而忽略了摆好度角，或为了摆好角度而忽略了摆平刃口。

3、由刃口往后磨后面。

刃口接触砂轮后，要从主切削刃往后面磨，也就是从钻头的刃口先开始接触砂轮，而后沿着整个后刀面缓慢往下磨。

钻头切入时可轻轻接触砂轮，先进行较少量的刃磨，并注意观察火花的均匀性，及时调整手上压力大小，还要注意钻头的冷却，不能让其磨过火，造成刃口变色，而至刃口退火。

发现刃口温度高时，要及时将钻头冷却。

4、钻头的刃口要上下摆动，钻头尾部不能起翘。

这是一个标准的钻头磨削动作，主切削刃在砂轮上要上下摆动，也就是握钻头前部的手要均匀地将钻头在砂轮面上上下摆动。

而握柄部的手却不能摆动，还要防止后柄往上翘，即钻头的尾部不能高翘于砂轮水平中心线以上，否则会使刃口磨钝，无法切削。

这是最关键的一步，钻头磨得好与坏，与此有很大的关系。

在磨得差不多时，要从刃口开始，往后角再轻轻蹭一下，让刃后面更光洁一些。

5、保证刃尖对轴线，两边对称慢慢修。

一边刃口磨好后，再磨另一边刃口，必须保证刃口在钻头轴线的中间，两边刃口要对称。

切削刀具的几何角度

班级：过073 姓名：谢若思学号：070342切削刀具的几何角度在金属切削加工中，刀具的完善程度，对切削效率、加工质量和产品成本有很大的影响。

为完善的改革金切刀具，研究刀具的几何参数是很重要的；刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金切工具的三项基本内容。

一、刀具合理的几何参数在保证加工质量和刀具经济耐用度的前提下，能够满足提高生产效率、降低成本的刀具几何参数，称为刀具的合理几何参数。

它包括：①切削刃的形状：如直线刃、折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃等，刀尖（及过渡刃）的形状也属于刃形问题。

②切削区的剖面型式及参数：切削刃的剖面型式，又简称为刃区型式。

常用的是锋刃，也可以在切削刃区磨出负倒棱、消振棱等。

③刀面型式及参数：如前刀面上磨出断屑槽、卷屑槽，后刀面上双重刃磨或铲背等。

④刀具的切削角度：即前角γ0、后角α0、主偏角κr、副偏角κr’、刃倾角λs等。

二、选择刀具合理几何参数的一般性原则1.要考虑工件的实际情况选择刀具合理的几何参数，要考虑工件的实际情况，主要是工件材料的化学成分、制造方法、热处理状态、力学与物理性能（包括硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性、导热系数、熔点等），还有毛坯表层情况、工件的形状、尺寸、精度和表面质量要求等。

2.要考虑刀具材料和刀具结构选择刀具合理几何参数时，主要是考虑刀具材料的化学成分、力学与纹理性能（包括硬度、抗弯强度、冲击值、耐磨性、热硬性和导热系数），还有刀具的结构型式，是整体式、焊接式或机夹式等。

3.要注意各个几何参数之间的联系刀具的刃形、刃区、刀面和角度之间是相互联系的，应该综合起来考虑它们之间的作用与影响，分别确定其合理数值。

例如，选择前角γ0时，要考虑卷屑槽型、有无倒棱及刃倾角的正负大小等，联系这些情况，优选合理的前角值，不要割裂它们之间的内在联系，孤立地选择某一参数。

4.要考虑具体的加工条件选择合理几何参数，也要考虑加工条件，这就是机床、夹具的情况，系统刚度及功率大小，切削用量和切削液性能等。

标准麻花钻刃磨方法详解

83科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 工业技术在机械加工的过程中，麻花钻是加工过程中最常用的钻孔工具。

其中，麻花钻的结构虽然很简单，但是要把刃真正的磨好，还是一件较为复杂的事情。

而磨好刃的关键，就是对刃磨的方法和技巧的掌握程度，只要方法和技巧这两个方面都掌握好了，刃磨的问题就会很容易解决。

而笔者从事钳工实训教学多年，对标准的麻花钻的刃磨有着很深的了解，本文主要对麻花钻的手工刃磨的一些技巧做了一些介绍。

1 标准麻花钻手工刃磨标准麻花钻的顶角是118°，通常在加工过程中常常将其看做120°。

在实际加工和刃磨过程中要掌握以下几个主要技巧。

1.1麻花钻轴线与砂轮面倾斜60°倾斜的目的就是在钻头上刃磨出120°锋角，如果此时无法保证60°，就会直接影响钻头顶角的大小以及主切削刃的形状和横刃斜角。

在这个刃磨过程中，一定要让麻花钻的轴心线与砂轮表面之间的位置保证60°，在刃磨中，60°的角度也较容易保证。

但是值得注意的是麻花钻刃磨前相对的水平位置和角度位置，这两个要素要同时兼顾，在平整刃口的同时还要使角度保证正确。

1.2钻头的刃口与砂轮面摆平在刃磨钻头之前，先要将钻头的主切削刃与砂轮面放在一个水平面上，这也就意味着，在刃磨的过程中，钻头的所有刃口都可以喝砂轮面接触到，从而更好的完成刃磨。

这是钻头与砂轮相对位置的第一步，位置摆好再慢慢往砂轮面上靠。

麻花钻轴线与砂轮面倾斜60°。

倾斜的目的就是在钻头上刃磨出120°锋角，如果此时无法保证60°，就会直接影响钻头顶角的大小以及主切削刃的形状和横刃斜角。

在这个刃磨过程中，一定要让麻花钻的轴心线与砂轮表面之间的位置保证60°，在刃磨中，60°的角度也较容易保证。

但是值得注意的是麻花钻刃磨前相对的水平位置和角度位置，这两个要素要同时兼顾，在平整刃口的同时还要使角度保证正确。

麻花钻的结构以及工作原理和缺点

麻花钻的结构以及工作原理在金属切削中，孔加工占很大比重。

孔加工的刀具种类很多，按其用途可分为两类：一类是在实心材料上加工出孔的刀具，如麻花钻、扁钻、深孔钻等；另一类是对工件已有孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、铰刀、镗刀等。

本节介绍常用的几种孔加工刀具。

（一）麻花钻1．麻花钻的结构要素图7－32为麻花钻的结构图。

它由工作部分、柄部和颈部组成。

（1）工作部分麻花钻的工作部分分为切削部分和导向部分。

①切削部分麻花钻可看成为两把内孔车刀组成的组合体。

如图7－33所示。

而这两把内孔车刀必须有一实心部分——钻心将两者联成一个整体。

钻心使两条主切削刃不能直接相交于轴心处，而相互错开，使钻心形成了独立的切削刃——横刃。

因此麻花钻的切削部分有两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃（如图7－32b所示）。

麻花钻的钻心直径取为(0.125~0.15)do（do为钻头直径）。

为了提高钻头的强度和刚度，把钻心做成正锥体，钻心从切削部分向尾部逐渐增大，其增大量每100mm长度上为1.4~2.0mm。

两条主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角称为锋角2Φ，如图7－34所示。

标准麻花钻的锋角2Φ＝118°，此时两条主切削刃呈直线；若磨出的锋角2Φ＞118°,则主切削刃呈凹形；若2Φ＜118°，则主切削刃呈凸形。

②导向部分导向部分在钻孔时起引导作用，也是切削部分的后备部分。

导向部分的两条螺旋槽形成钻头的前刀面，也是排屑、容屑和切削液流入的空间。

螺旋槽的螺旋角β是指螺旋槽最外缘的螺旋线展开成直线后与钻头轴线之间的夹角，如图7－34所示。

愈靠近钻头中心螺旋角愈小。

螺旋角β增大，可获得较大前角，因而切削轻快，易于排屑，但会削弱切削刃的强度和钻头的刚性。

导向部分的棱边即为钻头的副切削刃，其后刀面呈狭窄的圆柱面。

标准麻花钻导向部分直径向柄部方向逐渐减小，其减小量每100mm长度上0.03~0.12mm，螺旋角β可减小棱边与工件孔壁的摩擦，也形成了副偏角。

标准麻花钻的顶角为

标准麻花钻的顶角为麻花钻是一种常见的工业用钻头，其顶角是决定其钻削性能的重要参数之一。

标准麻花钻的顶角一般为118度，这个数值是经过长期实践和研究得出的最佳数值，能够在不同材料上取得较好的钻削效果。

下面将详细介绍标准麻花钻的顶角为118度的相关知识。

首先，标准麻花钻的顶角为118度是根据金属材料的物理特性和机械加工的需求确定的。

在金属材料的加工中，钻头的顶角直接影响到切削力和切削温度的分布，进而影响到加工表面的质量和加工效率。

经过大量试验和实践，118度的顶角被认为是最适合大多数金属材料的加工要求的理想数值。

其次，标准麻花钻的顶角为118度的特点是能够在不同硬度和性质的金属材料上取得较好的加工效果。

无论是钻削铝合金、钢材还是铸铁，118度的顶角都能够保持较好的切削性能和加工质量。

这也使得118度的顶角成为了工业生产中最为常用的钻头顶角之一。

另外，标准麻花钻的顶角为118度的优势还体现在其加工稳定性和使用寿命上。

由于顶角的设计合理，118度的麻花钻在使用过程中能够减小切削力的波动，降低切削温度的集中，从而减少了刀具的磨损和断裂，延长了刀具的使用寿命，提高了加工的稳定性和可靠性。

最后，值得注意的是，虽然标准麻花钻的顶角为118度在大多数情况下都能够取得较好的加工效果，但在特定的加工要求下，也会根据具体情况进行调整。

例如，在加工一些特殊材料或者特殊工件形状时，可能需要对钻头的顶角进行微调，以获得更适合的切削效果。

总的来说，标准麻花钻的顶角为118度是经过长期实践和研究得出的最佳数值，能够在大多数金属材料上取得较好的钻削效果。

这个数值的确定是基于对金属材料的物理特性和机械加工需求的深入研究，具有较强的普适性和实用性。

当然，在具体的加工过程中，也需要根据实际情况进行灵活调整，以满足特定的加工要求。

浅谈中小型标准麻花钻的刃磨及检验方法

浅谈中小型标准麻花钻的刃磨及检验方法作者：姜永胜来源：《职业·下旬刊》 2012年第3期文／姜永胜在金属切削加工中，孔加工是很常见的一种加工工艺技能，工厂中常用的孔加工方法有钻孔、车孔、镗孔、冲孔等，而这之中用标准麻花钻钻孔最为普遍，常见于车工、钳工、钻工等工种的应用中。

在这些加工应用中，刃磨标准麻花钻是首先要解决的问题。

古人云：工欲善其事，必先利其器。

麻花钻刃磨得好坏直接影响加工的质量、加工的效率、钻头的寿命。

在技工学校中，虽然有许多的实训环节，但由于刃磨刀具涉及安全及成本问题，学生练习不多，在教学中缺少有效的反馈，学生在有限的时间内无法可靠地掌握刃磨方法。

标准麻花钻的刃磨方法许多工艺书中虽也有讲解，但对刃磨的要求讲解较多，对刃磨的过程及控制分析较少，需要一定的实践积累才能领会。

那如何在有限的时间里让初学者尽快掌握刃磨的方法呢？有什么有效措施来保证刃磨质量呢？下面笔者结合本人工作的实际体会谈谈标准麻花钻的刃磨。

一、标准麻花钻几何角度的认识对麻花钻几何角度的认识是刃磨钻头的第一步，只有理解了，你才知道它的特性、它的要求，才知道怎样去控制它。

但在教学过程中，同学们都感到麻花钻的角度不好理解，很难懂，记不住。

其实，许多刀具的几何角度的理解都可从车刀上演化而来。

而对车刀大家都能很好地理解。

麻花钻的结构相当于两把内孔车刀的组合。

一把车刀有6个基本角度，而麻花钻主要是四个基本角度，由于麻花钻有螺旋排屑槽的影响，角度值会有一定的变化。

下面以60°外圆车刀与标准麻花钻角度作一对比，如图1和表所示。

二、刃磨要求标准麻花钻的刃磨要求如下：第一，标准顶角2φ为118°±2°。

但实际应用中顶角在100°～140°之间。

第二，外缘外的后角为6°～8°，自外缘向钻心逐渐增大。

第三，横刃斜角为55°，实际刃磨成50°～55°。

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文章编号:100624710(2001)0220185205

振动钻削时麻花钻的刀具角度分析

肖继明,李淑娟,郑建明,袁启龙,李　言(西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048)

摘要:结合低频轴向振动钻削,对麻花钻工作角度的变化规律进行了系统的分析研究,给出了各切削刃工作角度的理论计算公式。结果表明,振动参数取:a=(1～2

)

s,f󰃗n=2.125～

2.25时,可使麻花钻各切削刃在工作前角较大的情况下进行切削,在工作前角较小的情况下空切,从而使排屑顺利,主切削刃后刀面磨损趋于均匀,与普通钻削相比,耐用度提高2倍以上。关键词:麻花钻;振动钻削;刀具角度中图分类号:TH161

.22 文献标识码:A

AnalysisofTwistDrill’sToolAnglesinVibratingDrillingXIAOJi2ming,LIShu2juan,ZHENGJian2ming,YUANQi2long,LIYan(Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)Abstract:Asystematicanalyticalstudyismadeofthechangingregulationsofworkinganglesofthetwistdrillincombinationwiththeaxialvibrationdrillingwithlowfrequency;andatthesametime,thetheoreticalcalculationformulafortheworkinganglesofeachcuttingedgearegiveninthispaper.Theresultsindicatethatwhena=(1-2)s,f󰃗n=2.125～2.25aretakenasthevibrationparamenters,eachcuttingedgeoftwistdrillcandocuttinginthecaseoflargerworkinganglesbutnon2cuttinginthecaseofsmallworkingangles,therebyremovingthechipssmoothly.Accordingly,theflankwearofthemaincuttingedgetendstobeeven,andincomparisionwiththeconventionaldrilling,itstolltolerancedegreecanbemorethandoubled.Keywords:twistdrill;vibratingdrilling;toolangle

普通麻花钻是一种形状较复杂的孔加工刀具,使用中尽管暴露出一些弱点,但就其几何参数来说,仍然是结构较合理、工艺较简单、适应性最大的钻孔刀具,尤其在小直径的孔加工中,高速钢麻花钻仍是主要工具之一。然而由于麻花钻结构上的限制,使各切削刃角度变化很大,主切削刃外缘处前角过大,削弱了强度,热量不易排出,容易磨损;且接近钻芯的前角过小,切削抗力大,切屑形成条件差;横刃处是很大的负前角,切削条件更差,造成定心不好,产生很大的轴向力。长期以来,国内外切削工作者为改善麻花钻的切削性能,从其结构参数和修磨型式等方面提出了许多改进办法,但这些改进和尝试都有其局限性,很难在一般生产中使用。因此有必要从根本上考虑一种新的钻削方法,其中之一就是振动钻削。振动钻削时,由于附加轴向振动的影响,有效切削速度周期性地不断改变其大小和方向,使麻花钻切削刃工作角度也不断地发生变化,且这种工作角度的变化,愈靠近钻芯愈剧烈,这样就可在

收稿日期:2000205213

基金项目:陕西省教委专项基金资助项目(99JK223)。作者简介:肖继明(19602),男,西安理工大学副研究员,研究方向为振动切削技术。

581西安理工大学学报JournalofXi’

anUniversityofTechnology(2001)Vol.17No.2

1　振动钻削时麻花钻的刀具工作角度1.1　刀具工作角度的直观分析普通钻削时,钻头切削刃的运动轨迹是空间螺旋面;振动钻削时,则形成外形上更为复杂的波形切削表面。若将其按周向展开(见图1)就可直观地看出,切削刃工作角度周期性地不断改变其大小,即从B(F)→D,切削刃工作前角逐渐减小,而工作后角逐渐增大;反之,由D→F(B)

,则切削刃工作前角

逐渐增大,而工作后角逐渐减小,使切屑变形剪切角和流出状态也产生周期性变化。同时,切削刃工作角度的变化与振动频率f、振幅a、进给速度Τs及切削速度ΤΞ等有关。因此,只要振动参数(a,f)

与切

削参数(s,n)

匹配适当,就可改变切屑的形成过程,改善切削刃工作条件,提高切削性能。根据上述分

析,结合麻花钻的结构特点及振动参数选取,使切削刃在A→C段实削,而在C→D段空切,对提高切削性能有利。图2所示的振动钻削过程就比较符合这种情况。结合钻削力实验的分析结果[3],实际生产

中,振动参数取:振幅a=(1～2

)

s,频转比f󰃗n=2.125～2.25为宜。

图1　刀具工作角度变化示意图图2　切屑的形成过程1.2　刀具工作角度的分析振动钻削时,钻头切削刃要完成三个不同的运动,即主体运动(钻头绕轴线旋转)、辅助运动(钻头沿轴向进给)和振动运动。这样有效切削速度Τe即为:

Τ→e=Τ→Ξ+Τ→s+Τ→f(1)

这里,主运动的速度矢量Τ

→Ξ和进给运动速度矢量Τ→

s与普通钻削时一样不随时间变化,而振动运动速

度矢量Τ

→

f是按正弦规律不断改变其大小和方向,使得有效切削速度Τe周期性地不断改变其大小和方

向,从而使工作基准系周期性变化,相应地钻头切削刃工作角度也周期性变化。下面以进给平面坐标系(Pre-Pse-P

)作为工作基准系来分析,给出钻头切削刃主要工作角度的计算公式,其它工作角度

681西安理工大学学报(2001)第17卷第2期

tgΗ=Τs+ΤfΤΞ=s2Πr+ar󰃖fncos2Πft(2)

式中,Τs、Τf、ΤΞ分别为钻头进给速度、振动线速度和旋转线速度(mm󰃗s);n为钻头转速(rps)

;

为进

给量(mm󰃗r);a为振幅(mm);f为振动频率(Hz);r为主切削刃上选定点距中心的距离(mm)

;

为

时间(s)。

图3　主切削刃的理论与工作基准系利用向量矩阵法,即可得到在进给平面坐标系(Pre-Pse-P

)里主切削刃的工作角度

Χse=Χs+Η(3)

Αse=Αs-Η(4)式中,Χs、Χse分别为主切削刃上选定点的进给方向前角与工作前角(°);Αs、Αse分别为主切削刃上选定点的进给方向后角与工作后角(°)。在式(1)中若忽略进给速度的影响,且当󰃜cos2Πft󰃜=1时,则有:

󰃜Ηmax󰃜=arctg(ar󰃖fn)(5)

图4为振动钻削时主切削刃最大工作前角(a)和最小工作后角(b)沿各点的分布。可以看出,随着

振动振幅a(频转比(f󰃗n)图中未画)

的增大,主切削刃上各点的工作角度变化愈大,尤其是愈靠近钻

芯这种趋势愈明显,改善了主切削刃上靠近钻芯处各点的工作条件,有利于提高其切削能力。同时,在

图4　振幅变化时主切削刃工作角度的变化

781肖继明等:振动钻削时麻花钻的刀具角度分析

切削轻快,排屑容易,磨损均匀,耐用度提高。但振幅(频转比)过大时,又会使主切削刃在切入过程中工作后角减小过多,甚至出现负后角而加剧后刀面磨损,并产生较大冲击[3]。1.2.2　横刃的工作角度普通麻花钻采用锥面刃磨法时,横刃是条通过钻心、垂直于钻轴的近似直线,则沿横刃上各点的测量平面Po、Pn、Ps是相同的,如图5所示。

tgΗ=Τs+ΤfΤΞ=s2Πr+ar󰃖fncos2Πft(6)

图6　振幅变化时横刃工作角度的变化ΧΩe=ΧΩ+Η(7)ΑΩe=ΑΩ-Η(8)式中,r为横刃上选定点距中心的距离(mm)

;Χ

Ω、

ΧΩe分别为横刃上选定点的前角与工作前角(°);ΑΩ、

ΑΩe

分别为横刃上选定点的后角与工作后角(°)。

图6为振动钻削时横刃最大工作前角和最小工作后角沿各点的分布。可以看出,随着振幅a(

频

转比(f󰃗n)图中未画)

的增大,横刃上各点的工作

角度变化愈大,对于改善横刃的工作条件,提高其切削能力,降低轴向力十分有利。1.2.3　副刃(刃带)的工作角度轴向振动钻削对于麻花钻的副刃来说,相当于走刀抗力方向的振动切削(见图7)[1]。副刃的前进方向角Η’为:

tgΗ’=Τs+ΤfΤΞ=s2ΠR+aR󰃖fncos2Πft(9)

Κ’se=Κ’

s+Η’(10)

sinΧ’oe=sin2Κ’se+cos2Κ’sesinΧ’o(11)

式中,R为钻头半径(mm);Κ’s、Κ’se分别为副刃的刃倾角和工作刃倾角(°)

;Χ’o、Χ

’

oe分别为副刃的前角和工

作前角(°)。由图8可以看出,振动钻削时副刃工作前角增大很多,对于提高副刃的修光能力和改善排屑情况有利,但同时形成较大的负工作后角,对切削不利。尤其在精度要求较高,表面粗糙度要求较低及孔径易收缩时,需合理修磨。

2　钻头耐用度实验本实验是在西安理工大学研制的立式振动钻床上进行。钻头用哈尔滨量具刃具厂生产的普通高速钢麻花钻,切削力用瑞士产的压电式钻铣测力仪(Type9271A)测量。刀具磨损用放大率为40倍的读

数显微镜观察测量。钻头结构参数:d=3.8mm,2Υo=118°,Βo=26°,ro󰃗R=0.15;试件材料:42CrMo,

5145×30mm圆盘;切削参数:n=20.83rps,s=0.063mm󰃗r;振动参数:a=0.1mm,f󰃗n=2.25;