新手如何掌握麻花钻的刃磨技巧?
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发布时间：2022-04-23 13:42
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时间：2022-08-20 00:49
1、锥形钻头的制作方法：具体涉及一种锥形钻头，包括刀柄和刀头，刀柄设置在刀头上方，与刀头连接，其特征在于，所述刀头底部为圆锥形，锥形底部设有容纳排屑的弧形凹槽，刀头上设有若干螺旋切削刃，每两个切削刃之间设有与切削刃螺旋相配合的螺旋排屑槽，刀头上侧面开设有通气孔，通气孔与刀柄上表面相通。
2、所述刀柄侧表面上开设有若干与通气孔相通的圆孔，刀柄中部设有空腔，空腔一侧开设有开口，开口处设有圆弧形凸起，圆弧形凸起内侧设置在刀柄内部，所述圆弧形凸起内侧边通过弹簧与刀柄内腔的内表面连接，所述圆弧形凸起上设有切削刃，本发明提供一种散热效果好，能去除毛刺的锥形钻头。
3、在刀具钻孔时，在加工后的表面会存在一定的毛刺，一般都要换刀再进行去毛刺的工序，这就使加工时间提升，钻孔时会产生大量的热，会降低刀具的使用寿命，提高刀头的磨损，而毛刺对加工表面的光洁度也存在不利的影响。
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时间：2023-07-09 20:32
一、麻花钻结构特点
麻花钻是最常用的孔加工刀具，此类钻头的直线型主切削刃较长，两主切削刃由横刃连接，容屑槽为螺旋形（便于排屑），螺旋槽的一部分构成前刀面，前刀面及顶角（2Ø）决定了前角g的大小，因此钻尖前角不仅与螺旋角密切相关，而且受到刃倾角的影响。麻花钻的结构及几何参数见图1。
D：直径 y：横刃斜角 a：后角 b：螺旋角Ø：顶角 d：钻芯直径 L：工作部分长度
图1麻花钻结构及切削部分示意图
横刃斜角y是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角，y的大小及横刃的长短取决于靠钻芯处的后角和顶角的大小。当顶角一定时，后角越大，则y越小，横刃越长（一般将y控制在50°～55°范围内）。
二、麻花钻受力分析
麻花钻钻削时的受力情况较复杂，主要有工件材料的变形抗力、麻花钻与孔壁和切屑间的摩擦力等。钻头每个切削刃上都将受到Fx、Fy、Fz三个分力的作用。
图2麻花钻切削时的受力分析
如图2所示，在理想情况下，切削刃受力基本上互相平衡。其余的力为轴向力和圆周力，圆周力构成扭矩，加工时消耗主要功率。麻花钻在切削力作用下产生横向弯曲、纵向弯曲及扭转变形，其中扭转变形最为显著。扭矩主要由主切削刃上的切削力产生。经有限元分析计算可知，普通钻尖切削刃上的扭矩约占总扭矩的80％，横刃产生的扭矩约占10％。轴向力主要由横刃产生，普通钻尖横刃上产生的轴向力约占50％～60％，主切削刃上的轴向力约占40％。
图3钻芯直径d-刚度Do关系曲线
以直径D=20mm麻花钻为例，在其它参数不变情况下改变钻芯厚度，从其刚度变化曲线（见图3）可以看出，随着钻芯直径d增加，刚度Do增大，变形量减小。由此可见，钻芯厚度增加明显增加了麻花钻工作时的轴向力，直接影响刀具切削性能，且刀具刚度的大小对加工几何精度也有影响。
由于普通麻花钻的横刃为大负前角切削，钻削时会发生严重挤压，不仅要产生较大轴向抗力，而且要产生较大扭矩。对于一些厚钻芯钻头，如抛物线钻头（G钻头）和部分硬质合金钻头（其特点之一是将钻芯厚度由普通麻花钻直径的11％～15％加大到25％～60％）等，其刚性较好，钻孔直线度好，孔径精确，进给量可加大20％。但钻芯厚度的增大必然导致横刃更长，相应增大了轴向力和扭矩，这样不仅增加了设备负荷，而且会对加工几何精度产生较大影响。此外，由于横刃与工件的接触为直线接触，当钻尖进入切削状态时，被加工孔的位置精度和几何精度难以控制。因此，在加工过程中为防止引偏，往往需要用中心钻预钻中心孔。
为解决上述问题，一般采用在横刃两端开切削槽的方法来减小横刃长度，减轻挤压，从而减小轴向力和扭矩。但在实际加工中，钻尖的负前角切削和直线接触方式定心性能差的问题并未从根本上得到解决。为此，人们一直在对钻尖形状进行不断研究和改进，S刃钻尖就是解决这一问题的较好方法之一。
三、S刃钻尖的分类及特点
S刃钻尖也称为温斯陆钻尖，从端面投影看，其横刃为S形。从正面投影可看到钻尖中部略鼓，呈抛物线冠状。由于S刃钻尖为曲线刃，钻尖进入切削的瞬时与工件为点接触，因而自定心性及稳定性均优于普通麻花钻，轴向力降低，切削性能改善，钻头寿命延长，被加工孔质量显著提高，孔的位置精度和几何精度令人满意，钻削进给量和进给速度进一步提高。根据抛物线冠状和横刃形状，S刃钻尖基本上可分为三种类型，即高冠S刃、低冠S刃和低冠小S刃（见图4）。
图4S刃钻尖的三种类型
高冠S刃钻尖
高冠S刃钻尖以美国吉丁斯·路易斯钻头磨床修磨的温斯陆（Winslow）钻尖为代表。该机床附设了一套特殊的凸轮机构，修磨出的S刃钻尖切削部分（L0）较长，S刃冠状曲率较大。特点：由于S部分较高（L0较长），基本消除了负前角，甚至可实现正前角切削，所以不必另加横刃切削槽。修磨效率高，适于修磨厚钻芯刀具。但钻尖尖端部分相对薄弱，强度较差，不适合高速加工高硬度工件。钻尖材质需采用具有较好韧性的材料（如高速钢类）。
低冠S刃钻尖
低冠S刃钻尖以德国五轴磨床（由瑞士Numroto配备编程软件）修磨的钻尖为代表。钻尖切削部分（L0）较短，S刃冠状曲率较小。从端面投影方向可看出横刃为大S形，中间局部可为一小段直线，横刃部分有两个小槽，可减小钻尖部分的负前角。
特点：因切削部分（L0）相对较短，钻尖尖端及主切削刃强度较好；由于钻尖S刃冠状曲率小，因此自定心性及稳定性均优于高冠S刃钻尖。开横刃前角后，钻削性能明显改善，既保留了高冠S刃钻尖的优点，又提高了钻尖尖端的强度。适用于加工较硬材料的工件（如钢件、铸铁件等）。钻头材质可采用高速工具钢、硬质合金或其它高硬度材料。此类钻头的修磨较复杂，要求较高。
低冠小S刃钻尖
此类钻尖形状与高冠S刃钻尖较类似，其横刃也为小S形，钻尖顶角（2Ø）较上述两类钻尖更大，主切削刃短（L0相对较短），冠状曲率较小。
特点：因主切削刃较短，因此加工中的扭矩较小；由于主切削刃强度高、冠状曲率小，因此自定心性和稳定性均比高冠S刃钻尖好。另外，小S刃钻尖无负前角产生，因此不需在横刃处加槽，既控制了轴向力，又减小了扭矩，可极大地改善切削性能。适于修磨高硬度材料（如硬质合金类）小螺旋角钻头。
四、S刃钻尖的修磨
S刃钻尖形状复杂，修磨难度大，很难用手工或普通钻头磨床修磨出理想的刃形，一般需要使用具有特殊凸轮机构的钻头磨床或数控磨床才能实现精确修磨。
图5所示为S刃钻尖的简单修磨原理。将被修磨钻头水平装夹于A轴，修磨时锥形砂轮与刀具切削刃接触后，B轴在XZ平面内转动，A轴联动（按后刀面螺旋升程要求旋转）；同时，砂轮相对于刀具在Y轴方向下降，形成螺旋后刀面和S形横刃。
图5 S刃钻尖的简单修磨原理
钻尖的冠状高由圆锥砂轮（锥度为30°～60°）修磨出的圆弧大小以及螺旋面的升程率决定，升程率增大时冠状高减小，圆弧越大冠状凸起越高（见图5）。此外，冠状高及S曲线的半径与钻芯厚度直接相关。
修磨低冠S刃钻尖时，为改善切削性能，可用75°角砂轮在钻尖处开出两个小槽，并使其角度与S两半圆间的连线基本平行，这样既可保持主切削刃的强度，又可减小S刃中部产生的负前角，使冠状抛物线中部刀刃的前角等于零或小于零（r≥0）。
与普通麻花钻一样，S刃钻尖的顶角也非常重要，钻尖顶角修磨范围一般在90°～135°之间。由图1可知，顶角（2Ø）越小，主切削刃越长，切削负荷越大。由于S刃钻尖的自定心性较好，因此不必采用减小顶角的方法来改善被加工孔的几何精度（该方法在加工实践中效果并不明显），以避免增大切削负荷。相反，为改善刀具切削性能，提高刀具强度和切削速度，一般将S刃钻尖的顶角设计为118°以上（甚至可达140°）。此外，外缘后角决定了钻尖外缘部切入工件时楔角的大小。刀具楔角的大小应根据被加工工件材料的硬度决定，当工件材料较软时，需选用较大的后角。
五、S刃钻尖的应用实例
我们将S刃钻尖修磨技术应用于发动机连杆小头孔的加工中，取得了良好效果。
工艺设计：20序：钻孔Ø17+0.07mm，机床转数：200r/min，切削速度10.68mm/min，走刀量0.45mm/r。40序：铰孔Ø17.5+0.05mm。
用Ø17mm普通麻花钻钻孔时，由于钻头自定心性能及钻削稳定性差，钻出的孔径经常达到或超过Ø17.5mm，致使产品报废，操作者只好手工修磨钻尖，但修磨质量很不稳定。
我们将钻头修磨成顶角118°、轴向后角7°、圆周后角6°的低冠大S刃钻尖，S刃半径为1.5mm，两半圆连线长度为0.5mm，并在横刃处用80°圆锥砂轮开出两槽，使冠状前角大于或等于零，这样既可保证刀具主切削刃所需强度，又避免了负前角切削产生的挤压现象，减小了钻削轴向力，改善了切削性能。加工实践证明，使用该钻头不仅有效控制了孔的几何精度，而且生产效率显著提高，废品率大大下降。Ø17mm普通钻尖麻花钻与S刃钻尖麻花钻的加工效果对比见下表。
表普通钻尖与S刃钻尖的加工效果对比
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时间：2023-07-09 20:32
麻花钻的几何角度：
1、顶角2
它是两主切削刃在中剖面内投影的夹角。顶角越小，则主切削刃越长，单位切削刃上的负荷减轻，轴向力减小，这对钻头轴向稳定性有力。且外圆处的刀尖角增大，有利于散热和提高刀具耐用度。但顶角减小会使钻尖强度减弱，切屑变形增大的，导致扭矩增加。标准麻花钻顶角约为118。HSS高速钢钻头：顶角一般是118度，有时大于130度、HM硬质合金钻头：顶角一般为140度；直槽钻常常为130度，三刃钻一般为150度。
2、前角
在正交平面内前刀面和基面间的夹角。主切削刃上任一选定点的前角与该点的螺旋角、主偏角、以及刃倾角的关系为tan=tan/sin+tancos式（2-3）由于螺旋角从外径向钻心逐渐减小，刃倾角也逐渐减小（负值增大），在主偏角一定时，前角变小，约由+30减小到-30，靠近钻头中心处切削条件很差。
3、后角
切削刃上任一点的后角，是该点的切削平面与后刀面之间的夹角。钻头后角不在主剖面内度量，而是在假定工作平面（进给剖面）内度量。在钻削过程中，实际起作用的是这个后角，同时测量也方便。
钻头的后角是刃磨得到的，刃磨时要注意使其外缘处磨得小些（约8~10），靠近钻心处要磨得大些（约20~30）。这样刃磨得原因，是可以使后角与主切削刃前角的变化相适应，使各点的楔角大致相等，从而达到其锋利程度、强度、耐用度相对平衡，又能弥补由于钻头轴向进给运动而使刀刃上各点实际工作后角减少所产生的影响，同时还可改善横刃的工作条件。
4、主偏角和端面刃倾角
麻花钻主切削刃上选定点的主偏角，是在该点基面上主切削刃投影与钻削进给方向之间的夹角。由于麻花钻主切削刃上各点基面不同，各点的主偏角也随之改变。麻花钻磨出顶角2后，各点的主偏角也就确定了，它们之间的关系为tan=tancos式(2-2)----选定点的端面刃倾角，它是主切削刃在端面中的投影与该点的基面之间的夹角。
由于切削刃上各点的刃倾角绝对值从外缘导钻心逐渐变大，所以切削刃上各点的主偏角也是外缘处大，钻心处小。
5、横刃角度
横刃是麻花钻端面上一段与轴线垂直的切削刃，该切削刃的角度包括横刃斜角、横刃前角、横刃后角。
（1）横刃斜角在端平面中，横刃与主切削刃之间的夹角。它是刃磨钻头时自然形成的，顶角、后角刃磨正常的标准麻花钻，后角越大，角越小。角减小会使横刃长度增大。
（2）横刃前角由于横刃的基面位于刀具实体内，所以横刃前角为负值。
（3）横刃后角横刃后角。
对于标准麻花钻，=-（54~60），=30~36。故钻削时横刃处金属挤刮变形严重，轴向力很大。实验表明，用标准麻花钻加工时，约有50%的轴向力由横刃产生。对于直径较大的麻花钻，一般均需修磨横刃以减小轴向力。如果你想了解更多的UG编程知识，推荐你们加一个UG编程群496610960.里面有免费的UG编程资料供大家学习，有什么不懂的可以在群里大家相互交流。学好UG编程其实很简单，只要跟对经验丰富的人系统的学习，多跟朋友，同事，同学交流。可以更加强化自己的编程水平，学到的知识是自己的，别人拿不走。
