专利名称：一种全螺旋面钻尖钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钻头，特别是涉及一种全螺旋面钻尖钻头，此全螺旋面钻尖既适用于普通钻头，也适合于微小钻头。
背景技术：
钻削加工是制造工业中应用最广泛的机械加工方法之一。迄今为止，它仍是孔加工中最经济、最高效的方法。钻削过程中用的刀具即钻头，根据其钻尖后刀面廓形的不同，可以分为锥面、平面、椭球面、圆柱面等钻尖形式；而钻尖形状的微小变化都将对其切削性能产生非常大的影响。目前，平面钻尖不仅应用于大钻头中，而且国际上商用微钻头均是采用平面钻尖，但这种钻头钻型有许多不足不能合理控制钻尖的角度分布；钻尖后刀面与被加工孔的底部易发生干涉等。为了克服平面钻尖钻头的不足，本发明提出了一种既适用于普通钻头，也适合于微小钻头的全螺旋面钻尖钻头。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能合理控制钻尖的角度分布，特别是钻尖后刀面角度的分布；钻尖后刀面与被加工孔的底部不易发生干涉的既适用于普通钻头，也适合于微小钻头的全螺旋面钻尖钻头。
为了解决上述技术问题，本发明提供的全螺旋面钻尖钻头，包括钻头本体及其钻尖，所述的钻尖的后刀面是一螺旋面，此螺旋面的轴线与钻头本体的轴线相交成一角度，此角度为10°～45°。
所述的钻头除满足三个设计参数即钻尖半角、横刃斜角及外缘转点结构圆周后角外，还满足后刀面区域的尾隙角几何参数，该尾隙角几何参数，在后刀面上选定点b，则主切削刃上存在与点b半径相同的一点a，b点的尾隙角的正切值等于a、b两点的Z坐标差值与a、b两点弧长之比值，假定“a”、“b”距钻头中心为r，则“b”点处的后刀面尾隙角为αh,br=tan-1(360h2πrΩ)=tan-1[360(Za-Zb)2πr(Ωa-Ωb)]]]>为了防止钻头在钻削过程中后刀面与被加工孔的底部发生干涉，可选用大的后刀面尾隙角；钻尖半角直接关系到主刃偏角的大小，影响到主切削刃的长度，单位刃长的切削负荷，切削层中切削宽度与切削厚度的比例，切削力中轴向力与切向力的比例，主切削刃前角的大小，切削形成与排屑的情况以及外缘转点的散热条件等，因此针对具体加工情况，选用的钻尖几何参数也不同；横刃斜角越小，则切削刃上各点的后角增大，横刃长度越长，处于负前角切削状态，切削抗力越大，钻头的负荷越大，极易导致钻头折断；结构圆周后角影响到钻头结构后角的大小，对钻削性能有一定的影响。
根据被加工工件材料的不同，选用的钻尖各几何角度也不同。全螺旋面钻头钻尖后刀面尾隙角取8°～20°；钻尖半角取50°～75°；用于普通钻头的横刃斜角一般取40°～65°，而用于微钻头，进行横刃修磨前的横刃斜角一般取65°～85°；结构圆周后角一般取8°～20°。
在所述的钻尖的螺旋面的尾隙部分形成有一个平面，即第二后刀面F3和F4。
采用上述技术方案的全螺旋面钻尖钻头，由于其钻尖为全螺旋面，即整个后刀面为连续的螺旋面，其轴线与钻头自身的轴线相交成一角度；其钻头后角分布合理，切削性能好；其刃磨方法简单，刃磨误差源少；此全螺旋面钻尖既适用于普通钻头，也适合于微小钻头；且全螺旋面钻尖微小钻头在其钻尖处易于进行横刃修磨。引入后刀面的尾隙角后，就能够准确地描述主切削刃及整个后刀面的几何特征，其后刀面上的尾隙角及主切削刃上的后角得到了合理的控制，控制后刀面尾隙角的值就可以防止钻削过程中，钻头后刀面与孔底发生干涉。横刃呈“S”形，定心能力强；横刃的前角加大，轴向抗力小，切入平稳，因而入钻性能好，克服了平面钻尖钻头的不足，为机械钻削加工领域提出了一种钻削性能更好的既适用于普通钻头，也适合于微小钻头，且易于对其微小钻头进行横刃修磨的钻头形式。
综上所述，本发明是一种能合理控制钻尖的角度分布；横刃形状分布合理；钻尖后刀面与被加工孔的底部不易发生干涉，既适用于普通钻头，也适合于微小钻头，且易于对其微小钻头进行横刃修磨的全螺旋面钻尖钻头。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是钻尖半角定义示意图。
图2是横刃斜角定义示意图。
图3是结构圆周后角αfa定义示意图。
图4是后刀面尾隙角αh，br定义示意图。
图5是全螺旋面微小钻头钻尖后刀面刃磨关系图。
图6是修磨横刃后的全螺旋面钻头钻尖端面示意图。
图1中，1——钻头主切削刃；2——前刀面；C——外缘转点；F1——一侧后刀面；ρ——钻尖半角。
图2中，F1和F2——后刀面，图(b)为图(a)中A区局部放大视图，其中ψ——横刃斜角。
图3中，(b)图为(a)图中的B-B剖视图，αfa——结构圆周后角在经过主切削刃上任意点“a”且垂直于钻头半径的平面内，钻头轴线的垂直平面和该点处后刀面的切平面所成的锐角。
图4中，(b)图为(a)图中的A-A剖视图，αh，br——后刀面尾隙角在后刀面上选定点b，则主切削刃上存在与点b半径相同的一点a，b点的尾隙角的正切值等于a、b两点的Z坐标差值与a、b两点弧长之比值。
图5中，1——钻头；2——砂轮；3——螺旋面轴线；Φ——钻头轴线与螺旋面轴线相交的角度；X*Y*Z*——螺旋面后刀面坐标系；XYZ——钻头坐标系；H——螺旋面的螺距。
图6中，F1和F2——第一后刀面，F3和F4——第二后刀面。
具体实施例方式
参见图5，全螺旋面钻头钻尖的后刀面由连续的螺旋面组成，钻尖的后刀面是一螺旋面，此螺旋面的轴线与钻头本体的轴线相交成一角度Φ，此角度Φ为10°～45°，刃磨几何关系如图5所示，根据后刀面刃磨参数调整好砂轮和钻头相对位置之后，砂轮固定，钻头绕Z*轴旋转的同时，沿Z*轴作直线运动形成螺距为H的全螺旋面钻头钻尖后刀面；或者钻头固定，砂轮绕Z*轴旋转的同时，沿Z*轴作直线运动形成螺距为H的全螺旋面钻头钻尖后刀面。
目前有关钻尖的设计标准、手册中，钻尖几何参数一般是三个即钻尖半角ρ(见图1)、横刃斜角ψ(见图2)及外缘转点结构圆周后角αfc(见图3)，它们的计算方法如下1、钻尖半角ρ在X-Z平面内，外缘转点C处由前刀面F5和后刀面F1相交而形成的主切削刃的切线的斜率记为ξ，则ξ=[∂z∂x]C=[∂F1∂x∂F5∂y-∂F1∂y∂F5∂x∂F5∂z∂F1∂y-∂F5∂y∂F1∂z]c---(1)]]>式中下标“C”表示是在外缘转点处计算， 表示对螺旋槽方程F5求对x、y、z的偏导数。则钻尖半角为
ρ=tan-1[-1ξ]---(2)]]>2、横刃斜角ψ 分别表示后刀面方程F1、F2求对x、y、z的偏导数。横刃斜角ψ是在垂直于钻头轴心线的平面内，横刃在钻尖中心处的切线与X轴所夹的锐角。其值可用下式计算ψ=tan-1[∂y∂x]O=tan-1[∂F1∂z∂F2∂x-∂F1∂x∂F2∂z∂F1∂y∂F2∂z-∂F1∂z∂F2∂y]O---(3)]]>3、结构圆周后角αfc由于测量平面B-B垂直于钻头半径，所以主切削刃上的后角应在坐标系XΩYΩZΩ下度量。对于主切削刃上的任意点“a”，我们可以得到坐标系XΩYΩZΩ和钻头结构坐标系XYZ的转换关系式如下xyz=cosΩa-sinΩa0sinΩacosΩa0001xΩyΩzΩ---(4)]]>将式(4)代入后刀面方程F1，可以得到坐标系XYZ下钻头后刀面的数学模型如下F1(xΩ，yΩ，zΩ)＝0 (5)则主切削刃上任意一点“a”处的后角可以表示为αfa=tan-1[∂zΩ∂yΩ]a=tan-1[-∂F1∂yΩ∂F1∂zΩ]a---(6)]]>但是以上三个参数仅仅能决定主切削刃附近的几何特征，许多钻头的上述三个几何参数都相同，但是钻头整体钻削性能却有较大的差异，这就说明钻头的三个设计参数不能确定整个后刀面的几何特征。因此上述三个钻尖几何参数不足以唯一确定钻尖的几何特性，还需要另选一个几何参数。通过理论分析，全螺旋面钻头钻尖选择后刀面区域的尾隙角αh，ηr(见图4)作为补充参数是合适的。因此，根据四个钻尖几何参数(即钻尖半角ρ、横刃斜角ψ、外缘转点结构圆周后角αfc及后刀面尾隙角αh，ηr)来设计全螺旋面钻头。
后刀面尾隙角的定义如下(见图4)在后刀面上选定点b，则主切削刃上存在与点b半径相同的一点a，b点的尾隙角的正切值等于a、b两点的Z坐标差值与a、b两点弧长之比值。引入后刀面的尾隙角后，就能够准确地描述主切削刃及整个后刀面的几何特征。同时，控制后刀面尾隙角的值就可以防止钻削过程中，钻头后刀面与孔底发生干涉。
假定“a”、“b”距钻头中心为r，则“b”点处的后刀面尾隙角为αh,br=tan-1(360h2πrΩ)=tan-1[360(Za-Zb)2πr(Ωa-Ωb)]---(7)]]>为了防止钻头在钻削过程中后刀面与被加工孔的底部发生干涉，可选用大的后刀面尾隙角；钻尖半角直接关系到主刃偏角的大小，影响到主切削刃的长度，单位刃长的切削负荷，切削层中切削宽度与切削厚度的比例，切削力中轴向力与切向力的比例，主切削刃前角的大小，切削形成与排屑的情况以及外缘转点的散热条件等，因此针对具体加工情况，选用的钻尖几何参数也不用；横刃斜角越小，则切削刃上各点的后角增大，横刃长度越长，处于负前角切削状态，切削抗力越大，钻头的负荷越大，极易导致钻头折断；结构圆周后角影响到钻头结构后角的大小，对钻削性能有一定的影响。
横刃对钻头的切削性能有很大的影响，全螺旋面钻尖的横刃在钻芯尖处的锋角为180°，不利于钻头的入钻，钻头容易在工件表面产生滑移；横刃有很大的负前角，因而在切削过程中与工件会产生强烈的挤压，且横刃的定心性能、切削性能都不好。因此，若将全螺旋面钻尖用于微小钻头，为了解决以上问题，需要对横刃进行修磨，达到减小横刃负前角、改善钻尖入钻时定心作用的目的，从而改善钻头的切削性能。因此根据全螺旋面钻头钻尖特征，我们研究了一种简单易行、适用于微钻头的横刃修磨方法，即根据横刃修磨参数调整好砂轮与钻头位置之后，钻头或者砂轮沿Z*轴方向移动一个距离，使砂轮磨至钻心，在钻尖原后刀面的尾隙部分形成一个平面，即第二后刀面F3和F4，用这种方法修磨横刃后，在钻头原后刀面的尾隙部分形成一个平面，如图6所示。
因此，通过修磨横刃，最终能得到根据四个钻尖几何参数(ρ、ψ、αfc及αh，ηr)设计的全螺旋面钻头。
根据被加工工件材料的不同，选用的钻尖各几何角度也不同。全螺旋面钻头钻尖后刀面尾隙角取8°～20°；钻尖半角取50°～75°；用于普通钻头的横刃斜角一般取40°～65°，而用于微钻头，进行横刃修磨前的横刃斜角一般取65°～85°；结构圆周后角一般取8°～20°。
权利要求
1.一种全螺旋面钻尖钻头，包括钻头本体及其钻尖，其特征是所述的钻尖的后刀面是一螺旋面，此螺旋面的轴线与钻头本体的轴线相交成一角度，此角度为10°～45°。
2.根据权利要求1所述的全螺旋面钻尖钻头，其特征是所述的钻头除满足三个设计参数即钻尖半角、横刃斜角及外缘转点结构圆周后角外，还满足后刀面区域的尾隙角几何参数，该尾隙角的几何参数是这样确定的在后刀面上选定点b，则主切削刃上存在与点b半径相同的一点a，b点的尾隙角的正切值等于a、b两点的Z坐标差值与a、b两点弧长之比值，假定“a”、“b”距钻头中心为r，则“b”点处的后刀面尾隙角为αh,br=tan-1(360h2πrΩ)=tan-1[360(Za-Zb)2πr(Ωa-Ωb)],]]>该钻尖后刀面尾隙角取8°～20°。
3.根据权利要求2所述的全螺旋面钻尖钻头，其特征是所述的钻尖半角取50°～75°；用于普通钻头的横刃斜角取40°～65°，而用于微钻头，进行横刃修磨前的横刃斜角取65°～85°；结构圆周后角取8°～20°。
4.根据权利要求1或2所述的全螺旋面钻尖钻头，其特征是用于微小钻头钻尖时，通过横刃修磨，在所述的钻尖的螺旋面的尾隙部分形成有一个平面，即第二后刀面F3和F4。
全文摘要
本发明公开了一种全螺旋面钻尖钻头，钻尖后刀面是一螺旋面，此螺旋面轴线与钻头本体轴线相交的角度为10°～45°。所述的钻头除满足三个设计参数即钻尖半角、横刃斜角及外缘转点结构圆周后角外，还满足后刀面区域的尾隙角几何参数，在后刀面上选定点b，则主切削刃上存在与点b半径相同的一点a，b点的尾隙角的正切值等于a、b两点的Z坐标差值与a、b两点弧长之比值，假定“a”、“b”距钻头中心为r，则“b”点处的后刀面尾隙角为
文档编号B23B51/00GK101062525SQ20071003475
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月17日 优先权日2007年4月17日
发明者周志雄, 胡思节, 杨军, 林丞 申请人:湖南大学