專利名稱：一種全螺旋面鉆尖鉆頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉆頭，特別是涉及一種全螺旋面鉆尖鉆頭，此全螺旋面鉆尖既適用于普通鉆頭，也適合于微小鉆頭。
背景技術：
鉆削加工是制造工業(yè)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。鉆削過程中用的刀具即鉆頭，根據其鉆尖后刀面廓形的不同，可以分為錐面、平面、橢球面、圓柱面等鉆尖形式；而鉆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，平面鉆尖不僅應用于大鉆頭中，而且國際上商用微鉆頭均是采用平面鉆尖，但這種鉆頭鉆型有許多不足不能合理控制鉆尖的角度分布；鉆尖后刀面與被加工孔的底部易發(fā)生干涉等。為了克服平面鉆尖鉆頭的不足，本發(fā)明提出了一種既適用于普通鉆頭，也適合于微小鉆頭的全螺旋面鉆尖鉆頭。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能合理控制鉆尖的角度分布，特別是鉆尖后刀面角度的分布；鉆尖后刀面與被加工孔的底部不易發(fā)生干涉的既適用于普通鉆頭，也適合于微小鉆頭的全螺旋面鉆尖鉆頭。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的全螺旋面鉆尖鉆頭，包括鉆頭本體及其鉆尖，所述的鉆尖的后刀面是一螺旋面，此螺旋面的軸線與鉆頭本體的軸線相交成一角度，此角度為10°～45°。
所述的鉆頭除滿足三個設計參數(shù)即鉆尖半角、橫刃斜角及外緣轉點結構圓周后角外，還滿足后刀面區(qū)域的尾隙角幾何參數(shù)，該尾隙角幾何參數(shù)，在后刀面上選定點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于a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值，假定“a”、“b”距鉆頭中心為r，則“b”點處的后刀面尾隙角為αh,br=tan-1(360h2πrΩ)=tan-1[360(Za-Zb)2πr(Ωa-Ωb)]]]>為了防止鉆頭在鉆削過程中后刀面與被加工孔的底部發(fā)生干涉，可選用大的后刀面尾隙角；鉆尖半角直接關系到主刃偏角的大小，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，選用的鉆尖幾何參數(shù)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，處于負前角切削狀態(tài)，切削抗力越大，鉆頭的負荷越大，極易導致鉆頭折斷；結構圓周后角影響到鉆頭結構后角的大小，對鉆削性能有一定的影響。
根據被加工工件材料的不同，選用的鉆尖各幾何角度也不同。全螺旋面鉆頭鉆尖后刀面尾隙角取8°～20°；鉆尖半角取50°～75°；用于普通鉆頭的橫刃斜角一般取40°～65°，而用于微鉆頭，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°。
在所述的鉆尖的螺旋面的尾隙部分形成有一個平面，即第二后刀面F3和F4。
采用上述技術方案的全螺旋面鉆尖鉆頭，由于其鉆尖為全螺旋面，即整個后刀面為連續(xù)的螺旋面，其軸線與鉆頭自身的軸線相交成一角度；其鉆頭后角分布合理，切削性能好；其刃磨方法簡單，刃磨誤差源少；此全螺旋面鉆尖既適用于普通鉆頭，也適合于微小鉆頭；且全螺旋面鉆尖微小鉆頭在其鉆尖處易于進行橫刃修磨。引入后刀面的尾隙角后，就能夠準確地描述主切削刃及整個后刀面的幾何特征，其后刀面上的尾隙角及主切削刃上的后角得到了合理的控制，控制后刀面尾隙角的值就可以防止鉆削過程中，鉆頭后刀面與孔底發(fā)生干涉。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(wěn)，因而入鉆性能好，克服了平面鉆尖鉆頭的不足，為機械鉆削加工領域提出了一種鉆削性能更好的既適用于普通鉆頭，也適合于微小鉆頭，且易于對其微小鉆頭進行橫刃修磨的鉆頭形式。
綜上所述，本發(fā)明是一種能合理控制鉆尖的角度分布；橫刃形狀分布合理；鉆尖后刀面與被加工孔的底部不易發(fā)生干涉，既適用于普通鉆頭，也適合于微小鉆頭，且易于對其微小鉆頭進行橫刃修磨的全螺旋面鉆尖鉆頭。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是鉆尖半角定義示意圖。
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是后刀面尾隙角αh，br定義示意圖。
圖5是全螺旋面微小鉆頭鉆尖后刀面刃磨關系圖。
圖6是修磨橫刃后的全螺旋面鉆頭鉆尖端面示意圖。
圖1中，1——鉆頭主切削刃；2——前刀面；C——外緣轉點；F1——一側后刀面；ρ——鉆尖半角。
圖2中，F(xiàn)1和F2——后刀面，圖(b)為圖(a)中A區(qū)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”且垂直于鉆頭半徑的平面內，鉆頭軸線的垂直平面和該點處后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——后刀面尾隙角在后刀面上選定點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于a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值。
圖5中，1——鉆頭；2——砂輪；3——螺旋面軸線；Φ——鉆頭軸線與螺旋面軸線相交的角度；X*Y*Z*——螺旋面后刀面坐標系；XYZ——鉆頭坐標系；H——螺旋面的螺距。
圖6中，F(xiàn)1和F2——第一后刀面，F(xiàn)3和F4——第二后刀面。
具體實施例方式
參見圖5，全螺旋面鉆頭鉆尖的后刀面由連續(xù)的螺旋面組成，鉆尖的后刀面是一螺旋面，此螺旋面的軸線與鉆頭本體的軸線相交成一角度Φ，此角度Φ為10°～45°，刃磨幾何關系如圖5所示，根據后刀面刃磨參數(shù)調整好砂輪和鉆頭相對位置之后，砂輪固定，鉆頭繞Z*軸旋轉的同時，沿Z*軸作直線運動形成螺距為H的全螺旋面鉆頭鉆尖后刀面；或者鉆頭固定，砂輪繞Z*軸旋轉的同時，沿Z*軸作直線運動形成螺距為H的全螺旋面鉆頭鉆尖后刀面。
目前有關鉆尖的設計標準、手冊中，鉆尖幾何參數(shù)一般是三個即鉆尖半角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、鉆尖半角ρ在X-Z平面內，外緣轉點C處由前刀面F5和后刀面F1相交而形成的主切削刃的切線的斜率記為ξ，則ξ=[∂z∂x]C=[∂F1∂x∂F5∂y-∂F1∂y∂F5∂x∂F5∂z∂F1∂y-∂F5∂y∂F1∂z]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(shù)。則鉆尖半角為
ρ=tan-1[-1ξ]---(2)]]>2、橫刃斜角ψ 分別表示后刀面方程F1、F2求對x、y、z的偏導數(shù)。橫刃斜角ψ是在垂直于鉆頭軸心線的平面內，橫刃在鉆尖中心處的切線與X軸所夾的銳角。其值可用下式計算ψ=tan-1[∂y∂x]O=tan-1[∂F1∂z∂F2∂x-∂F1∂x∂F2∂z∂F1∂y∂F2∂z-∂F1∂z∂F2∂y]O---(3)]]>3、結構圓周后角αfc由于測量平面B-B垂直于鉆頭半徑，所以主切削刃上的后角應在坐標系XΩYΩZΩ下度量。對于主切削刃上的任意點“a”，我們可以得到坐標系XΩYΩZΩ和鉆頭結構坐標系XYZ的轉換關系式如下xyz=cosΩa-sinΩa0sinΩacosΩa0001xΩyΩzΩ---(4)]]>將式(4)代入后刀面方程F1，可以得到坐標系XYZ下鉆頭后刀面的數(shù)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αfa=tan-1[∂zΩ∂yΩ]a=tan-1[-∂F1∂yΩ∂F1∂zΩ]a---(6)]]>但是以上三個參數(shù)僅僅能決定主切削刃附近的幾何特征，許多鉆頭的上述三個幾何參數(shù)都相同，但是鉆頭整體鉆削性能卻有較大的差異，這就說明鉆頭的三個設計參數(shù)不能確定整個后刀面的幾何特征。因此上述三個鉆尖幾何參數(shù)不足以唯一確定鉆尖的幾何特性，還需要另選一個幾何參數(shù)。通過理論分析，全螺旋面鉆頭鉆尖選擇后刀面區(qū)域的尾隙角αh，ηr(見圖4)作為補充參數(shù)是合適的。因此，根據四個鉆尖幾何參數(shù)(即鉆尖半角ρ、橫刃斜角ψ、外緣轉點結構圓周后角αfc及后刀面尾隙角αh，ηr)來設計全螺旋面鉆頭。
后刀面尾隙角的定義如下(見圖4)在后刀面上選定點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于a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值。引入后刀面的尾隙角后，就能夠準確地描述主切削刃及整個后刀面的幾何特征。同時，控制后刀面尾隙角的值就可以防止鉆削過程中，鉆頭后刀面與孔底發(fā)生干涉。
假定“a”、“b”距鉆頭中心為r，則“b”點處的后刀面尾隙角為αh,br=tan-1(360h2πrΩ)=tan-1[360(Za-Zb)2πr(Ωa-Ωb)]---(7)]]>為了防止鉆頭在鉆削過程中后刀面與被加工孔的底部發(fā)生干涉，可選用大的后刀面尾隙角；鉆尖半角直接關系到主刃偏角的大小，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，選用的鉆尖幾何參數(shù)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，處于負前角切削狀態(tài)，切削抗力越大，鉆頭的負荷越大，極易導致鉆頭折斷；結構圓周后角影響到鉆頭結構后角的大小，對鉆削性能有一定的影響。
橫刃對鉆頭的切削性能有很大的影響，全螺旋面鉆尖的橫刃在鉆芯尖處的鋒角為180°，不利于鉆頭的入鉆，鉆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，若將全螺旋面鉆尖用于微小鉆頭，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、改善鉆尖入鉆時定心作用的目的，從而改善鉆頭的切削性能。因此根據全螺旋面鉆頭鉆尖特征，我們研究了一種簡單易行、適用于微鉆頭的橫刃修磨方法，即根據橫刃修磨參數(shù)調整好砂輪與鉆頭位置之后，鉆頭或者砂輪沿Z*軸方向移動一個距離，使砂輪磨至鉆心，在鉆尖原后刀面的尾隙部分形成一個平面，即第二后刀面F3和F4，用這種方法修磨橫刃后，在鉆頭原后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鉆尖幾何參數(shù)(ρ、ψ、αfc及αh，ηr)設計的全螺旋面鉆頭。
根據被加工工件材料的不同，選用的鉆尖各幾何角度也不同。全螺旋面鉆頭鉆尖后刀面尾隙角取8°～20°；鉆尖半角取50°～75°；用于普通鉆頭的橫刃斜角一般取40°～65°，而用于微鉆頭，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
1.一種全螺旋面鉆尖鉆頭，包括鉆頭本體及其鉆尖，其特征是所述的鉆尖的后刀面是一螺旋面，此螺旋面的軸線與鉆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所述的全螺旋面鉆尖鉆頭，其特征是所述的鉆頭除滿足三個設計參數(shù)即鉆尖半角、橫刃斜角及外緣轉點結構圓周后角外，還滿足后刀面區(qū)域的尾隙角幾何參數(shù)，該尾隙角的幾何參數(shù)是這樣確定的在后刀面上選定點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于a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值，假定“a”、“b”距鉆頭中心為r，則“b”點處的后刀面尾隙角為αh,br=tan-1(360h2πrΩ)=tan-1[360(Za-Zb)2πr(Ωa-Ωb)],]]>該鉆尖后刀面尾隙角取8°～20°。
3.根據權利要求2所述的全螺旋面鉆尖鉆頭，其特征是所述的鉆尖半角取50°～75°；用于普通鉆頭的橫刃斜角取40°～65°，而用于微鉆頭，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所述的全螺旋面鉆尖鉆頭，其特征是用于微小鉆頭鉆尖時，通過橫刃修磨，在所述的鉆尖的螺旋面的尾隙部分形成有一個平面，即第二后刀面F3和F4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全螺旋面鉆尖鉆頭，鉆尖后刀面是一螺旋面，此螺旋面軸線與鉆頭本體軸線相交的角度為10°～45°。所述的鉆頭除滿足三個設計參數(shù)即鉆尖半角、橫刃斜角及外緣轉點結構圓周后角外，還滿足后刀面區(qū)域的尾隙角幾何參數(shù)，在后刀面上選定點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于a、b兩點的Z坐標差值與a、b兩點弧長之比值，假定“a”、“b”距鉆頭中心為r，則“b”點處的后刀面尾隙角為
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(yōu)先權日2007年4月17日
發(fā)明者周志雄, 胡思節(jié), 楊軍, 林丞 申請人:湖南大學