常兴，庞学慧，陈五一，钟国晋。自滚切刀具的应用。太原陈五一，常兴，钟国晋。一种切削淬火钢的篼效刀具――机械学院学报，1990（2）：23-30. CBN自滚切刀具。中国高校金属切削研究会第四届学术年钟国晋。滚切端铣刀的切削力试验研究。太原机械学院会科研论文集北京：机械工业出版社，1991：337-341.学报，1989（1）：68-73.责任编辑周守清成形磨削在成形加工中占有重要的地位，虽然成形砂轮的廓形制造与修整相对复杂，在大批量生产中还是可以接受的。但对于单件或小批量磨削加工，成形磨削就变得很不经济，如复杂刃型刀具的刃磨，由于成形砂轮制作工艺复杂而使刃磨费用过篼，使得一些具有优良切削性能的非直线刃（复杂刃型）刀具无法推广。

　　磨工件是（曲）线接触，但在某一瞬时，可以把砂轮与理想工件廓线的接触部分看成一个“磨削点”，在对工件廓线的形成过程和参数进行充分研究后，就可以控制“磨削点”磨削出要求的曲线廓形。因此，提出了全新的以“点磨削成形”为基础的快速成形磨削新原理及新方法。这是一种紧密依靠CAD/CAM技术的新的成形磨削方法，其原理与快速原型制造（RapidPrototyping）相类似：首先设计出被成形磨削工件的三维立体结构模型，再对其进行层切处理，转化为一系列层状平面，每一层面含有立体结构对应篼度截面上的轮廓信息。成形磨削过程中这些结构信息对应着被加工工件上同样篼度平面上的加工信息，从而可以控制磨削成形点进行成形磨削。这种磨削方法可以完成普通复杂成形曲面的磨削，也可以作为复杂成形刃具的刃磨方法加以深入研究。

　　1普通与非直线刃麻花钻的刃磨麻花钻使用量占钻孔加工刀具的80%以上，因此，提高麻花钻的钻孔质量和耐用度早已引起国内外学者的广泛关注和研究。从目前的发展来看，主要是在结构、材料和涂层3个方面提篼麻花钻的性改善麻花钻的结构，创新其刃磨方法是提高麻花钻性能的研究课题之一。如国内比较著名的钻型―群钻，就是倪志福同志改进了普通麻花钻的钻型而创制出的新钻型，其优良的钻削性能早已被世界公认。由于群钻手工刃磨困难，在生产中推广使用受到一定限制。为此，国内外学者研究开发了数控群钻刃磨机，并取得了一定的成果。20世纪90年代初，日本细井公司研制出细井钻头和相应的刃磨机，很快得到市场认同，目前已成为国外比较著名的钻型。实际上细井钻头在性能上不如群钻，但因为其刃磨方法独特，刃磨机结构简单，价格低廉，因而使细井钻头很快在生产中得到推广应用。

　　麻花钻的刃磨形式之所以长期停留在锥面刃磨方式上，笔者认为一个很重要的原因是它们的刃磨方式在当时的技术条件下容易实现。现行的这些刃磨方法*根本的共同点是利用普通砂轮的圆周面和端平面进行磨削。钻头与砂轮的接触线就是锥面的发生线，只要手工或机械控制钻头绕一个固定轴线旋转，刃磨出的成形面就是锥面。群钻也是在锥面刃磨的基础上，进一步修出内刃、分屑槽并修短横刃得到的。

　　实际上，早在1979年，美国学者W.D.Tsai和S.M.W已将锥面、椭球面和单叶双曲面等二次旋转曲面作为钻尖后刀面，统一成二次曲面的标准方程。但除了圆锥面可用普通形状的砂轮进行刃磨以外，椭球面、双曲面等普通形状砂轮无法刃磨。要刃磨出这些钻型，*直接的方法是把砂轮修磨成椭球面或双曲面的廓形，再用这种成形砂轮刃磨相应的钻型。这不仅砂轮修整困难，且由于曲面是由多个参数确定的，一种成形砂轮只能刃磨一种固定几何参数的钻型，使这类钻型的应用推广前景大打折扣，长期以来很少再有学者涉及。

　　群钻的发明者倪志福先生在其新版专著《群钻》C1999年版）一书中，总结分析了国内外钻削研究成果及学科发展趋势后，呼吁要“深入研究钻尖后面廓形的数学模型，探索新的刃磨方式和钻型”。

　　2椭球面后刀面与麻花钻的配置关系所示为椭球后刀面麻花钻的钻型及刃磨时钻头相对楠球面的定位。

　　学表示式为：吾+在和相对于模型曲面中心（曲面坐标原点。）的位置，和钻头轴线相对于模型曲面坐标轴线的方向。因此，后刀面廓形决定于椭球面的形状特点，即决定于参数的选择，还决定于3个定位参数和<7，它们确定了钻心尖和钻头结构基面在椭球面上的位置和钻轴的方向。这5个参数确定后，钻型就**地确定了，于是把这组参数称为钻型的刃磨成形参数。

　　由可以看出，椭球面钻头的主切削刃是一个圆弧，其圆弧刃段上各点的锋角是改变的（外小内大），与直线切削刃相比，切削刃长度有所增加，从而降低了单位长度上的切屑负荷，改善了散热条件，提高了耐用度。外圆弧形刃还有利于提高加工精度和减小表面粗糙度值。

　　由于椭球面钻头的钻尖在钻孔中逐渐切出，因此可避免或减少钻孔出口处产生毛刺。

　　但椭球面钻型仍有很长的直线横刃，其定心性能不好，为此，可把外刃部分用椭球面刃磨，而在靠近钻心部分采用双曲面刃磨，综合双曲面与楠球面钻型的优点，使其既具有良好的定心性能，又能提高耐用度，更适于作为数控加工中心用的钻孔刀具。

　　3点磨削快速成形原理与试验椭球面钻型传统上是用成形砂轮进行刃磨的（见）。这对于一般用户，修整好1个这样的砂轮是很麻烦的事；而且1种成形砂轮修整完成后，磨削曲面的参数也**地确定了。因此它也只能用于刃磨1种固定参数的钻型。

　　所示则是按点磨削成形新原理对椭球面钻型快速成形刃磨时砂轮与钻头的配置形式。砂轮与钻头的接触由传统的“磨削线”变成‘’磨削点“。理论上，所有磨削曲线都可以用这样的”磨削点“”插补“出来。

　　实现“点磨削插补”刃磨钻头，要进行各类钻头与砂轮在磨削过程中的相互位置的配置研究，为刃磨机构的设计提供运动及控制依据。

　　研究认为，2种形式的砂轮可以实现钻头的“点磨削”。第1种是盘形圆弧砂轮（见），在普通圆盘形砂轮的外圆上修磨出圆弧。原则上，只要砂轮圆弧的曲率半径小于或等于被磨曲线上的*小曲率半径，即可完成无干涉磨削。第2种是把砂轮做成半径小于或等于被磨曲线上的*小曲率半径的长圆柱形式。磨削时，砂轮的轴线与旋转曲面的轴线垂直，控制砂轮的轴线“插补”出刃磨曲线。

　　如前所述，5个参数组成的1组刃磨参数，**试验在外加了防护导轨装置的五坐标数控铣床上进行，试验结果见所示。

　　地确定了钻头与模型曲面的配置关系（见）。由于在刃磨过程中模型曲面是由砂轮相对钻头的运动轨迹产生的，因此刃磨参数也就确定了钻头与砂轮的配置关系。但钻头在使用过程中通常是用1组钻头结构几何角度（设计参数）来表示其特征，可以通过其数学模型，把设计参数转化成刃磨参数来指导刃磨。

　　因此，“点磨削成形”为基础的钻头快速成形刃磨原理可以表述为：钻头刃磨时，可以把砂轮与钻头的磨削接触部分看成一个“磨削点”。这样，任何刃型钻头后刀面曲面均可以用数控“插补”和分层磨削的方法刃磨完成。在此理论的指导下可以进行全新的钻头刃磨原理及新型刃磨机构的研究与试验。

　　所示为钻头第i种成形砂轮刃磨点磨削刃磨方式刃磨时砂轮与钻头相互位置配置形式。首先钻头装夹后，按其刃磨参数（见）调整好位置，然后的椭球面曲线，在此期间钻头绕假想椭球面轴线间歇回转，即可完成椭球曲面的成形磨削。

　　在磨削成形过程中，需要的运动有：砂轮主运动（即砂轮自旋转运动）；钻头进给运动（即钻头绕椭球面轴线的运动）；砂轮的“插补”运动，此运动是砂轮沿椭球面轴向的直线移动和沿其径向的直线移动的合成，可由刃磨机构的数控装置提供；若要求做“点磨削”的砂轮圆弧中心始终在被磨曲线上点的法线上，则砂轮还须绕垂直于被磨曲线的砂轮径向作摆动。

　　试验前首先应该解决的是“点磨削”如何实现的问题。必须指出的是，“点磨削”并不是砂轮只有1个点参加磨削，而是在磨削过程中参与被磨削曲线成形的砂轮瞬时磨削部位只是1个点，因此，实际砂轮的圆弧半径只要小于被成形磨削工件曲面*小曲率半径就可以点磨削成形。这需要由精确控制砂轮的成形运动和进行严格的运动补偿来实现。

　　快速成形刃磨试验选取少20mm普通麻花钻，按和所示的配置形式，刃磨成形参数为=19mm，c=27mm，cr=24°，//= 4结语点磨削成形原理紧密依靠CAD/CAM，与快速原型制造（RapidPrototyping）所不同的是根据截面轮廓信息控制磨削点去除多余的材料，从而达到成形磨削的目的。

　　椭球面钻型快速成形刃磨试验结果对此课题的深入研究将有望突破目前麻花钻锥面和螺旋面等的直母线刃磨方式的阻碍，避免必须用成形砂轮才能刃磨非直线刃麻花钻的一系列繁琐难题，给创制新钻型以及新钻型的各种切削试验研究带来非常便利的条件，也给新钻型的研究推广提供理论基础和技术手段，对研制具有完全自主知识产权的基于“点磨削成形”的刃磨机床和一系列适应不同材料和加工要求的新钻型具有重大的意义。还可以把其应用范围推广到模具制造领域，解决单个模具特别是外凸形模具的成形刃磨问题。因此该研究内容有迅速转化成现实生产力的巨大潜力。

　　邹平。陈鼎昌等麻花钻的进展及发展趋势航空工艺技曹正铨等钻尖数学模型与钻削试验研究。北京：北京理工大学出版社，1993马天颖陈鼎昌。基本型群钻的数控刃磨。制造技术与机群钻数控刃磨技术的研究中国机械工业科技成果。

　　樊铁镔译细井钻头的特点及其刃磨技术。工具技术1989（2）：25-27.倪志福，陈壁光群钻-倪志福钻头。上海：上海科学技术出版社，1999.李超，王珉，左敦稳双曲面麻花钻数学模型及刃磨方法李超。麻花钻后刀面点磨削成形理论与成形方法研究：南京：南京航空航天大学，2003. *江苏省自然科学基金（BK204141）责任编辑周守清