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            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,切削寬度減小;當兩側的鉆頭接觸工件時,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點:
              可方便地磨出新型鉆頭刃形,刃磨質量穩定,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。
            4 結論新型鉆頭的刃磨難度比標準群鉆小,而鉆削性能明顯提高。新型鉆頭將較好地解決企業中存在的大量磨鈍鉆頭的重磨問題,而且可實現機械化刃磨,重磨時間大大縮短,耐用度、鉆削效率明顯提高。試驗證明,在相同條件下,新型鉆頭與基本型群鉆相比,鉆孔時軸向抗力降低了8.3%~19.4%,鉆削扭矩降低了2.6%~21.7%。刃磨機結構簡單,操作方便,成本低廉可以保證新鉆型的推廣,這勢必對我國機械行業起到推動作用。

             

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