麻花钻刃磨装置的机械结构设计毕业设计(论文)

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毕业设计(论文)
麻花钻刃磨装置的机械结构设计DESIGN OF TWIST DRILL SHARPENING DEVICE STRUCTURE
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指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
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2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
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二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）
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评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
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二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
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教研室（或答辩小组）及教学系意见
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二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
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三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
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评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：（签名）
年月日
摘要
通过现实生活中麻花钻刃磨的现状以及各种刃磨方法的比较，本课题采用麻花钻内锥面刃磨法。

本设计阐述了内锥面刃磨麻花钻的刃磨原理、刃磨参数的优化、刃磨装置的确定、主轴转速的计算、砂轮与电动机的选取和安装等一系列问题，从而在研究分析的基础上参考现有主要磨床的设计和改造方法，以及结合内锥面刃磨钻头进行的一些实验和目前在钻头刃磨技术方面所得的成果，设计出了合理有效、安全可靠、经济简捷的麻花钻内锥面刃磨装置。

关键词：麻花钻；内锥面刃磨；刃磨装置设计
Abstract
Situation by real-life twist drill sharpening and a comparison of various sharpening methods, the design principles expounded in the Sharpening sharpening twist to optimize grinding parameters determine sharpening device, spindle speed of calculation, the wheel and the motor selection and installation of a range of issues , and on the basis of research and analysis with reference to the existing main grinder design and modification methods, and combining with the inner cone grinding drill some experiments and present in drill grinding technology results, and prove the feasibility of the design, design a reasonable and effective, safe and reliable, economic and simple inner cone grinding of twist drill device.
Key words:twist drill; the inner cone grinding; grinding device design
全套图纸外文翻译
扣扣: 1411494633
目
摘 目 第1章 1.1 1.2
录
要 .......................................................................................................................................1 录 .................................................................................................................................. V 绪论 ...........................................................................................................................1 设计麻花钻刃磨装置的意义 ..................................................................................1 麻花钻刃磨技术研究概述 ......................................................................................1 1.2.1 1.2.2 1.3 麻花钻刃磨装置国内外发展状况与趋势 ...................................................1 存在的主要问题 ..........................................................................................3
麻花钻刃磨方法的比较 ..........................................................................................3 麻花钻内锥面刃磨的理论分析 ................................................................................5 麻花钻的几何特性 ..................................................................................................5 2.1.1 2.1.2 麻花钻的结构 ..............................................................................................5 麻花钻的几何参数 ......................................................................................7
1.4 本课题的主要研究内容 ............................................................................................4 第2章 2.1
2.2 2.3 2.4
麻花钻的传统刃磨方法 ..........................................................................................8 麻花钻的内锥面刃磨方法 ......................................................................................8 麻花钻的内锥面刃磨原理及刃磨参数优化 ..........................................................9 2.4.1 2.4.2 钻头刃磨原理 ..............................................................................................9 刃磨参数的优化 ........................................................................................ 10
第 3 章 麻花钻刃磨装置的机械系统设计 ............................................................................ 11 3.1 3.2 刃磨装置的总体方案 ............................................................................................ 11 丝杠螺母副的设计计算 ........................................................................................ 12 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 第4章 第5章 5.1 5.2 结 致 横纵向进给的设计计算 ............................................................................ 12 垂直进给的设计计算 ................................................................................ 17 横向进给方向上锥齿轮的设计 ................................................................ 20 垂直进给方向上锥齿轮的设计 .................................................................. 23
传动系统的锥齿轮设计计算 ................................................................................ 20
导轨的设计计算 .................................................................................................... 26 麻花钻装夹及分度装置设计 .................................................................................. 27 电动机及砂轮的选择 .............................................................................................. 35 电动机的选择 ........................................................................................................ 36 砂轮的选择 ............................................................................................................ 36
论 ..................................................................................................................................... 37 谢 ..................................................................................................................................... 38
参考文献 ................................................................................................................................. 39


第1章
1.1 设计麻花钻刃磨装置的目的
绪论
很多金属切削加工过程中都会运用到麻花钻,用来加工各种孔，已经有很多 年的历史了,目前全世界每年消耗的钻头不计其数。

而且麻花钻不仅仅可以在一 般结构材料上钻孔，经过修磨之后还可以钻一些难加工的材料，所以它仍然是加 工孔的主要钻头。

而麻花钻的刃磨对加工工序有着非常重要的影响，因为在加工 过程中金属切削刀具的几何形状和角度是影响被加工工件质量和刀具性能的主 要因素之一。

钻头自然也不能例外，通过合理选择钻头的几何形状和角度，可以 在很大程度上改善钻头的钻削特性。

由于麻花钻在用钝后或根据加工工件的不同 需要重新刃磨然后才能继续使用， 另外麻花钻刃磨也是麻花钻制造中最终成形的 加工阶段，麻花钻的形状、尺寸、各刀面及几何角度等，都是由刀具刃磨来完成 的。

所以，麻花钻刃磨是麻花钻制造工艺过程的一个重要工序，刃磨出来的麻花 钻质量的好与坏对麻花钻的切削性能和使用寿命起很大的作用。

因此，能够对刀 具进行再次修磨加工的刃磨机床的应用就显得尤为必要。

因此，为保证零件的 加工质量， 提高生产效率， 降低加工成本， 必须注重钻头几何形状以及刃磨质量， 设计出合理、有效、经济和实用的麻花钻刃磨装置具有很大意义。

1.2 麻花钻刃磨技术研究概述
1.2.1 麻花钻刃磨装置国内外发展状况与趋势
在麻花钻刃磨以及其它形状刀具刃磨技术和数控研究方面， 近些年来国内外 专家作了不少的研究工作， 也开发出一些较先进刀具刃磨设备目前国外的工具磨 床生产均采用数控万能工具磨床和CNC磨削加工技术。

近几届的国际机床展览会 上美国、德国、日本、瑞士等国展出的很多机床都可以制造或刃磨麻花钻以及其 他刀具。

德国某集团的 生产出来的一款工具磨床是一台生产型五轴CNCI具磨床， 它能够对多种金属切削刀具进行制造。

这个设备上装备有对工件位置进行测量的 系统，他们在磨头上装备了一个测头，它能够使刀具的定位更加准确，可以减少 钻磨时间。

这个设备使用了他们集团自己研制的专属数字化控制系统 。

这个设 备不但可以满足客户对各种磨床软件的需要， 而且还研制出了一款比较灵活的编 程软件，这样我们就能够使用软件来研制工件。

由瑞士的一个集团研制的一款五轴工具磨床， 这个设备的主要功能就是制造 和修复许多形状各异的尺寸比较小的刀具。

这个设备使用的布局是立柱移动式，


它的刚性好，结构分布比较合理，这样我们就能够把这个设备的精度控制在比较 高的水平上，并且这个设备还有一个用于测量的自动控制系统，这样一来刀具的 放置和工件的刃磨和车削就会变得更加简单， 这个车床选取了三维探头并将其固 定地安装在这个车床上面，这个设备不但能对工件的几何形状进行测量，而且能 够使它的质量得到保障，这个设备能够满足各种不同刀具的磨削。

此外，日本制作所开发生产的SGR．003A型全自动小直径刀具磨床，五轴 五联动的JUNGNER560cNC工具磨床，美国的HS．87R型数控工具磨床，日本的 NX．40型十轴数控工具磨床等都是技术先进，性能优越的数控机床。

我国过去的几十年中，因为并不重视工具技术这方面的研究，所以一般都去 购买外国公司生产的数控机床这些设备导致，由于国内刀具质量不过关(材料和 刃磨技术都有很大差距)，不得不同时进口刀具及刃磨设备，其几个相当昂贵， 而且仅配有限的刃磨软件，如需刃磨各种刀具，真正实现机床的价值、充分发挥 其优势还需另购其软件，生产成本更高了。

这些厂家为了保持技术垄断，他们一 般把自己的系统隐藏起来， 所以客户如果想自己去研究这些应用软件的话并不容 易。

一般的加工中心比万能数控磨床便宜很多，由此可见其技术含量较高。

我国在研制刃磨装置的方面没有西方先进， 从80年代中期开始，才开始对 于车床进行一些研发与生产，但是数量很少其。

近些年，我国已有几家在研制数 控工具磨床，取得了一些成就。

其中有一些比较好的设备，例如武汉某公司生产 的一台工具磨床。

该设备上面装备了许多软件，能对大多数的刀具进行处理，不 管是普通的刀具还是复杂的刀具该设备都能对它们进行自动刃磨。

北京航空航天大学从七十年代开始，在刀具刃磨这个项目中做了很多的研 究，已经研发了四代数控刀具刃磨机床。

四代刃磨机都采用电机驱动装置，控制 系统依次为单板机、单片机及微机。

第一代为六轴数控刃磨机，第二代为七轴数 控群钻刃磨机，它们的控制机采用TP841单板机，上位机采用APPLE 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。

到了第四代采用的是 六杆结构，即便在世界上也是率先将虚轴的结构引进到刃磨机上。

还有比如华中 理工大学最新研制出来的MK6026六轴五联动数控刃磨机，咸阳机床厂研制出来 的MK6025/3数控万能工具磨床，营口某公司生产研制的一款工具磨床和武汉某 公司生产研制的一款磨刀机，这些车床都是很普通的类型。

放眼未来， 我们应该都知道以后的主流应该就是数控刃磨了。

机械式刃磨机， 它的工作原理就是通过齿轮和凸轮进行刃磨， 我们如果要在刃磨机上刃磨各种各 样的刀具的话，该设备的机械结构十分复杂，而且车床上还要装备很多别的零部 件，就算是这样如果我们想要刃磨自己想要刃磨的刀具也是不太可能的，它只能 刃磨一些指定的刀具。

数控刃磨机的刃磨运动由数控轴运动合成，从学术的角度


来看这个设备可以对各种刀具进行刃磨，该设备操作简单，也很方便去拓展其他 功能。

现在科技发展的越来越快了，研究各种系统的经费需要越来越少，研制出 来的车床安全性提高，操作和维护也很简便，性价比高，对于以后的市场需求该 设备更容易满足，更有利于计算机集成制造。

1.2.2 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 手工刃磨方法主演靠的是操作工人的个人水准， 刃磨出来的麻花钻受操作者技术 水平的影响。

工人劳动强度大，所以在刃磨的时候角度很难去控制，也没法做到 一致，而且手工刃磨很随意，更不用说自动化了，这样工作效率很低，刃磨出来 的麻花钻我们也没办法保证其质量的好与坏。

在麻花钻数控刃磨技术研究方面，国内起步晚水平跟不上，相关的设备和数 控系统一般靠进口，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。

而现在生活中普遍使用的方法就是锥面刃磨法， 但是它并不是完美的方法， 这种方法也存在一些问题：有时候在选择刃磨参数的时候，后刀面的尾部有时候 会上翘也就是翘尾 ，而且有时候翘尾现象还比较严重（如图1-1所示），在后刀 面提升到一定高度的时候，前刀面没办法够到钻井，也就没法满足正常的刃磨条 件。

所以说我们在用锥面刃磨法刃磨麻花钻的时候，必须去降低或者克服这种事 情的发生，可是有时候我们并不能在选择参数的时候发现这个问题，只有刃磨结 束的时候我们才能知道【12】。

图1-1 翘尾现象
1.3 麻花钻刃磨方法的比较
对于钻头来说，选择恰当的刃磨方法可以获得合理的几何形状和角度，这


样可以提高加工质量和加工效率，很大程度上改善钻削特性。

目前，麻花钻的刃磨方法有平面刃磨法、锥面刃磨法、圆柱面刃磨法、螺旋 面刃磨法等。

平面刃磨法：平面刃磨法操作很简单，而且工作效率很高，但横刃垂直于钻 轴，轴向抗力大，钻孔扩张量大，一般认为这种方法只适宜于刃磨小直径钻头。

锥面刃磨法师目前国内外采用最普遍的钻头后刀面刃磨方法之一。

由于其刃磨成 形运动单一，因而在手工刃磨和机械刃磨中被广泛采用。

刃磨后钻头的优点是后 角分配较为合理，主切削刃形状好且散热性好，强度高；缺点是横刃长。

工作条 件差。

这种方法刃磨的效率低于螺旋面和平面刃磨法。

螺旋面刃磨法包括标准螺 旋面刃磨和复杂螺旋面刃磨。

螺旋面钻尖的定心好，切入平稳，轴向阻力小，钻 孔扩张量小。

标准螺旋面刃磨的钻尖较弱，不适宜钻高强度材料，而复杂螺旋面 刃磨的钻尖既可以保持螺旋面钻尖的优点，又可以改善钻尖强度。

该方法的缺陷 是会降低工艺系统的刚度，调整机床复杂，因此更适合于数控加工。

圆柱面刃磨 法较锥面刃磨法更简单，调整参数更少，但它有一个十分严重的缺陷是主切削刃 的法后角沿整个主刃都是相等的 。

而刃磨麻花钻的另一种新方法就是内锥面刃磨法， 这种方法采用的是优化刃 磨参数,通过计算机来控制自动调整参数 ,当中的钻头几何角度比较精确并且两 切削刃对称性较好,尤其适合刃磨使用要求较高的钻头；而内锥面钻头刃磨机 ， 操作简单，可以刃磨出高质量的麻花钻。

将砂轮修成内锥面，钻头放在内锥面上 进行磨削，形成麻花钻的圆锥面的后刀面。

刃磨钻头时通过修整砂轮半锥角、轴 间角、锥顶距、附加旋转角（偏距是钻头中心低于砂轮锥面中心的距离，钻头附 加旋转角是被磨削的主切削刃水平安装后再附加转动的而一个角度），可使钻头 得到所需的后角、横刃斜角以及顶角。

1.4 本课题的主要研究内容
通过分析比较麻花钻的刃磨原理以及各种刃磨方法， 以及结合国内外对于麻 花钻刃磨装置的研究，说明各种方法对于刃磨出来的麻花钻的影响，从而选择合 适的刃磨方法对麻花钻进行刃磨。

首先我们要充分了解麻花钻的结构，形成一个麻花钻的立体结构，这样对于 更好地研究麻花钻有着很大的作用，然后，对于一些麻花钻上的刃磨理论进行分 析，优化刃磨参数，建立一些有效简单的处理方法。

在前文中，我们分析了各种刃磨方法的运动形式，并且对于一些国内外的一 些数控机床也进行了介绍与研究，结合这些内容我们可以建立三维实体模型，并 且分析这个模型的运动形式，计算装置所需的各种数据以及模型的总体方案设


计。

所以本课题的主要研究内容就是通过分析各种麻花钻刃磨方法来确定最佳 刃磨方案，并且设计出实用且方便的刃磨装置。

第2章
麻花钻内锥面刃磨的理论分析
2.1 麻花钻的几何特性
2.1.1 麻花钻的结构
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 章只对锥柄麻花钻的几何特征以及参数进行研究分析。

锥柄麻花钻主要由工作部分、颈部和柄部组成。

结构如图2-1所示。

(a)


(b)
（a）麻花钻的组成 （b）切削部分
图 2-1
麻花钻的组成
工作部分又由导向部分和切削部分组成， 其中钻头的导向部分由两条螺旋槽 所形成的两螺旋形刃瓣组成，两刃瓣由钻芯连接，钻头的切削部分由两个螺旋形 前面、两个由刃磨得到的后面、两条韧带（副后面）、两条副切削刃和一条横刃


组成。

钻头的柄部用于夹持刀具和传递动力。

通常直接在12mm以下的小直径钻头 采用直柄； 而直径大于16mm的较大直径钻头采用锥柄， 锥柄可以传递较大扭矩， 锥柄后端的扁尾用于传递扭矩和便于卸下钻头； 直径在12mm至16mm之间的钻头 直柄和锥柄均可采用。

颈部是柄部和工作部分的连接处， 并作为磨削外径时砂轮退刀和打标记的位 置，也是颈部是柄部和工作部分不同材料的焊接部分。

2.1.2 麻花钻的几何参数
麻花钻刃磨的几何参数如图2-2所示。

图中L为刃磨锥面锥顶到钻头轴线
图 2-2 麻花钻的刃磨几何参数


2.2 麻花钻的传统刃磨方法
对于手工刃磨麻花钻而言，在刃磨过程中需要工作人员仔细认真，刃磨出来 的麻花钻的好坏直接影响到钻孔的质量和钻削效率。

在我们进行手工刃磨麻花钻 的时候，这就需要工作人员做到绝对的细心与负责了，不然就会导致刃磨出来的 麻花钻在质量上和钻削效率上有缺陷。

在对麻花钻进行刃磨的时候，我们要做到 两个主切削刃和钻芯线之间的夹角要对称，并且要保证有相等的刃长，不然的话 会出现很多问题，例如，单刃切削、孔径变大、产生台阶形等等。

在我们进行刃 磨之前，钻头的切削刃应该放在砂轮中心水平面上或者稍高一些，钻头中心与砂 轮外圆柱面母线在水平面内夹角等于顶角一半， 同时钻尾向下倾斜。

钻头刃磨时， 用右手握住钻头前端支点， 左手握钻尾， 以钻头前端支撑点为圆心钻尾上下摆动， 向上摆动不得高出水平线，当磨出副后角，也不能过多的去向下摆动，不然的话 就有可能磨掉另外一条主刃刀。

在刃磨的时候我们要稍微带一点旋转，要注意的 是不能太大，尤其是我们在刃磨那些麻花钻直径比较小的，就更应该多注意了。

在刃磨完一个主切削刃之后，刃磨另一个就需要我们把钻头旋转180度把钻头转 过180º，其他的动作都不变，这样做的原因是为了使两个切削刃对称，方法是不 变的。

在进行刃磨的时候我们要一边刃磨一边用冷却液冷却，不然可能会导致硬 度降低。

初次刃磨时要注意防止外缘出现副后角。

刃磨结束之后我们要检测角度， 一般来说是用目测或者拿仪器测量。

刃磨结束后我们一般使用目测法测量。

方法 是：将磨好的钻头竖着放在跟眼睛平行的位置上，在光线比较充足的地方用眼睛 看两个刀刃的长短高低还有后角等，因为肉眼观察并不准确，一般观察的结果是 左边比右边高，这就需要我们把钻头旋转180度继续看，然后来回仔细观察，觉 得两刃基本上对称后就可以使用了， 如果观察之后觉得两边不对称就需要对麻花 钻继续刃磨。

使用量角器进行检查时，只需要角尺的一边贴在麻花钻的棱边上， 另一边放在钻头的刃口上测量刃长和角度，然后转动180º，以同样的方法检查就 可以了。

2.3 麻花钻的内锥面刃磨方法

。