采用三维设计软件UG建立了标准直线刃麻花钻(P =30°2=118°)的三维实体模型,后刀面采用锥面刃磨法,并介绍了测量其各角度值的方法,完全代替了传统的手工计算和试验方法。另外,后刀面采用锥面刃磨法时,如果刃磨参数选得不当,常常会出现钻头后刀面的尾部向上翘尾现象,当翘到一定程度后,用这种钻头钻孔时,钻头后面的尾端就直接顶在孔底,从而使钻头无法钻削,因此,在麻花钻的锥面刃磨中,必须减小或克服这种翘尾现象。然而,这种翘尾现象在手工计算时很难发现,须等到钻头刃磨出来以后才能发现,而利用三维模型可直观地分析是否存在翘尾现象,为数控磨削钻头提供质量保证。
2特征造型本文绘制的标准直线刃麻花钻,其原始半角0 =59:外缘点螺旋角P=30°钻头半径R=15半钻芯厚度rc=1875(要绘制其他直径及钻芯厚的麻花钻,只要改变这两个参数值即可)。
21直线主刀刃的绘制中的直线1即为直线主刀刃,点A为两条直线刃在过直线主刀刃1且与另一条直线刃平行的平面内投影的交点,其坐标为:(0-rc为直线刃的外缘点,其坐标为:(-JR2 -rf/tan59°),图中的圆为钻芯圆,轴线2是麻花钻轴线上的一条直线,其端点A与点B'的坐标分别主刀刃1与轴线2在Z轴上的投影长度相等。然后分别在直线主刀刃1和轴线2上生成等间隔的20个点(点数越多,绘制的三维实体越精确,在表1中可以看到,生成20个点,其计算主前角与测量主前角的*大误差仅为03°左右,若生成更多的点,可以将精度进一步提高)。
22前刀面螺旋线的生成在直线主刀刃1上取一点C则对应的轴线2上有一个与点C的Z坐标相同的点在点C建立一个坐标系,其Z轴延轴线向下,X轴由C指向C然后在此坐标系下生成一条通过点C的螺旋线,在螺距Pitch中输入:3 1415926*30/tan(30)(即::=2nRAffl|3),在Radius中,将测量出的C与点C之间的距离复制粘贴进来,作为生成的螺旋线的半径,这样就生成了螺旋线3按照上述步骤在直线主刀刃上生成另外19条螺旋线(在直线主刀刃上各点的螺距相等),见23螺旋槽截形的绘制作一个过*内侧螺旋线下端点D且与轴线2垂直的基准平面然后分别作出这个基准平面与另外19条螺旋线的交点。接着绘制螺旋槽截形,其前刀面部分的截形要通过这20个点,由于后刀面是刃磨后形成的,故后刀面部分的截形只要基本相似即可,这对刃磨后的后角及横刃角度的测量没有影响。螺旋槽截形的形状见24刀具实体的生成绘制前刀面螺旋线示意图将**步绘制的轴线2延伸到基准平面P,上,见然后以轴线2和任意两条螺旋线作为扫描轨迹,以上一步绘制的螺旋槽截形作为截面,进行扫描,即生成了麻花钻实体,如所示。
螺旋槽截形示意图刀具实体5锥面刃磨法后刀面的生成为了便于三维实体建模,对圆锥砂轮的刃磨参数进行了转换,其过程为:在直线主刀刃1与另一侧直线刃平行的平面内,绘制圆锥砂轮的母线4和轴线5为了保证后刀面刃磨后直线主刀刃仍为直线,应使砂轮母线4与直线主刀刃1重合,见这个过程由两个参数确定,分别为砂轮顶点O与直线主刀刃端点A之间的距离L和砂轮母线4和砂轮轴线5之间的夹角然后,将母线4绕轴线5旋转360°生成一个圆锥砂轮Si由此砂轮磨出的后刀面后角为0°为了使刃磨出的后刀面有后角,接着将砂轮Si绕向量OA旋转一个角度a生成砂轮S2.这样,刃磨后刀面的圆锥砂轮就由三个参数确定,分别是:L0a砂轮廓形示意图(为了对以往的圆锥砂轮刃磨法的后刀面进行三维实体建模,将以往确定圆锥砂轮的参数转换到这三个参数即可)。将砂轮S2绕轴线2旋转180°即可生成刃磨另一侧后刀面的砂轮S3见界对的刀具进行切割,这样就生成了锥面后刀面,见。从中可以看出,锥面刃磨法得到的横刃是中间高、两端低的一条曲线主刀刃,而非书上所说的直线主刀刃。
26麻花钻各角度的测量2.6. 1圆周后角的测量在直线主刀刃1上取一点E在过点E且与轴线2垂直的平面内,绘制一个圆心在轴线2上,且通过点E的圆6将圆6沿轴线2方向投影到后刀面上,得到投影线7这样圆6与投影线7之间的夹角就是所要求的圆周后角,见此外,可以通过判断是否存在翘尾现象,其方法是:绘制出圆6后,看圆6在整个圆周上是否都高于后刀面,如果是,则说明无翘尾现象,如果在圆周上,圆6从点E开始,先是高于后刀面,接着又进入后刀面内,则说明存在翘尾现象。
2.6.2直线主刀刃主前角的测量1上取一点E过E点和轴线2上任意两点作一个基准平面P2即为基面。
将直线主刀刃1投影到八上,得到直线主刀刃在基面上的投影1丨然后作一个过点E且垂直于投影线1'的基准平面P3,即为主剖面。作出主剖面P3与螺旋前刀面的交线8与基面P2的交线9这样曲线8与直线9之间的夹角即为所求的主前角,见制的麻花钻三维实体的精确性,在直线测量主前角示意图主刀刃上取了8个点,把在这8个点的测量主前角与计算主前角进行了比较,其结果见表1表1计算主前角与测量主前角对比半径比r-计算主前角X°)测量主前角八°)麻花钻主前角计算公式为:点的端面刃倾角;K.为钻刃上选定点的主偏角;为钻刃上选定点的半径。
从表1中可以看出,由于前角越靠近钻芯,其变化率越大,故越接近钻芯,所绘制的麻花钻的前角误差就越大,但仍然在一个较小的范围内。如果想提高在近钻芯处的精度,可通过在中增加近钻芯处的螺旋线的方法来实现。
6.2.3横刃斜角的测量在麻花钻的端面视图内,过横刃的中点作一条与直线主刀刃平行的基准轴Zi,然后再过横刃中点作一条与横刃相切的基准轴Z2这样Z,与Z2之间的夹角就是所求的横刃斜角。如所示。
6.2.4横刃前、后角的测量在横刃上取一点F过轴线2上任意两点和点F作一个基准平面八即为基面,然后过点F作一个与横刃垂直的基准平面即为法剖面(也是主剖面),作出P4与P5的交线10然后作一个过点F且垂直于直线10的基准平面八,即为切削平面,作出主剖面P5与切削平面P6的交线11与两个后刀面的交线12和13这样直线10与直线13间的夹角就是所求的负前角直线11与直线12之间的夹角就是所求的后角,如0所示。
3结论采用以上建模方法,生成锥面后刀面麻花钻,并能测量出主刀刃上和横刃上各点处的各种角度值,可直观地分析所选择的刃磨参数是否合理,例如,在采用锥面刃磨法磨后刀面时,会产生翘尾现象,在手工设计时很难发现,而采用三维建模,可直观分析相应的刃磨参数是否存在翘尾现象,为实际的刃磨提供指导。采用此法,还可以建立其他后刀面刃磨方法的模型,进一步还可建立月牙槽,分屑槽等的模型,并直观地测量出各种角度值,为实际的刃磨提供帮助。