麻花钻螺旋槽加工及其成形铣刀设计.doc

麻花钻螺旋槽加工及其成形铣刀设计分类号 单位代码 密 级 学 号 本科毕业论文（设计）题 目麻花钻螺旋槽加工及其成形铣刀设计作 者院 (系)专业班级学 号指导教师答辩日期麻花钻螺旋槽加工及其成形铣刀设计摘要：麻花钻是日常生产与生活中最常用的孔加工刀具，需求量巨大，使用成形铣刀加工是其螺旋槽成形的重要方法之一，因此加工麻花钻螺旋槽应当设计合适的成形铣刀本文主要研究了加工麻花钻成形铣刀的设计方法，并仿真模拟成形铣刀加工麻花钻通过对成形铣刀的廓形与结构进行设计计算设计出合适的成形铣刀，提升加工螺旋槽的效率，从而提升了麻花钻的生产效率关键词：成形铣刀 ；麻花钻；运动仿真The machining of spiral groove and the design of forming milling cutterAbstract:Twist drill is commonly used in the daily production and life of hole machining tool, and the huge demand, use forming milling cutter machining is one of the important methods of the spiral groove forming, so the processing of twist drill spiral groove shall be design suitable forming milling cutter. This paper mainly studies the design method of machining twist drill, and simulates the machining of twist drill. Through the design and calculation of the profile and structure of the formed milling cutter, the suitable forming milling cutter is designed to improve the efficiency of spiral groove, thus improving the production efficiency of the twist drill.Keywords：Forming milling cutter，Twist drill，Motion simulation目 录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1研究的目的及意义 11.2国内外研究现状 11.3研究内容 21.4小结 3第二章麻花钻 42.1概述 42.2标准麻花钻的结构 42.2麻花钻基本参数与材料选择 52.3小结 6第三章成形铣刀 73.1概述 73.2成形铣刀的材料选择 73.3成形铣刀的廓形设计 73.4成形铣刀的技术条件 153.5成形铣刀工作图 163.6小结 16第四章麻花钻与成形的建模和仿真 174.1ug的概述 174.2刀具的建模 174.2.1麻花钻的建模 174.2.2成形铣刀的建模 214.2.3其它部分的建模 244.3工件的装配 264.4运动仿真 274.5小结 28第五章总结 295.1总体评价 295.2成果展望 29参考文献 30致谢 31附录A外文文献 32附录B中文翻译 461 第一章绪论1.1研究的目的及意义麻花钻是日常生活与生产加工中最常用的孔加工刀具，其工序占比达到总加工工序的四分之一左右。

它的螺旋槽形成其前刀面，而其主切削刃由螺旋槽以及后刀面的交线形成，故麻花钻的螺旋槽直接影响其切削性能和它的主切削刃形状麻花钻工作时其螺旋槽提供排屑作用，其槽形以及大小决定了它排屑的能力，若排屑不畅，会导致切屑堆积在容屑槽内，严重时甚至会使麻花钻断裂此外，容屑槽的形状与大小还会对麻花钻的强度与刚度有一定的影响麻花钻的螺旋槽常设计专用的成形铣刀进行加工通过设计合适的成形铣刀，能有效地提高麻花钻的精度以及生产效率因此，设计专用的成形铣刀加工麻花钻的螺旋槽具有重要的研究意义1.2国内外研究现状近一个世纪来，麻花钻的结构形状变化很小，故钻头性能并没有较为大的提高一些国内外的研究人员在麻花钻的结构上做出了一些改变，尽管不能在一般的加工中推广，但是却在一些特殊的生产环境中产生了较为良好的作用并引发人们对麻花钻结构改进进一步的思考近百年以来，麻花钻的主刃一般被人们设计为直线，而当研究人员建立了主刃的数学模型并推导出麻花钻主刃前角的计算公式，便发现了由于采取的直线主刃的设计方式导致钻芯的前角出现较大的负值，因此降低了标准麻花钻的切削性能十九世纪九十年代初期，FugelsoMA发现，造成钻芯主刃附近的后角较小的原因是钻头的主刃为直线，故提出了将钻头的主刃设计为曲线的方案。

在此之后，WangY（1990），LinC和CaoZ（1991），RenKC和NiJ（1999）等人相继提出了麻花钻曲线主刃的数学模型在这之中，RenKC和NiJ通过使用向量分析的方法，建立了麻花钻后刀面的几何参数与刃磨参数之间的关系，并分析计算了麻花钻的切削角度ShiHM等一些人经研究发现了能够控制钻头主刃前角的方法，通过改进主刃的走向，可以使主刃前角达到可实现的最大值，之后在九十年代初成功地完成了这种能将主刃前角达到最大值的曲刃麻花钻此外，KoehlerW尝试了一些有关于切削1性能实验，研究麻花钻的切削刃的轮廓与形状对切削性能的影响通过以上的这些研究，充分表明曲刃麻花钻一定程度上降低了钻头的损耗并增强了切削性能麻花钻螺旋槽的常用的方法有多种，例如铣削法，成形砂轮磨削法，四棍螺旋液压法以及四板搓制法等每种工艺方法所用的沟成形关键工具虽不同，，但都是为了保证麻花钻的主刃为直线，并使其排屑流畅，以及保证螺旋升角、刃宽等几何参数设计专用的成形铣刀是加工麻花钻螺旋槽较为常用的方法之一加工时，铣刀轴线与麻花钻轴线成一定的夹角，铣刀旋转，麻花钻作螺旋进给运动，当移动一个导程时，麻花钻旋转一周成形铣刀廓形的常用设计方法一般有以下几种：（1） 早期为求解铣刀廓形人们常采用作图法，该方法直观明了，但是由于采用的作图求解接触点坐标，误差较大。

此外，该方法效率较低，无法满足当前社会的需求，故几乎已经被淘汰2） 近些年来，由于计算机辅助设计的飞速发展，人们逐渐采用CAD软件进行辅助设计，通过采用软件的一些设计模块，能够轻易地求解出铣刀的廓形相比于作图法，这种方法的效率与精度都要高得多3） 计算法是较为常用的一种求解铣刀廓形的方法首先应根据工件端面廓形和螺旋参数求出工件螺旋面方程，然后由螺旋面上的法线与刀具轴线相交的条件求出所有接触点，这些接触点的连线即为接触线将接触线绕刀具轴线的平面与该回转面相交，截形即为铣刀的廓形4） 对于一些标准件，铣刀的廓形可采用经验公式计算法，该方法是通过实际生产加工得出，效率高且较为实用1.3研究内容该研究围绕以下几方面展开：1、 查阅国内外有关麻花钻螺旋槽加工及成形铣刀的相关文献和资料，掌握国内外研究现状和常用的技术路线；2、 对麻花钻结构及加工工艺作出分析；3、 设计一加工Φ40麻花钻螺旋槽的成形铣刀；4、 对螺旋槽的做出加工运动仿真1.4小结本章主要阐述了麻花钻与成形铣刀的一些基本研究情况，成形铣刀廓形的设计方法以及研究的目的及意义，此外描述了该设计的主要研究内容，为之后的成形铣刀的设计计算以及麻花钻的运动仿真做好铺垫。

第二章麻花钻2.1概述麻花钻是最生产中最常用的孔加工刀具，既可以在实心的物体上进行钻孔也可以在原有的孔上进行扩大，可加工的范围为0.1mm至80mm一般常用的麻花钻我的螺旋槽为两条，起导向切削以及排屑的作用麻花钻主要加工精度较低或者粗糙度较高的孔，根据其材料不同可分为碳素钢麻花钻、高速钢麻花钻以及硬质合金麻花钻，现最常用的麻花钻为高速钢麻花钻2.2标准麻花钻的结构标准麻花钻由工作部分、颈部及柄部三部分组成，现分别介绍如下：工作部分——该部分由导向部分与切削部分组成其中导向部分负责引导刀具的进给方向并起到排屑的作用；而切削部分负责切削工件麻花钻的直径应由切削部分图2.1麻花钻的基本结构逐渐减少，整体形状成倒锥形，其直径为每100mm减少0.03~0.12mm，以此减少麻花钻与工件内壁的摩擦颈部——该部分为工作部分与柄部的过渡区域，一般作为退刀时的空刀槽柄部——该处是机床夹持部分，并传递扭矩到麻花钻上它的常用形状一般有两种（莫氏锥柄与圆柱直柄）对于柄部形状的选择一般根据麻花钻的直径以及承受的轴向力与扭矩来选择一般钻头直径小于20mm时选择圆柱直柄（短直柄麻花钻直径小于等于40mm），麻花钻直径大于等于3mm时即可选择莫氏锥柄。

麻花钻的切削部分可看成是由两把镗刀所组成，它有两个前刀面、两个后刀面、两个副后刀面、两个主切削刃、两个副切削刃和一个横刃前刀面——螺旋槽上临近主切削刃的部分，即切削流出时最初接触的钻头表面后刀面——钻孔时与工件加工表面相对的表面副后刀面——钻孔时与工件加工表面相对的表面主切削刃——前刀面与后刀面相交而形成的刃口副切削刃——前刀面与副后刀面相交而形成的刃口横刃——两个后刀面相交而形成的刃口图2.2麻花钻的切削刃组成2.2麻花钻基本参数与材料选择由设计题目麻花钻的直径为40mm，可知麻花钻的螺旋角为30°，锋角为118°，后角为8°，横刃斜角为40°——60°，刃宽23.6mm，刃带宽2.1mm麻花钻的材料采用碳素工具钢T10，该材料使用较为广泛，常用于制作各种对切削力要求较低，切削条件较差且具有锋利刀口的刀具，如麻花钻等2.3小结本章节主要介绍了麻花钻的一些概况以及基本结构，并对其的各个结构功能进行了相应的说明，再通过查找文献资料确定了麻花钻的一些基本参数以及材料，为之后的成形铣刀设计做好了铺垫 第三章成形铣刀3.1概述成形铣刀的截面廓形是根据工件廓形设计的用成形铣刀可以在通用铣床上加工复杂形状的表面，生产效率高，使用方便，故应用广泛。

成形铣刀经常用于加工直沟与螺旋沟标准成形铣刀一般分为凹半圆成形铣刀与凸半圆铣刀，并用来加工凸棱与凹槽成形铣刀轴线相当于被加工表面的位置可以不同，但加工成形直槽时，总是将铣刀轴线放在垂直于进给方向的平面中在某些情况下，成形铣刀轴线可以是工件廓形的对称轴，这对铣刀称为指形铣刀用成形铣刀加工螺旋沟时，工件应作螺旋运动，其运动参数与工件螺旋参数相同对于同一个螺旋沟表面，铣刀轴线位置不同时，切削刃廓形也不同，所以加工螺旋沟的成形铣刀在使用时一定要符合设计条件按照齿背的加工形式，成形铣刀也分为尖齿形铣刀和铲齿型铣刀两大类尖齿成形铣刀用。