微钻的前角计算及其钻削试验

微钻的前角计算及其钻削试验 微钻的前角计算及其钻削试验 第3O卷第2期 2011年3月 大连工业大学 JournalofDalianPolytechnicUniversity Vo1.30NO.2 Mar.2011 文章编号:1674—1404{2011)02—0145—03 微钻的前角计算及其钻削试验 姜正健,张伟,李铸宇 (1.大连工业大学机械工程及自动化学院,辽宁大连116034; 2.大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028) 摘要:刀具微钻的前角是否合理直接影响微钻的钻削加工以及刀具的使用寿命,因此要对前角进行测 定.通过DJCIY-92B光学测量仪对微钻切削刃上点的测量,用3次样条求出切削刃的曲线形状.钻头 的前刀面是以切削刃为母线沿钻轴做螺旋运动形成螺旋槽,本文依此进行数学建模并编写Matlab程 序,计算出切削刃上各点的前角,并对不同前角分布的微钻进行不锈钢钻削试验,由此可知微钻的前角 分布对微钻寿命的影响. 关键词:刀具;微钻;前角;建模 中图分类号:TG713.1文献标志码:A Therakeangleofmicro-dillcountinganddrillingexperiment JIANGZheng—jian.ZHANGWei.LIZhu-yu (1.SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation,DalianPolytechnicUniversity,Dali an116034,China; 2.SchoolofMechanicalEngineering,DalianJiaotongUniversity,Dalian116028,China) Abstract:Thedrillingprocessandthetool—lifeofmicro—drillcanbeimprovedbyvalidityofmicro—dill rakeanglesoitisnecessarytoresearchtherakeangleofmicro—dril1.DJCLY-92Bwasusedtomeasure thepointofthemicro—drillingcuttingedge,andtheshapeofthecuttingedgewerecalculatedthrough thethreespline,whichcurvedasthegeneratrixofthemicro—drillfaceandscrewedalongtheaxesand generatethehelicoid.Themathematicmodelandprogramwasbuiltuptoworkouttherakeang leof micro—drillandtoperformdrillhigh—speedsteelexperimentwithdifferentrakeangle.Sowecanknow theeffectofdistributionoftherakeangleonthetool—life. Keywords:cuttingtool;micro—drill;rakeangle;mathematicmodelling 0引言 在微钻加工过程中,常遇到排屑不顺利,磨损 严重,崩刃,甚至断刀等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,严重影响刀具的使 用寿命].为了提高微钻寿命,美国一家实验室 和中国的湖南大学通过加工曲面后刀面来提高微 钻的寿命].澳大利亚的一个实验室还通过在 刀具的前刀面上磨出一个小平面来优化钻头的前 角,从而提高钻头的寿命_4]. 切削刃上各点的前角变化非常复杂,因而微 钻的前角是否合理对微钻的加工过程影响非常明 显.,增大前角可减小切削热的产生,切削温度不 至于太高,但前角过分增大会使微钻的楔角减小, 会使切削刃的散热体积减小,微钻的强度也会随 之下降[5].因此,选择微钻前角,不但要考虑机床 的条件,还应该考虑被加工材料的情况,从而准确 计算出微钻切削刃上各点的前角,为提高刀具的 使用寿命和改善加工条件提供重要参考.但是关 于这方面的文章很少,大连工业大学先进制造中 心曾经用立体几何的方法计算过麻花钻的前 角_6].本文利用微分几何的方法对微钻前角进行 计算,并进行切削试验.因为麻花钻的螺旋槽由 两部分组成,微钻的前刀面槽型是以直线主刃为 母线,沿钻轴做螺旋运动而形成的[7].本文就是 根据这个原理进行数学建模,并编写程序对切削 收稿日期:2010—01—12. 作者简介:姜正健(1984一),男,硕士研究生;通信作者:张伟(1962一),男,教授 大连工业大学第30卷 刃各点的前角进行计算的. 1切削刃上点的测量 用DJCLY一92B光学测量仪测量型号为A,B 的微钻切削刃的点坐标(z,Y,),用Matlab程序 求切削刃的曲线形状如图1所示. 萋 0.45 0.40 O.35 0.30 0.25 0.2O 0.15 O.1O 0.O5 0 A B 图1微钻钻型A,B的切削刃曲线 Fig.1Cuttingedgecurveofmicro—drillAandB 螺旋槽母线的方向向量为 U1一COS忌+sin()(2) 钻头的螺旋槽前刀面是以直线主刃为母线沿钻轴 按导程做螺旋运动而形成的,所以螺旋槽的方程 为 )+h(w)k+uU1(3) R一一1(叫 其中,h(叫)一wrcot 螺旋槽的法向量为 N:OR×等(4) 法剖面与基面的交线 一 ',×Ul;V一一r/一usin.j『 因为当W为0时u为微钻主切削刃,所以 N.一[一"sinCOSi+r"acos.,+(r+ "sine)k~/II(5) N,一I-usinCOSl一(rcos一rsincot_, 一 usink31INl(6) 所以 一arcc.s?(u×T)]一号 图2微钻前角的数学模型 Fig.2Themathematicalmodelofrakeangle 对这些数据进行差值计算,得出切削刃几乎 为直线,根据直线切削刃进行数学建模.3前角计算 2数学建模 如图2所示,{i,,k)是微钻的坐标系,r为芯 圆半径,为半锋角,为螺旋角,叫为切削刃绕芯 圆所转的角度,为切削刃的长度,V为被测点的 切削速度方向向量,【,.为微钻螺旋槽前刀面母线 的方向向量,为微钻的法向前角,N为微钻前 刀面的法向量,为切削刃的方向向量.微钻的法 向前角等于法剖面与基面的交线和该点切线的夹 角.法剖面与基面的交线为u,.因为切线矢量 与法向矢量垂直,所以 T)]一号(1) r一arcc.s[Nr?(u× 根据建立好的数学模型对两个几何参数不同 的微钻前角进行计算,微钻的几何参数如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1所 示. 表1微钻钻型A,B的几何参数 Tab.1Geometryparametersofmicro-drilltypeAandB 用Matlab编程,钻型A和B的前角分别如 表2所示.所取点从切削刃的最里端到微钻的外 缘转点.所取点的间隔为0.01mm. 昌曩,_r 第2期姜正健等:微钻的前角计算及其钻削试验 表2钻型A,B的切削刃上所取点及其前角 Tab.2ThepointandfrontrakeofcuttingedgetypeAandB 型号点1234576777879 A前角0.78554.03377.160410.071712.705329.797429.802629.807729.8125 B前角0.72554.52688.187411.596614.680734.759134.765434.771434.7771 4切削试验 用A,B两种不同型号的微钻进行钻削试 验,切削参数及加工材料如表3所示. 表3微钻加工参数 Tab.3Micro—drillmachiningparameters 5结论 (1)直线刃微钻从内刃起始点到外缘转点的 法向前角逐渐增加,在外缘转点时达到最大. (2)直线刃微钻的法向前角会随着螺旋角的 增加而增大. (3)前角增大会减小切削力和切削热的产生, 但是过分增大前角会导致楔角的减小,这样会使 微钻的强度和散热体积都大大的下降,很容易使 微钻在加工过程中出现不正常磨损. 外缘转点破损正常磨损参考文献: 一?AB 图3微钻钻型A,B的磨损情况 Fig.3Attritionsituationofmicro—drilltypeAandB 图3分别是A,B两种型号微钻的磨损情况, 对两种型号的微钻磨损情况进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,在切削参 数相同的情况下,微钻型号B在加工到300个孔 时外缘转点磨损严重,继续加工出现崩刃.而微 钻型号A的加工情况比B好,它在正常磨损的情 况下可以加工到80O,1000个孔.对磨损情况 和刀具的几何参数进行分析可知,可能是微钻型 号B的前角过大导致微钻的楔角过小,从而使微 钻的强度下降,散热体积减小,因此在加工的过程 中,微钻B的外缘转点就很容易磨损,甚至崩刃. [13倪志福,陈璧光,群钻[M].上海:上海科学技术出版 社,1999:11-12. [2]CHYANHC,EHMANNKF.Developmentof curvedhelicalmicro——drillpointtechnologyformicro—' holedrilling[J].DepartmentofMechanicalEngineer— ing,1998,8:337—358. [3]向文江,周志雄.新型螺旋面微钻头数控刃磨参数的 分析求解[J-1.工具技术,2006,40(4):51—53. [4]WANGJ,ZHANGQ.Astudyofhigh—performance planerakefacedtwistdrills[J].InternationalJournal ofMachineToolsandManufacture,2008,48(11): 1276—1295. [53张文周,谭承峰.不锈钢加工对刀具材质和几何参数 的要求[J].机械制造,2003,41(9):39—40. [63ZHANGWei,PENGYan-ping,XIONGDi-lin.Drill flankthree-dimensionalmeasurementandflank/flute intersectiondetermination[J].InternationalJournal ofMachineToolsandManufacture,2008,48(6): 666—676. [-73张占阳.硬质合金高效钻尖的实验研究[D].大连: 大连工业大学,2006.