高效新鉆型專用刃磨機的研制
鉆孔是金屬切削加工中最重要的工序之一。普通麻花鉆由于原始結構的缺陷，極大地限制了鉆孔效率的提高。我國的群鉆是世界公認的性能優(yōu)良的鉆型之一，但群鉆結構復雜、刃磨困難，在生產中沒有得到廣泛使用。近年來，國內外開發(fā)研制了一系列先進鉆頭刃磨機和群鉆刃磨機，可以刃磨一些先進鉆型和群鉆，但這些刃磨機結構復雜、價格昂貴，大部分廠家難以接受。90年代初，日本細井公司開發(fā)了一種新鉆型，并研制出相應的刃磨機，很快得到了市場移動輸送機認同。細井鉆頭在性能上不如我國的群鉆，但因為它的刃磨機結構簡單，價格低廉，使得細井鉆頭很快在生產中得以應用。所以，開發(fā)高效新鉆型并研制操作方便、價格低廉的刃磨機具有重要意義。 1 新鉆型的提出群鉆提高了鉆削效率。但分析發(fā)現，群鉆仍存在一定缺點：1)在刃磨時很難做到左、右切削刃完全對稱，這樣在鉆孔過程中將產生較大徑向力，鉆頭磨損加快而且產生孔徑擴大；2)群鉆的切屑在寬度上一分為二，切屑的外端和內端的速度差仍較大，切削時附加變形仍很大；3)結構復雜，刃磨困難。
(a)中刮板輸送機小直徑鉆頭(5＜Ø＜20)
(b)倉壁振打器大直徑鉆頭Ø＞20) 圖篩分機械1 新鉆尖刃形我們對標準群鉆進行優(yōu)化，得到了一種新鉆型。新型鉆頭的橫刃修磨方式與群鉆相同，同時我們采用了更好的分屑方式，使得新鉆型的鉆削性能優(yōu)于群鉆，并且簡化了結構，使刃磨方便，其中小直徑(5＜Ø＜20)鉆頭的結構如圖1(a)所示。鉆頭左側圓弧刃較短，約為整個切削刃長度的1/3 ，外刃較長，約為整個切削刃長度的2/3 ；右側圓弧刃較長，約為整個切削刃長度的2/3 ，外刃較短，約為整個切削刃長度的1/3 ；同時左側外刃低于右側外刃(高度差應大于鉆削進給量f，圖中虛線為右刃高出部分)；同時簡化后刀面，用平面代替螺旋面。大直徑鉆頭(Ø＞20)的結構如圖1(b)所示，左側圓弧刃約為整個切削刃長度的1/5，外刃約為整個切削刃長度的4/5 ；右側圓弧刃約為整個切削刃長度的2/5，外刃約為整個切削刃長度的3/5 ；在較高較短的一側外刃上開分屑槽，寬度約為整個切削刃長度的1/5 ，深度大于進給量。此鉆頭在整個鉆孔過程中，切削力是對稱分布的。鉆頭剛開始接觸工件時，修短了的橫刃起到了良好定心作用；之后對稱的圓弧刃開始切入工件，由于圓弧刃變短，切削寬度減?。划攦蓚鹊你@頭接觸工件時，外刃開始參加切削，鉆頭右側外刃高于左側外刃，左側外刃長于右側外刃，故鉆孔時右側外刃只切外圓，左側外刃只切中間一圈。可見，本鉆頭的特殊結構保證了切削刃上切削力的對稱分布。對于大直徑的鉆頭，切屑在主切削刃方向上分為五段，更好地減小了切削變形，其它性能與中小直徑鉆頭相同。 新鉆型有以下主要優(yōu)點：1)切屑在主切削刃寬度方向上分成三段或五段，每段切削刃外端和內端的切削速度差明顯減小，降低了切削扭矩并減小了鉆頭磨損和切屑附加變破碎機形；2)切屑在外刃處為厚而窄的大螺距帶狀，排屑容易，圓弧刃縮短后，呈卷曲的切屑量減少，減少了切屑堵塞的危險性，因此排屑情況優(yōu)于標準群鉆；3)如果刃磨時兩側切削刃略有高低誤差，不會造成兩側切削負荷變化而影響徑向力的變化，只是在鉆入的瞬間有徑向力，而在鉆孔過程中徑向力是平衡的，這是其它鉆頭無法比擬的；4)刃磨方便。
圖2 修磨調整原分樣篩理圖2 新型鉆頭的刃磨該鉆型需要進行切削刃、圓弧刃、橫刃及后刀細碎鄂式破碎機面的修磨。完成一支鉆頭的修磨，砂輪中心高相對于鉆頭中心高要有三個高度的變化，才能保證磨出一定后角。刃磨時將鉆頭的螺旋后刀面簡化為平面，可方便刃磨，修磨過程中調整原理如圖2所示。
- 對刀，使活化給煤機切削刃水平，修磨切削外刃和圓弧刃。調整砂輪高度，保證第一后角b大傾角皮帶機1落料機=12°，a輸送鏈1=振打器b直線篩機1，則砂輪中心相對于鉆頭LS型螺旋輸送機中心高出H制砂機設備1 H1=Rsina1(1)
R為砂輪半徑，之后通過X、Y向的進給磨出一側刃形，然后鉆頭繞直線旋轉180°，再進行另一側的刃形修磨。 修磨二次后刀面，保證第二后角b2為20°。這是為了磨低后刀面，避免鉆孔時后刀面參與切削，同時又保證鉆頭的強度。a2=b2=20°，則砂輪需升高H2 H2=Rsin20°+B-H1(2)
B為修磨后第一后刀面的寬度，約為3mm。 修磨橫刃，再次升高砂輪，使a3等于55°，則砂輪需再升高H3 H3=Rsin55°-H2-H1(3)在保證橫刃強度的條件下，盡量增大內刃前角，有利于降低軸向力。a3取55°是綜合考慮這兩個方面的結果。
圖3 鉆頭刃磨機運動原理圖3 刃磨機研制從理論上講，空間六個坐標運動可以實現空間任意運動，從而可以完成空間任意形面的加工。六個坐標如何選取，是機床結構設計時應重點考慮的間題。我們所研制的刃磨機結構如圖3所示，該刃磨機能實現上述修磨過程。其中X、Y方向的移動是為了實現X、Y方向的進給運動，從而使砂輪的切削點相對于鉆頭的刃部形成所需的運動軌跡；a為鉆頭繞自身軸線的旋轉運動，具有180°的分度和定位功能，從而實現鉆頭左右切削刃的對稱修磨，同時鉆頭可以在繞自身軸線的方向上任意旋轉、定位，完成切削刃的對刀，實現不同后角的修磨。鉆頭軸線與X軸成30°夾角，保證了鉆頭切削刃是沿水平方向(Y軸)運動，形成了鉆頭120°鋒角；b為夾具繞Z軸的轉動，可以實現不同鋒角的修磨；Z向的移動有三個固定位置，通過手柄來實現，手柄與砂輪頭架繞固定支點轉動，則砂輪相對于鉆頭的高度將發(fā)生變化，從而實現鉆頭的第一次后刀面、二次后刀面和橫刃的修磨，形成主后角、副后角和橫刃鋒角。這種調整方式結構簡單、操作方便、準確性好，僅需三次簡單的扳動手柄動作，即可實現砂輪復雜的調整定位運動。對于砂輪磨損或不同直徑的鉆頭，還可以通過微調裝置使砂輪準確定位，以保證鉆頭的角度。 本刃磨機具有下列優(yōu)點：
- 可方便地磨出新型鉆頭刃形，刃磨質量穩(wěn)定，一致性好； 結構簡單，由于將復雜的螺旋運動轉化為簡單的直線運動，所以大大簡化了機床結構，降低了成本； 機床調整簡單方便，操作省時省力，與專用夾具配合，可快速地完成鉆頭刃部各部分的修磨； 砂輪輪廓修正很方便，操作非常簡單。
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