基于线切割的麻花钻后刀面螺旋面法刃磨装置设计毕业论文(编辑修改稿)

基于线切割的麻花钻后刀面螺旋面法刃磨装置设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

II 微机。 第二代的改进型为单片机控制系统。 第三代刃磨机采用美国 HUFFMAN 工具磨的结构，控制系统采用工业 PC 机为上位机，单片机为控制机。 第四代采用六杆结构，在世界上率先将虚轴的结构引进到刃磨机上。 还 有华中理工大学研制了 MK6026 六轴五联动数控刃磨机，咸阳机床厂开发的 MK6025／ 3 数控万能工具磨床，营口冠华机床厂的 M6025K 万能工具磨床和武汉机床附件厂的 GW． 1 万能磨刀机，均为普通型工具刃磨机床。 1． 2． 2 发展趋势 陕西理工学院毕业设计论文 第 4页 共 31页 通过以上刃磨设备的发展状况，不难看出数控刃磨是未来的发展方向。 机械式刃磨机，它的刃磨运动由齿轮和凸轮来实现，要在一个刃磨机上实现多品种多规格的工具的刃磨，机床机构复杂，同时需要附带许多配件，即使这样也只能刃磨系列的产品，而不能刃磨用户随意要求的刀具。 数控刃磨机的刃磨运动由数控轴运动合 成，理论上可以实现各种刃磨，调整简便，功能扩展容易。 随着数控技术的日益发展，数控系统成本的下降，可靠性增强，开发、使用和维护越来越简单，其性能价格比将远远高于机械式自动刃磨机，而且它更能适应未来市场小批量多品种多样化的需求，更有利于计算机集成制造。 存在的主要问题 国内大部分厂家的对麻花钻的刃磨，还停留在由技术工人手工刃磨阶段，而手工刃磨主要依靠工人的技能，刃磨质量受操作者技术水平的影响。 工人劳动强度大，麻花钻几何角度不易控制，一致性差，随意性大，自动化程度低，刃磨效率低下，刃磨质量无法保证。 在麻花 钻数控刃磨技术研究方面，国内起步较晚，相关的设备和数控系统主要依赖于进口，因此，刀具的数控刃磨技术受到了很大的局限性。 国外对于刀具的数控刃磨的研究较早，开发的设备主要是三轴、多轴联动的大型数控工具磨床或磨削加工中心，它们的价格昂贵，对于普通的车刀刃磨来讲，进口的成本过高，不合乎国情。 课题来源与主要研究内容 机械零件的加工工艺及工装设计是机械设计制造及其自动化专业学生必须具备 的能力，本次毕业设计就是进行麻花钻后刀面刃磨装置设计。 麻花钻是主要的孔加工刀具，目前主要釆用砂轮刃磨，刃磨方法有平面法 、锥面法、螺旋面法、螺旋锥面法等。 本次设计是釆用数控电火花线切割法刃磨，利用现有线切割机床，设计螺 旋面法Φ 20 麻花钻后刀面线切割刃磨装置。 陕西理工学院毕业设计论文 第 5页 共 31页 麻花钻是金属切削加工中使用最广泛刀具，它可以在各种零件加工中使用，其种类较多，由于它的作用不同，因此，它的形状、尺寸、结构等也就不同。 本章只研究普通外麻花钻的几何特征以及参数，以下对钻头进行分析 : 钻头几何特征 图 陕西理工学院毕业设计论文 第 6页 共 31页 图 查表得Φ 20的麻花钻基本数据为： 锋角 2Φ =118186。 钻芯直径 d== 偏距 e= 锥顶距 A=14mm 钻径倒锥： 刃带高度 c=~ 刃带宽度 f= 钻心间偏移距 切削刃高度差 r= 钻头刃磨原理 麻花钻是一种常用的孔加工刀具 ,制造和刃磨麻花钻常采用内锥面法刃磨。 内锥面刃磨法是刃磨麻花钻的一种新方法 ,刃磨原理如图 1 所示 ,砂轮修成内锥面 ,钻头放在砂轮的内锥面上磨削 ,形成麻花钻的圆锥面后刀面。 刃磨钻头时 ,通过修整砂轮半锥角δ ,调整轴间角θ、锥顶距 A 、偏距 e 、附加旋转角β ,可使钻头得到所需的后角α ,横刃斜角Ψ和顶角 2Φ。 根据参考文献 ,为使钻头刃磨后得到合理的主切削刃外缘后角α ,横刃斜角Ψ 和顶角 2Φ。 陕西理工学院毕业设计论文 第 7页 共 31页 图 麻花钻螺旋面法的刃磨原理 麻花钻的螺旋后刀面 (除靠近横刃附近的钻心部分 )是由砂轮外圆母线作螺旋运动包络而成的， 钻头的圆周后角α fc 的定义与普通圆锥刃磨 法钻头是一致的，如图 1 所示。 用渐开螺旋面法刃磨麻花钻的成形原理一般如图 2所示。 常用的刃磨方法有 3 种：①钻头绕自身轴线作旋转运动ω，钻头沿砂轮轴方向的平移运动 V 和砂轮 沿垂直于自身轴线方向的运动 V2，钻头轴线与砂轮 轴线之间的夹角始终为θ。 ②钻头绕自身轴线的旋 转运动ω，钻头沿自身轴线的平移运动 V1 和钻头沿 砂轮轴线方向的平移运动 V2，钻头轴线与砂轮轴线的夹角始终为θ。 ③钻头绕自身轴陕西理工学院毕业设计论文 第 8页 共 31页 线的旋转运动ω， 钻头沿自身轴线的平移运动 V1 和钻头沿自身轴线垂直方向的平行运动 V2，钻头轴线和砂轮轴线的夹角始 终为θ。 fc 的计算分析 由于后刀面是由砂轮外圆母线相对于钻头作螺 旋运动形成的，所以往往会给人以一种误解，认为α fc 只和沿钻头轴线方向的平 移运动与钻头绕自身旋转运动有关，事实并非如此。 如图 3 所示，设钻头绕自身轴线旋转 90。 ，沿轴线移动距离 h，沿垂直于轴线 方向的位移为零， 则有  πR2htanα 1fc  若钻头绕自身轴线旋转 90186。 ，钻头沿轴向没有位 移，而沿垂直于轴线方向位移α，由图3 可知其效果与前面情况是等效的，即： πR2 a c o t θπR2h t a nt a nα 11fc  如果在磨削过程中成形运动不是匀速的，那么 圆周上各点的后角也是不相等的，这时的后角值就 不是位移比，而是瞬时的速度比，即： ωRVtanα 11fc  或 ωRcotθvtanα 21fc  由以上分析可知钻头后角 α fc 与磨削成形运动中的 三个方向速度有关，即钻头绕轴线的旋转运动  ，钻头沿自身轴线的平移运动 V1 ,钻头沿垂直于自身轴线的平移运动 V2 各种常用刃磨方法的圆周后角计算公式 一般地，设刃磨钻头时旋转速度为  ，平移速度为 V ，它与钻头轴线夹角为  ，则有： ωRV s i n ψc o t θVcosψωR cotθ tanvvtanα 1211fc   （ 1） 当 θψ 900 时，即 V 垂直于砂轮轴线 ωR s i n θVωR c o t θV c o s θV s i n θ tantanα 11fc  （ 2） 当 θψ  时，即 V 平行于砂轮轴线 陕西理工学院毕业设计论文 第 9页 共 31页 ΟωRV s i n θc o t θVcosθtanα 1fc  (3) 当 0ψ  时，即 V 平行于钻头轴线  ωRVtanα 1fc  (4) 当 900ψ  时，即 V 垂直于钻头轴线  ωRV c o t θtanα 1fc  (5) 由以上分析可知，钻头相对于砂轮轴线的平移运动对后角没有影响。 因此，上述的渐开螺旋面刃磨的方法①所形成的后角可直接用式（ 2）计算；方法② 所形成的后角可直接用式（ 4）计算；方法③所形成的 后角可用式（ 1）计算。 由式（ 1）还可知后角大小除了与成形运动速度有关外，还和切削刃各点离钻心距离 有关，半径越小处后角越大，这点似乎满足麻花钻刃磨的基本要求，但事实上用渐开螺旋面法刃磨出来的后角随半径的 改变变化太大，如直径为 25mm的钻头外 α fc 10时，近钻心 d= 处后角 α fc =45186。 ，显然这里的切削刃强度很低，所以用渐开螺旋面法刃磨的钻头不适宜切削高强度材料。 设计中采用刃磨方法为第②种，即钻头绕自身轴线的旋转运动ω，钻头沿自身轴线的平移运动 V1 和钻头沿砂轮轴线方向的平移运动 V2 ，钻头轴线与砂轮轴线的夹角始终为θ。 陕西理工学院毕业设计论文 第 10页 共 31页 线切割的概 念 电火花线切割简称线切割。 它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。 它不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。 如 今，线切割机床已占电火花机床的大半。 线切割 的介绍及原理 电火花线切割机（ Wire cut Electrical Discharge Machining 简称 WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎 林科 夫妇研究 开关 触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化 、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了 电火花加工 方法。 线切割机也于 1960 年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。 其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。 在这个阶段，两板间形成电流。 导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到 8000 到 120xx 度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常 高。 然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，并被电介液排走。 然后通过 NC 控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状 精度 的产品。 电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机（ Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗称 “快走丝 ”）、低速单向走丝电火花线切割机（ Low Speed oneway walk Wire cut Electrical Discharge Machining 俗称 “慢走丝 ”）和立式自旋转电火花线切割机（ Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire）三类。 又可按 工作台 形式分成单 立柱 十字工作台型和双立柱型（俗称 龙门 型）。 线切割 的 原理 ： 其工作原理 如下图所示。 绕在运丝筒 4 上的电极丝 1 沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动，装在机床工作台上的工件 3 由工作台按预定控制 轨迹 相对与电极丝做成型运陕西理工学院毕业设计论文 第 11页 共 31页 动。 脉冲电源 的一极接工件，另一极接电极丝。 在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液，电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断的脉冲放电就切出了所需 形状和尺寸的工件。 加工原理图 线切割 的 作用 低速走丝线切割机 电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于 动，在铜线与铜、钢或超硬 合金 等被加工物材料之间施加 60~300V 的 脉冲电压 ，并保持5~50um间隙，间隙中充满脱离子水 (接近蒸馏水 )等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过 NC 控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。 目前精度可达 ，表面质量也接近磨削水平。 工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。 由于机床结构精密，技术含量高，机床价格高，因此使用成本也高。 单向走丝电火花线切割机床早期只有国外公司的独有机种。 台湾 的低速走丝电火花线切割机起步虽然较晚，但这几年来发展迅速。 其关键的一个举措就是由若干家电加工机床制造企业共同出资，在有关部门一定限度的支持下，由台湾工业技术研究院投入大量的人力、物力做关键技术的开发。 经过 10 多年的攻关，在 控制系统 及电源等关键技术上取得了突破。 台湾各企业制造的低速走丝电火花线切割机目前应属中档机的范围，近 3 年每年达到 20%～ 30%的增长率，估计未来 5 年，台湾低速走丝电火花线切割机的年产量能达 20xx 台，可占世界市场的 25%以上。 低速走丝电火花线切割机的技术含量高、市场前景好，可以获得较高的回报，是电加工行业各个厂家的 “必争之地 ”、 “战略陕西理工学院毕业设计论文 第 12页 共 31页 高地 ”。 目前还有一些国内企业则希望通过与台湾相关企业的合作，来发展低速走丝 电火花线切割加工 技术。 立式自旋转电火花线切割机（卧式自旋转电火花线切割机）。 立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火花线切割加工均有不同，首先是电极丝的运动方式比传统两种的电火花线切割加工多了一个电极丝的回转运动；其次，电极丝走丝速度介于高速走丝和低速走丝直接，速度为 1～ 2。