CN107363301A - 一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具及其刃磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具及其刃磨方法，属于机械加工技术领域。刀具的结构特点为从钻尖部位向螺旋槽尾部，螺旋槽的芯厚和槽宽是同时线性增大的。该钻削刀具是在螺旋槽刃磨过程中，通过控制砂轮轴线与钻头轴线相对距离的线性增大，实现芯厚的线性增大；通过控制砂轮中心与钻头中心偏移距离的线性增大，实现螺旋槽槽宽的线性增大。本发明针对难加工材料微小深孔钻削加工的特点，一方面通过芯厚从钻尖到螺旋槽尾部线性增大，提高了刀具的刚度和强度，能够减少刀具弯曲折断现象；另一方面通过螺旋槽槽宽从钻尖到螺旋槽尾部线性增大，增大了刀具的容屑空间，提高了微小深孔钻削时刀具的排屑能力，能够减少刀具由切屑阻塞所造成的扭转断裂现象，提高刀具使用寿命。

Description

一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具及其刃磨方法
技术领域
本发明涉及一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具及其刃磨方法，属于机械加工技术领域。
背景技术
随着科学技术和工业生产的迅猛发展，微小深孔的应用日趋广泛，出现了越来越多带有微小深孔的零件，如航空航天惯性陀螺的仪表元件、航空/汽车/船舶发动机的喷油嘴、涡轮发动机叶片的气膜冷却孔、计算机打印头、印刷电路板等。这些微小深孔零件多采用不锈钢、高强度钢、钛合金等难加工材料，如高温高压部件以及发动机喷油嘴等经常采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。微小深孔加工一般采用微细钻削、微细电火花、微刻蚀等方法。其中微细钻削具有可加工材料广泛、不受材料导电的限制、材料去除率高、加工精度高、批量生产成本低等优点，成为微小深孔的主要加工方法。
在不锈钢等难加工材料微小深孔钻削过程中，随着微小深孔孔径趋向小型化和大深径比发展，钻削刀具发生断裂失效的概率大幅度提高。微小深孔钻削刀具的刚度、强度相对较低，入钻时易滑移偏斜，刀具发生弯曲变形易引起折断破坏，同时微小深孔钻削过程中排屑路径长，切屑易阻塞，扭矩过大容易引起刀具断裂失效。针对上述难加工材料微小深孔精密钻削刀具存在的问题和难点，需要综合考虑刀具的刚度、强度和排屑性能，对刀具整体几何结构进行设计优化，以提高刀具的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具及其刃磨方法。该刀具的结构特征针对微小深孔钻削加工的特点，不仅能够提高刀具的刚度和强度，并且增加刀具的容屑空间，提高刀具的排屑性能，减少刀具断裂失效的发生，提高刀具的使用寿命。
本发明的技术方案是：一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具，其特点是从钻尖部位向螺旋槽尾部，螺旋槽的芯厚和槽宽是同时线性增大的。该钻削刀具是在螺旋槽刃磨过程中，通过控制砂轮轴线与钻头轴线相对距离的线性增大，实现芯厚的线性增大；通过控制砂轮中心与钻头中心偏移距离的线性增大，实现螺旋槽槽宽的线性增大。
其中钻尖部位的螺旋槽芯厚为2t1，螺旋槽尾部部位的螺旋槽芯厚为2t2。从钻尖部位到螺旋槽尾部，螺旋槽芯厚线性增大，2t2>2t1。
钻尖部位的螺旋槽横截面形状为传统截形，螺旋槽尾部的横截面形状为抛物线—圆弧截形。从钻尖部位到螺旋槽尾部，螺旋槽横截面形状由传统截形逐渐过渡为抛物线—圆弧截形，螺旋槽槽宽线性增大。
变芯厚变槽宽螺旋槽刃磨过程中，砂轮轴线与钻头轴线的相对距离ax为砂轮半径加上芯厚的一半。在钻尖部位，砂轮轴线与钻头轴线的相对距离为ax1。在螺旋槽尾部，砂轮轴线与钻头轴线的相对距离为ax2，ax2>ax1。通过控制砂轮轴线与钻头轴线相对距离的线性增大实现芯厚的线性增大。
变芯厚变槽宽螺旋槽刃磨过程中，在钻尖部位，砂轮中心与钻头中心偏移距离为ay1。在螺旋槽尾部，砂轮中心与钻头中心偏移距离为ay2，ay2>ay1。从钻尖部位到螺旋槽尾部，砂轮中心与钻头中心的偏移距离线性增大，通过控制偏移距离的线性增大实现槽宽的线性增大。
有益效果：
本发明通过芯厚从钻尖到螺旋槽尾部线性增大，提高了刀具的刚度和强度，降低了入钻时刀具的滑移偏斜，降低了螺旋槽根部刀具的最大等效应力，能够减少刀具弯曲折断现象，提高刀具使用寿命。然而钻芯厚增加将减少螺旋槽的容屑空间和排屑能力。为此，本发明使芯厚线性增大，同时也使螺旋槽槽宽从钻尖到螺旋槽尾部线性增大，从而增大了刀具的容屑空间，提高了微小深孔钻削时刀具排屑能力，也减缓了深孔加工存在的扭矩过大而使刀具扭转断裂现象，本发明中使螺旋槽的芯厚和槽宽同时线性增大起到了协同作用，取到了意料不到的技术效果，显著提高了刀具的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具的刃磨过程示意图；
图2是直径0.5mm的变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具几何结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述
本发明提供了一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具及其刃磨方法。变芯厚变槽宽螺旋槽刃磨过程参见附图1，刃磨过程中钻削刀具共有四个运动，绕Zd轴的旋转运动Ωd，沿Zd轴的直线运动Vd，沿Xd轴的直线运动Vx，沿Yd轴的直线运动Vy。砂轮有一个运动，绕砂轮轴线Zw轴的旋转运动Ωw。
其中钻削刀具绕Zd轴的旋转运动和沿Zd轴的直线运动构成钻削刀具的螺旋运动，砂轮绕其轴线Zw轴的旋转运动构成切削主运动。通过旋转运动Ωd、直线运动Vd和旋转运动Ωw形成螺旋槽曲面。钻削刀具螺旋角为固定值β，钻削刀具的直径为d，因此钻削刀具的旋转运动Ωd和直线运动Vd需满足tanβ＝Vd/(Ωdd/2)。
砂轮轴线OwZw与钻头轴线OdZd相对距离为ax，ax等于砂轮大端面半径(Rw)加上芯厚(2t)的一半。如图2所示为直径0.5mm的变芯厚变槽宽微钻，钻尖部位的螺旋槽芯厚为2t1，螺旋槽尾部部位的螺旋槽芯厚为2t2。因此钻尖部位相对距离为ax1＝Rw+t1，螺旋槽尾部相对距离为ax2＝Rw+t2。微钻沿Xd轴的直线运动Vx实现相对距离ax的线性增大，Vx需要满足Vx＝Vd(ax2-ax1)/L，L为螺旋槽总的长度。因此通过微钻沿Xd轴的直线运动Vx，实现砂轮轴线OwZw与钻头轴线OdZd相对距离ax的线性增大，进而实现所刃磨得到的微钻芯厚从钻尖部位到螺旋槽尾部线性增大，其中，钻尖部位的螺旋槽芯厚为2t1＝0.2d～0.3d，螺旋槽尾部部位的螺旋槽芯厚为2t2＝0.3d～0.4d，如图2所示的截面A-A、B-B、C-C、D-D处芯厚分别是0.25d、0.3d、0.35d、0.4d。
砂轮中心Ow与钻头中心Od的偏移距离为ay，钻尖部位相对距离为ay1＝0，螺旋槽尾部相对距离为ay2＝a。钻削刀具沿Yd轴的直线运动Vy实现偏移距离ay的线性增大，Vy需要满足Vy＝Vd(ay2-ay1)/L，L为螺旋槽总的长度。因此通过钻削刀具沿Yd轴的直线运动Vy，实现砂轮中心Ow与钻头中心Od偏移距离ay的线性增大，进而实现所刃磨得到的钻削刀具螺旋槽槽宽从钻尖到螺旋槽尾部线性增大。如图2所示的截面A-A、B-B、C-C、D-D处ay取值分别为0、8mm、16mm、24mm，截面A-A处螺旋槽型为传统截型，槽宽较小。随着向螺旋槽尾部方向延伸，槽宽线性增大，螺旋槽横截面形状逐渐过渡为抛物线—圆弧型。

Claims (7)

1.一种变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具，其特征在于，所述钻削刀具从钻尖部位向螺旋槽尾部，螺旋槽的芯厚和槽宽是同时线性增大的。
2.根据权利要求1所述的变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具，其特征在于，所述钻削刀具的螺旋角为固定值。
3.根据权利要求1或2所述的变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具，其特征在于，所述钻削刀具的直径为d，钻尖部位的螺旋槽芯厚为2t1＝0.2d～0.3d，螺旋槽尾部的螺旋槽芯厚为2t2＝0.3d～0.4d。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的变芯厚变槽宽微小深孔钻削刀具的刃磨方法，其特征在于，所述钻削刀具在螺旋槽刃磨过程中，通过控制砂轮轴线与钻头轴线相对距离ax的线性增大，实现螺旋槽芯厚的线性增大，通过控制砂轮中心与钻头中心偏移距离ay的线性增大，实现螺旋槽槽宽的线性增大；
所述钻削刀具在螺旋槽刃磨过程中共有四个运动，分别为绕Zd轴的旋转运动Ωd、沿Zd轴的直线运动Vd、沿Xd轴的直线运动Vx和沿Yd轴的直线运动Vy，砂轮有一个运动，绕砂轮轴线Zw轴的旋转运动Ωw；
所述钻削刀具绕Zd轴的旋转运动和沿Zd轴的直线运动构成钻削刀具的螺旋运动，砂轮绕其轴线Zw轴的旋转运动构成切削主运动，通过旋转运动Ωd、直线运动Vd和旋转运动Ωw形成螺旋槽曲面；
所述钻削刀具沿Xd轴的直线运动Vx控制砂轮轴线OwZw与钻头轴线OdZd相对距离ax的线性增大，实现所刃磨得到的钻削刀具芯厚从钻尖部位到螺旋槽尾部线性增大；
所述钻削刀具沿Yd轴的直线运动Vy控制砂轮中心Ow与钻头中心Od偏移距离ay的线性增大，实现所刃磨得到的钻削刀具螺旋槽槽宽从钻尖到螺旋槽尾部线性增大。
5.根据权利要求4所述的刃磨方法，其特征在于：所述钻削刀具的螺旋角为固定值β，直径为d，钻削刀具的旋转运动Ωd和直线运动Vd需满足tanβ＝Vd/(Ωdd/2)。
6.根据权利要求4或5所述的刃磨方法，其特征在于：钻尖部位的螺旋槽芯厚为2t1，螺旋槽尾部的螺旋槽芯厚为2t2，钻尖部位轴线相对距离为ax1＝Rw+t1，螺旋槽尾部轴线相对距离为ax2＝Rw+t2，Rw为砂轮大端面半径，钻削刀具沿Xd轴的直线运动Vx需要满足Vx＝Vd(ax2-ax1)/L，L为螺旋槽总的长度。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的刃磨方法，其特征在于：钻尖部位中心偏移距离为ay1，螺旋槽尾部中心偏移距离为ay2，ay2>ay1，钻削刀具沿Yd轴的直线运动Vy需要满足Vy＝Vd(ay2-ay1)/L，L为螺旋槽总的长度。
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