一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种机械加工刀具的设计方法，特别是一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法。一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法是以加工机床运动为根据的解析方法，建立麻花钻前刀面、后刀面、切削刃的几何模型以及结构参数、磨削参数的计算模型。通过以上模型的建立，可以有效地解决麻花钻设计中的逆问题，即通过麻花钻的结构参数，获得加工的磨削参数。本发明专利技术所述的方法可以保证全部设计计算的精度，排除了传统的模型与加工不符的问题，避免了加工中繁琐的调整过程，可一次精确加工出所需麻花钻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械加工刀具的设计方法，特别是一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法。
技术介绍
麻花钻由前后两个刀面组成。前刀面是螺旋槽，任何螺旋面的制造都是砂轮固定 (除高速自转外)，毛坯绕固定的轴线旋转并轴向平移，且每一步平移量与旋转角Φ保持固定的比例关系，即螺旋运动。后刀面是由两个反对称的曲面组成，它的制造除毛坯的螺旋运动外，还有沿水平方向的平移，但每一步平移都必须与毛坯旋转角保持一定的比例关系。麻花钻的设计与制造中存在正问题和逆问题。已知磨削参数，计算结构参数(钻头的半锋角Φ，法后角an)是正问题，逆问题与之相反。要完成麻花钻的设计与制造，必须解决逆问题，但逆问题的求解比较困难，目前只能得到近似的解。生产中只有用试切的方法， 通过反复调整磨削参数，直至磨削出钻头的结构参数接近设计值。麻花钻设计中的正问题较逆问题容易，本专利技术以机床的加工运动为基础，用计算机模拟的方法，作一系列正问题的计算，将磨削参数调整的过程用数值迭代方法解决。该方法避免了加工中繁琐的调整过程， 可一次精确加工出所需麻花钻。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，利用该方法进行麻花钻的设计，可以避免加工过程中的反复调试过程，可一次精确加工出所需的麻花钻。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，包含以下步骤权利要求1. 一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，其特征在于包含以下步骤 A、建立麻花钻前刀面的几何模型，获得模型(a)B、建立麻花钻后刀面的几何模型，获得模型(b)C、建立麻花钻切削刃的几何模型，获得模型(c)D、建立麻花钻结构参数的计算模型，获得模型(d) Φ= cos (Τ · Ζ) an = cos 1 (Lf · Bf)Ε、通过迭代方法，确定磨削参数&和L·2.根据权利要求1所述的一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，其特征在于所述的步骤A中麻花钻前刀面的几何模型是通过以下方法建立的Al、设定前刀面加工砂轮(3)的半径和轮廓形状；毛坯端面到坐标原点0的距离为Ztl， 前刀面的螺旋参数/V以及前刀面加工砂轮(3)在图示坐标系中的安装角β，中心距H，偏心距L和砂轮厚度W ；Α2、设定机床的加工运动，设定前刀面加工砂轮(3)只绕自己的水平轴线高速旋转，麻花钻毛坯(1)绕固定的轴线旋转并轴向平移，将麻花钻毛坯(1)加工成麻花钻螺杆(6)；A3、将前刀面加工砂轮(3)沿自身轴线离散成不同直径的薄片，t从L到L+W范围内均勻取值；其中， 表示每一个砂轮薄片到坐标原点的距离，R(i)表示每一个砂轮薄片的半径，θ表示砂轮上每一点的圆周角，确定前刀面加工砂轮(3)与毛坯(1)相对运动中，砂轮薄片上的点在毛坯上留下的轨迹；Α4、前刀面加工砂轮(3)在毛坯上留下的相对运动轨迹是空间曲线；将空间曲线上的点投影到与毛坯轴线垂直的横截面上，变换成平面曲线I (2)，所得的平面曲线I (2)即为麻花钻前刀面的几何模型；所述的平面曲线I (2) —层一层相叠构成螺旋槽；通常在砂轮(3)上加工两个反对称的螺旋槽。3.根据权利要求1所述的一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，其特征在于所述的步骤B中麻花钻后刀面的几何模型是通过以下方法建立的Bi、在螺杆(6)上加工后刀面；设定后刀面加工砂轮(4)的半径和轮廓形状，后刀面的螺旋参数/V后刀面加工砂轮(4)端面和螺杆(6)轴线之间的初始距离为。后刀面加工砂轮(4)在图示坐标系的中心距C；；B2、设定后刀面加工砂轮(4)只绕自己的轴线高速旋转，设定麻花钻螺杆(6)的运动方式，所述的运动方式包括螺杆(6)的螺旋运动和螺杆(6)沿水平方向的平移；选取螺杆(6) 旋转的角度0，螺杆(6 )沿轴向的位移U=久Φ，沿水平方向的位移ν=々也其中&和左为比例系数；上述Ar和A是后刀面加工的磨削参数；Β3、将螺杆(6)沿轴线方向离散，每一横截面的ζ坐标值为Zi ；Β4、将后刀面加工砂轮(4)沿自身轴线离散成不同直径的薄片，计算后刀面加工砂轮(4)与螺杆(6)相对运动中，砂轮薄片上的点在螺杆(6)上留下的轨迹；Β5、后刀面加工砂轮(4)在螺杆(6)上留下的相对运动轨迹是空间曲线；将空间曲线上的点投影到与螺旋槽相同的横截面上，变成平面曲线II (5)，所得的平面曲线II (5)即为麻花钻后刀面的几何模型；Β6、这些平面曲线II (5)—层一层相叠构成后刀面，通常在螺杆(6)上加工两个反对称的后刀面。4.根据权利要求1所述的一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，其特征在于所述的步骤C中切削刃的几何模型是通过以下方法建立的Cl、与麻花钻轴线垂直的每一个横截面内分别有一条前刀面的平面曲线I (2)和后刀面平面曲线II (5);用样条曲线拟合前刀面的平面曲线I (2)和后刀面平面曲线II (5)， 计算出每一个横截面内它们的交点；所有这些交点连接起来形成的交线是主切削刃(7)， 用NUBS曲线表示即模型(C)。5.根据权利要求1所述的一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，其特征在于所述的步骤D中麻花钻结构参数的计算模型是通过以下方法建立的D1、用微分几何的方法计算主切削刃上每一点的活动标架，得到标架中的切矢Τ，后刀面法矢Nf和后刀面次法矢Bf，计算主切削刃上每一点的切削速度V，ζ轴线的方向矢量Ζ，以及同时和切削速度V与切矢T垂直的矢量Lf，计算半锋角Φ，法后角an两个结构参数，即模型(d)，其中，i，j，k是正交直角坐标系中的单位矢量，X，Y是该点的坐标值； V = ( Yi - Xj ) / (X2 + Y2 ) 1/2Lf = τ χ ν/ |τ χ νZ = Oi + Oj + k Φ= cos (Τ · Ζ) an = cos 1 (Lf · Bf) ο6.根据权利要求1所述的一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法，其特征在于所述的步骤E中磨削参数Ar和A是通过以下方法确定的El、给定麻花钻结构参数设计的目标值半锋角Φ*和法后角将上述已知结构参数，计算磨削参数的逆问题，转换成最优化问题 min Vip0 k) = ( 0-0*)2+(an-an*)2 其中，Φ和知是上述B，C，D各步计算出的结构参数；Ε2、用遗传算法，重复上述B，C，D各步 ，迭代计算，直到目标函数在允许的精度范围内， 此时的Ar和A为计算出的磨削参数。全文摘要本专利技术涉及一种机械加工刀具的设计方法，特别是一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法。一种适用于CNC机床的麻花钻的设计方法是以加工机床运动为根据的解析方法，建立麻花钻前刀面、后刀面、切削刃的几何模型以及结构参数、磨削参数的计算模型。通过以上模型的建立，可以有效地解决麻花钻设计中的逆问题，即通过麻花钻的结构参数，获得加工的磨削参数。本专利技术所述的方法可以保证全部设计计算的精度，排除了传统的模型与加工不符的问题，避免了加工中繁琐的调整过程，可一次精确加工出所需麻花钻。文档编号B24B3/26GK102430963SQ201110248650公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日专利技术者张伟, 李铸宇 申请人:大连吉瑞精密钻头有限公司, 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，李铸宇，
申请(专利权)人：大连工业大学，大连吉瑞精密钻头有限公司，
类型：发明
国别省市：