摇臂钻床多轴头架设计（固定式）-实习报告

注 1目录一 前言 .2二 实习单位概况 .2三实习要求和目的 .3四 实习任务 .4五 实习内容 .41 钻床夹具的主要类型 .42 硬质合金枪钻介绍 .53 如何选择切削油 .64 钻削技术 .145 麻花钻 S 刃钻尖的特点及其应用 .186 弹簧夹头的应用 .25六 实习小结 .29注 2一 前言毕业实习是毕业生的必要工作，有助于学生顺利完成毕业设计，能够学到必要的实践知识，对专业课是一次很好的温故复习，同时又积累了毕业设计的必要素材，锻炼了我们各方面的能力。这次毕业实习中我们在焦峰老师的带领下，见习了焦作制动器股份有限公司 ，在这次实习中学习了很多有益的知识，对毕业设计，对以后的工作都是大有益处的。我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与机械设计有着密切的关系。零件的形状决定着这些产品的外形，钻床的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不二 实习单位概况作制动器股份有限公司是按照现代企业制度建立起来的器股份有限公司，是一家专业从事工业制动器、汽车防抱制动系统（ABS）生产的省高新技术企业。2000 年 11 月，我公司独家引进中国重汽集团技术发展中心独立承担的国家“九五”科技攻关项目的研究成果气动防抱制动系统（ABS） ，并成立了焦作制动器股份有限公司 ABS 产品设计制造中心。该中心公司拥有一支专业从事 ABS 产品研发、设计、制造的高素质队伍，技术力量雄厚。拥有韩国三星 SMT 全自动生产设备、ABS 综合性能试验台、ABS 压力调节试验台、ABS 仿真试验台、ECU 模拟车载加电试验台、ABS 线束检验台、ABS 车载开发试验系统等工艺装备和检测手段，在国内同行业中均处于领先地位。该中心推出的“金箍”牌气动防抱制动系统（ABS）采用国际行业标准注 3生产，已通过 TS16949 质量管理体系认证。2004 年 7 月，公司的“金箍”牌气动防抱制动系统（ABSB）被国家四部委联合颁发证书，确定为国家重点新产品。在 ABS 基础上，又进一步拓展出了汽车驱动防滑系统（ASR） ，并形成 ABS/ASR 系统。 产品有主车用和挂车用两大系列，主要适用于中重型载货车和大中型客车。产品所有组件与德国的 WABCO 产品具有互换性。各项性能指标检测已分别在国家襄樊、长春汽车质量监督中心及天津、海南等国家认可的试验场所获得通过，并通过了国家科工委认可的电磁兼容性检测。2002 年 12 月通过了河南省经贸委组织的新产品（新技术）鉴定。2004 年 8 月通过了郑州宇通客车股份有限公司的装车试验。2005 年 5 月又分别通过了中国重汽集团和中集集团驻马店华峻车辆制造厂的装车试验 。目前，公司已形成年产 2 万套 ABS 的生产能力，和全国 40 多个汽车生产厂家建立了业务联系，已对洛阳福赛特汽车股份公司、无锡神州客车制造有限公司、安徽江淮扬天汽车制造有限公司、山西文水县晋凤挂车有限公司等汽车制造企业形成批量供货。2002 年 12 月，河南省计委批复了我公司的 2 万套 ABS 高技术产业化项目，2005 年 5 月，2 万套项目通过验收。2004 年 10 月，国家发改委又批复了我公司申报的 10 万套 ABS 高技术产业化汽车电子专项，并获得国家项目补助资金 800 万。目前该项目已在我市高新技术开发区动工建设，2006 年 5 月建成。公司以客户满意为宗旨，以周到服务为承诺，以完善的质量管理体系为保证，着力打造行业品牌。三实习要求和目的1、使我们巩固、印证、加深、扩大已学过的基础理论和部分专业知识，并且通过实习，对生产企业设备及各个生产环节建立全面、系统的认识。2、 培养学生理论联系实际、熟悉各类主要设备的型号、工作原理、基本结构和参数，在生产中调配研究，发现问题，并虚心向师傅请教，向注 4工程技术人员学习，培养自已解决实际生产技术问题的能力。3、 增强学生热爱劳动，热爱专业的情趣，以适应社会主义市场经济的要求。4、 初步了解企业生产工艺、技术管理、设备管理、安全管理。5、 了解本专业的科技发展动态，考察新技术、新工艺、新设备在实际6、 生产中的应用情况。7、 收集毕业设计资料。8、 在老师的指导下，完成实习报告四 实习任务1、了解钻床结构。2、了解钻孔工艺过程3、了解钻削注意事项。4、熟悉各种常见夹具的结构形式，工作原理，及实现一定功能对结构的要求5、常见设备的工作原理，结构，主要是钻床设备，加工设备。五 实习内容1 钻床夹具的主要类型钻床夹具简称钻模，主要用于加工孔及螺纹。它主要由钻套、钻模板、定位及夹紧装置夹具体组成。其主要类型有以下几种。（1 ）固定式钻模 在使用中，这类钻模在机床上的位置固定不动，而且加工精度较高，主要用于立式钻床上加工直径较大的单孔或摇臂钻床加工平行孔系。（2 ）回转式钻模 这类钻模上有分度装置，因此可以在工件上加工出若干注 5个绕轴线分布的轴向或径向孔系。（3）翻转式钻模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔，孔径小于f8f10mm。它可以减少安装次数，提高被加工孔的位置精度。其结构较简单，加工钻模一般手工进行翻转，所以夹具及工件应小于 10 kg 为宜。（4）盖板式钻模 这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件上的小孔加工。夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜超过 10 kg。（5）滑柱式钻模 滑柱式钻模是带有升降钻模板的通用可调夹具。这种钻模有结构简单、操作方便、动作迅速、制造周期短的优点，生产中应用较广。2 硬质合金枪钻介绍“硬质合金枪钻”也叫深孔钻，代表着先进、高效的孔加工技术。它不但可用来加工深孔（径长比 1：250） ，而且也可用来加工浅孔（径长比1：1） 。它由钻柄、钻杆、钻头 三部分焊接在一起，中间有一通孔，适用于钻削铸铁、碳钢、铜、铝合金、合金钢等。枪钻将钻孔、镗孔、铰孔一次完成，一次走刀便可加工出高精度（IT6-8 级） 、精直线度（ 0.16-0.33mm/1000mm） 、低粗糙度（Ra3.2-Ra0.1）孔。其钻削速度达到 30-100 米/ 分以上。目前国内外在造船、汽车、发动机、机车、化工机械、油嘴油泵、矿山机械及液压件等行业得到广泛应用。1、在使用时，必须先选择尺寸适合的导套，导套与枪钻头部的间隙保持在 0.003mm-0.008mm 之内，使用枪钻的机床主轴必须有较高的轴向和径向刚性，导套和主轴要有较高的同轴度。在钻孔过程中，被加工材料（特别是铸件）钻孔位置应没有断裂、气孔及其他杂质，否则会造成崩刃，甚至掉头。使用时应正确选取切削用量。一般情况下，切削速度：V=1.1-注 61.65 米/秒，进给量：s=0.015-0.03 毫米/转，油压：P=2.5-6.0Mpa，流量：Q=0.2-0.65 升/秒。2、枪钻使用的切削液比较讲究,它直接影响到被加工孔的精度。一定要选择专用的枪钻油。一般枪钻用切削液应有极压添加剂, 以保证在高压下形成油膜,防止产生干磨。切削液的粘度与钻孔直径有关 ,直径越小,粘度越低。送往枪钻切削区的切削油和一般机械加工相比具有压力大、流量大、过滤精度高的特点。流量应随孔深的增大而增大,以保证切削油有更大的流速,达到通畅排屑的目的。枪钻磨损后，需及时正确的刃磨，刃磨时必须在万能刃具磨床或专用刃磨机床上将枪钻装在专用夹具上进行刃磨，可选用粒度 120 左右的树脂金刚石砂轮进行刃磨，每次刃磨只修磨内外角的后刃面。必须保证正确的几何角度和刃尖位置。 3 如何选择切削油近几年来为了适应机械加工技术的不断进步，对切削油也提出了更高的要求。此外，为了达到环境保护的目的，切削油还需要尽可能地对环境不产生污染。 从机械加工经济效益出发，当然要求在使用切削油之后可以提高加工效率和降低生产成本。实际上，现在已经有许多切削油在提高经济效益方面发挥了作用。但这里非常重要的是只有选用适宜的切削油才能发挥上述作用，如果选用不当，则可能适得其反。图 1 所示是 1993 年按机械加工的机床和被加工材料分类调查干式，使用非水溶性切削油和水溶性切削油的比率。从机床分类来看，要求润滑性能良好和延长刀具使用寿命的深孔钻床、齿轮机床和拉床使用非水溶性切削油的比率较高。其他各种机床中有的用干式切削较多，有的则用水溶性切削油较多。其中车床和加工中心使用水溶性切削油较多，这是因为这注 7类机床大多数已采用无人操作自动化加工，为了防止发生火灾而使用水溶性切削油。 图 1 不同材料在不同机床中使用各类切削油的比率从被切削材料种类来看，加工铸铁时采用干式切削的比率较高。不过在车床、磨床及加工中心上加工铸铁时，仍然是使用水溶性切削油的比率较高。这主要也是为了防止发生火灾。加工铝合金时使用水溶性切削油的比率较高，主要是使切削油兼有处理切屑的作用。与加工铸铁和铝合金相反，加工钢材时使用非水溶性切削油的比率较高。这主要是因为重视加工精度和延长刀具寿命的一次性能。图 2 所示是水溶性切削油(原液)和非溶性切削油的生产量，以及水溶性化比率的变化状况。注 8图 2 水溶性切削油 (原液)、非水溶性切削油的生产量 及水溶性化比率的变化切削油的种类和性能图 3 切削油分类切削油的分类如图 3 所示。主要分为不用水稀释的非水溶性切削油和用水稀释后使用的水溶性切削油两类。从作用来看，两类切削油在性能方面有较大差异。主要反映在以下几方面：延长刀具寿命的性能。对表面粗糙度和尺寸精度的性能。降低切削动力的性能。注 9排出切屑和对工件及机床的防锈性能。其他的二次性能图 4 所示是关于切削油中含水分量对切削阻抗影响的调查结果。由图中可见，当切削油中含水分的量增加时，切削阻抗也随之增大。这就是不含水分的非水溶性切削油润滑性很好的原因。 图 4 切削油中水分与切削阻抗的关系再从二次性能来看，非水溶性切削油对防止机床和工件生秀的性能很好，且不易劣化，使用时的管理也较方便。而水溶性切削油去除切屑的性能很好，防止发生火灾的性能很好，作业环境清洁。钻孔钻孔加工的特点是难于排出加工时所产生的热量，且需按排出切屑的相反方向供给切削油。为此用于钻孔加工的切削油应具有很好的冷却和渗透性能。另外，钻孔时对钻头的使用寿命和加工效率比孔精度和表面粗糙度更为重视。注 10图 6 所示是关于润滑添加剂对钻头使用寿命影响的调查结果。由图中可见，在钻孔速度较低的范围内，硫磺系和氯系极压添加剂可以发挥延长钻头使用寿命的作用。在钻孔速度较高的范围内，如果冷却性能不充分，那么极压添加剂反而会促进钻头的磨损。另外，极压添加剂对降低切削阻抗和改善表面粗糙度也都非常有效。这种极压添加剂具有与水溶性切削油相同的作用。图 6 切削油与钻头寿命深孔加工深孔加工要求切削油发挥以下各种作用：能帮助排出切屑。使切刃和导向块具有良好的润滑性。有利于散发切削热。注 11为此切削油应具有粘度低、流动性和润滑性都很好的特性。图 7 所示是关于活性型硫磺成分对加工表面粗糙度影响的调查结果。由图中可见，增加活性型硫磺成分可以改善加工表面的粗糙度。 图 7 切削油中活性硫磺量与表面粗糙度的关系综上所述，用于深孔加工的切削油应选用粘度低的活性型硫化氯化油，例如 2 种中的 3 号、13 号和 14 号切削油。因使用水溶性切削油时钻头磨损很厉害，所以在对钢材进行深孔加工时，不使用这种切削油。对被切削性能很好的铝合金及铸铁进行深孔加工时，则使用乳化型切削油，例如W1 种中的 1 3 号切削油。 铰孔加工铰孔是一种旨在提高钻孔精度和表面粗糙度的加工。铰孔时是由切入刃连续进行切削加工，由边缘进行轧光。至于铰刀的切削作用和轧光作用，将受刀具与工件的夹持方式、驱动方法、切刃形状、切削条件、预孔状态等的影响，切削油也将产生较大的影响。注 12铰孔加工时切削油的要求是能使加工面粗糙度良好，孔精度高和铰刀使用寿命长。为了达到此要求，切削油应具有能防止刀瘤使孔径扩大，轧光效果良好和防止挡块被磨损这三个特点。 为此铰孔加工的切削油应具有适当的抗熔粘性和在轧光时能充分发挥润滑作用。其次是渗透性、易去除切屑和进行清洗的性能也都很好。图 8 所示是关于切削油对铰孔表面粗糙度影响的调查结果。由图中可见，用水溶性切削油时的加工表面粗糙度较好。图 9 所示是关于切削油对铰刀外周角部磨损影响的调查结果，从中可见，用非水溶性切削油的磨损较少。从加工表面粗糙度出发，使用有极压添加剂的矿物油和混合油的效果较好。 注 13图 8 使用不同切削油的铰孔表面粗糙度 图 9 切削油与铰刀外周角部磨损的关系 一般说来，非水溶性切削油中的低粘度活性型硫化氯化油较为适用，例如 2 种中的 3 号和 13 号切削油。至于水溶性切削油，大多数使用适合于重切削的乳化型切削油，例如 W1 种的 2 号切削油。攻螺纹在攻螺纹时，由于切刃要受配合量的很大约束，所以降低切削阻抗，防止刃瘤的产生和顺利排出切屑等都非常重要。极压和油性等润滑添加剂注 14不仅可以防止产生刀瘤和熔粘，还可以提高螺纹的精度，具有良好的加工表面粗糙度，以及减少刀具的被磨损，例如含油丰富的 2 种 3 号、13 号、14 号切削油。在使用水溶性切削油时，含有极压添加剂的高浓度乳化型切削油较合适。4 钻削技术用各种钻头进行钻孔扩孔或锪孔的切削加工。钻孔是用麻花钻扁钻或中心孔钻等在实体材料上钻削通孔或盲孔。扩孔是用扩孔钻扩大工件上预制孔的孔径。钻削方式主要有两种工件不动 钻头作旋转运动和轴向进给 这种方式一般在钻床镗床加工中心或组合机床上应用工件旋转 钻头仅作轴向进给这种方式一般在车床或深孔钻床上应用。麻花钻的钻孔孔径范围为0.05100 毫米采用扁钻可达 125 毫米。对于孔径大于 100 毫米的孔 一般先加工出孔径较小的预制孔( 或预留铸造孔) 而后再将孔径镗削到规定尺寸。钻削时钻削速度 v 是钻头外径的圆周速度 (米/分)进给量 f 是钻头(或工件)每转钻入孔中的轴向移动距离( 毫米/ 转) 。麻花钻的钻削要素：由于麻花钻有两个刀齿故每齿进给量 aff/2(毫米/齿)。切削深度有 ap 两种钻孔时按钻头直径的一半计算 扩孔时按(d-d0)/2 计算 其中 d0 为预制孔直径。每个刀齿切下的切屑厚度 a0arsinr 单位为毫米。式中 r为钻头顶角的一半。使用高速钢麻花钻钻削钢铁材料时钻削速度常取 1640 米/分用硬质合金钻头钻孔时速度可提高 1 倍。注 15钻削过程中麻花钻头有两条主切削刃和一条横刃 俗称“一尖 (钻心尖)三刃”参与切削工作它是在横刃严重受挤和排屑不利的半封闭状态下工作 所以加工的条件比车削或其它切削方法更为复杂和困难加工精度较低 表面较粗糙。钻削钢铁材料的精度一般为 IT1310 表面粗糙度为 R 201.25 微米扩孔精度可达 IT109表面粗糙度为 R 100.63 微米。钻削加工的质量和效率很大程度上决定于钻头切削刃的形状。在生产中往往用修磨的方法改变麻花钻头切削刃的形状和角度以减少切削阻力提高钻削性能 中国的群钻就是采用这种方法创制出来的当钻孔的深度 l 与直径 d 之比大于 6 时 一般视为深孔钻削。钻削深孔的钻头细长刚度差钻削时钻头容易偏斜并与孔壁发生摩擦 同时对钻头的冷却和排屑也较困难。因此当 l/d 大于 20 时需要采用专门设计的深孔钻并输入一定流量和压力的切削液加以冷却和把切屑冲刷出来 才能达到较高的钻削质量和效率。用标准麻花钻头钻削 30斜孔时，由于钻头与工件之间的夹角较小，为保证加工长度，需要加长钻杆和钻头，从而使钻头刚性降低。此外，钻削斜孔时钻头在相当长一段时间处于断续切削状态且径向抗力很大，为避免崩刃，保证加工正常进行，就必须减小切削用量，这就直接影响了加工效率和生产进度。钻削直孔时，采用钻扩工艺即可稳定达到 Ra6.3m 的表面粗糙度要求。但钻削 30斜孔时，由于受断续切削和径向抗力的影响，钻头在钻削过程中始终存在振动，虽然采用钻套导向可部分减小径向抗力，但振动仍会加速钻头磨损，导致钻头外刃崩刃，严重影响钻削加工注 16的正常进行和钻孔质量。为解决上述问题，我们对斜孔钻削工艺和用于加工的标准麻花钻结构进行了改进。钻削工艺的改进将斜孔钻削工艺由直接钻孔改为钻后扩孔，即在 24mm钻套内再增加一个 21mm钻套，先采用 21mm钻头钻孔，然后再用 24mm钻头扩为保证定板孔距的尺寸精度和提高钻头钻削开始阶段的稳定性，设计了专用斜孔钻模。为消除钻头侧尖在刚钻透工件的瞬间所产生的径向抗力，钻削时在工件下面设置一层 A3 材料的工艺板。3 钻头结构的改进(a)注 17(b) (c)图 1 钻尖几何角度的刃磨钻型的选择：为提高钻头的刚性和钻孔精度，选用钻芯加厚、抛物线型切削刃槽的长刃麻花钻头，并对钻头钻尖进行机磨，以保证两锋刃角度对称，切削刃受力均匀。钻头角度的刃磨：钻孔用 21mm钻头的钻尖形式如图 1a 所示。在钻削斜孔的开始阶段钻头处于断续切削状态，切削面积由小到大直至进入连续切削状态，该阶段加工长度为 48mm。在断续切削阶段，钻头在径向抗力作用下，其棱边与钻套内壁的摩擦力较大，为减小摩擦力，将 21mm钻头钻尖的几何角度刃磨为群钻型。由于钻头锋角(主偏角 )的改变将使径向切削力 Py 与轴向切削力(走刀力)Px 的大小比例发生变化，即径向切削力Py 将随锋角的增大而减小，因此刃磨钻头时需增大两锋角。同时，将钻尖横刃磨窄以减小轴向切削力；将圆弧刃磨低，弧底靠近钻头侧刃，使外直刃宽度变窄，降低 A、B 间的轴向高度(见图 1b)，从而加高环形筋，增强钻头侧尖的定心作用，以达到提高切削稳定性的目的。这样，当钻削长度超过 A、B 后，钻尖附近的径向切削力与外直刃的径向分力方向相反且小于外直刃径向分力(见图 1c)。改进后的加工效果在钻头几何角度确定后，通过切削试验选取合理的切削用量(转速n=160r/min，进给量 f=0.080.10mm/r)。定板上的斜孔钻削完毕后，需用注 18砂轮进行手工修磨(修磨后的孔径为 2424.5mm)，然后用砂布打光，使各孔的表面粗糙度基本达到 Ra6.3m。加工后，发现有个别孔的钻口处孔壁母线不直，经分析，这是因为机床导轨、机床主轴角度与钻模板相互之间找正不准引起钻头进给方向与钻模板上的钻套内孔轴线不一致所致。为解决这一问题，在每台加工机床上配备了一个找正芯轴(见图 2)，每钻完一个孔后，移动床头位置，将安装在机床主轴孔内的找正芯轴插入钻模板的钻套内，通过调整机床主轴位置，使芯轴可在钻套内自由转动，然后取出芯轴、装上钻头即可进行钻削加工。1.平台 2.压板 3.百分表 4.找正芯轴 5.钻模板 6.挡板图 2 工件找正示意图 经生产验证，用改进后的钻削工艺及麻花钻加工定板零件的 30斜孔时，加工效果良好，钻孔质量和加工效率显著提高，每班可钻孔 3035 个5 麻花钻 S 刃钻尖的特点及其应用麻花钻是最常用的孔加工刀具，此类钻头的直线型主切削刃较长，两主切削刃由横刃连接，容屑槽为螺旋形(便于排屑) ，螺旋槽的一部分构成前刀面，前刀面及顶角(2)决定了前角 的大小，因此钻尖前角不仅与螺旋角密切相关，而且受到刃倾角的影响。麻花钻的结构及几何参数见图1。 注 19D:直径 :横刃斜角 :后角 :螺旋角 :顶角 d:钻芯直径 L:工作部分长度 图 1 麻花钻结构及切削部分示意图横刃斜角 是在端面投影中横刃与主切削刃之间的夹角， 的大小及横刃的长短取决于靠钻芯处的后角和顶角的大小。当顶角一定时，后角越大，则 越小，横刃越长( 一般将 y 控制在 5055范围内) 。 2 麻花钻受力分析 麻花钻钻削时的受力情况较复杂，主要有工件材料的变形抗力、麻花钻与孔壁和切屑间的摩擦力等。钻头每个切削刃上都将受到 Fx、Fy、Fz 三个分力的作用。如图 2 所示，在理想情况下，切削刃受力基本上互相平衡。其余的力为轴向力和圆周力，圆周力构成扭矩，加工时消耗主要功率。麻花钻在切削力作用下产生横向弯曲、纵向弯曲及扭转变形，其中扭转变形最为显著。扭矩主要由主切削刃上的切削力产生。经有限元分析计算可知，普通钻尖切削刃上的扭矩约占总扭矩的 80%，横刃产生的扭矩约占 10%。轴向力主要由横刃产生，普通钻尖横刃上产生的轴向力约占 50% 60%，主切削刃上的轴向力约占 40%。 注 20图 2 麻花钻切削时的受力分析以直径 D=20mm 麻花钻为例，在其它参数不变情况下改变钻芯厚度，从其刚度变化曲线(见图 3)可以看出，随着钻芯直径 d 增加，刚度 Do 增大，变形量减小。由此可见，钻芯厚度增加明显增加了麻花钻工作时的轴向力，直接影响刀具切削性能，且刀具刚度的大小对加工几何精度也有影响。 图 3 钻芯直径 d-刚度 Do 关系曲线由于普通麻花钻的横刃为大负前角切削，钻削时会发生严重挤压，不仅要产生较大轴向抗力，而且要产生较大扭矩。对于一些厚钻芯钻头，如抛物线钻头(G 钻头)和部分硬质合金 钻头( 其特点之一是将钻芯厚度由普通麻花钻直径的 11%15%加大到 25%60%) 等，其刚性较好，钻孔直线度好，孔径精确，进给量可加大 20%。但钻芯厚度的增大必然导致横刃更长，相注 21应增大了轴向力和扭矩，这样不仅增加了设备负荷，而且会对加工几何精度产生较大影响。此外，由于横刃与工件的接触为直线接触，当钻尖进入切削状态时，被加工孔的位置精度和几何精度难以控制。因此，在加工过程中为防止引偏，往往需要用中心钻预钻中心孔。为解决上述问题，一般采用在横刃两端开切削槽的方法来减小横刃长度，减轻挤压，从而减小轴向力和扭矩。但在实际加工中，钻尖的负前角切削和直线接触方式定心性能差的问题并未从根本上得到解决。为此，人们一直在对钻尖形状进行不断研究和改进，S 刃钻尖就是解决这一问题的较好方法之一钻尖的分类及特点S 刃钻尖也称为温斯陆钻尖，从端面投影看，其横刃为 S 形。从正面投影可看到钻尖中部略鼓，呈抛物线冠状。由于 S 刃钻尖为曲线刃，钻尖进入切削的瞬时与工件为点接触，因而自定心性及稳定性均优于普通麻花钻，轴向力降低，切削性能改善，钻头寿命延长，被加工孔质量显著提高，孔的位置精度和几何精度令人满意，钻削进给量和进给速度进一步提高。根据抛物线冠状和横刃形状，S 刃钻尖基本上可分为三种类型，即高冠 S刃、低冠 S 刃和低冠小 S 刃( 见图 4)。 图 4S 刃钻尖的三种类型高冠 S 刃钻尖 注 22高冠 S 刃钻尖以美国吉丁斯路易斯钻头磨床修磨的温斯陆(Winslow)钻尖为代表。该机床附设了一套特殊的凸轮机构，修磨出的 S 刃钻尖切削部分(L0)较长， S 刃冠状曲率较大。特点：由于 S 部分较高 (L0 较长)，基本消除了负前角，甚至可实现正前角切削，所以不必另加横刃切削槽。修磨效率高，适于修磨厚钻芯刀具。但钻尖尖端部分相对薄弱，强度较差，不适合高速加工高硬度工件。钻尖材质需采用具有较好韧性的材料(如高速钢类) 。低冠 S 刃钻尖低冠 S 刃钻尖以德国五轴磨床 (由瑞士 Numroto 配备编程软件)修磨的钻尖为代表。钻尖切削部分(L0)较短，S 刃冠状曲率较小。从端面投影方向可看出横刃为大 S 形，中间局部可为一小段直线，横刃部分有两个小槽，可减小钻尖部分的负前角。特点：因切削部分(L0)相对较短，钻尖尖端及主切削刃强度较好；由于钻尖 S 刃冠状曲率小，因此自定心性及稳定性均优于高冠 S 刃钻尖。开横刃前角后，钻削性能明显改善，既保留了高冠 S 刃钻尖的优点，又提高了钻尖尖端的强度。适用于加工较硬材料的工件(如钢件、铸铁件等) 。钻头材质可采用高速工具钢、硬质合金或其它高硬度材料。此类钻头的修磨较复杂，要求较高。低冠小 S 刃钻尖此类钻尖形状与高冠 S 刃钻尖较类似，其横刃也为小 S 形，钻尖顶角(2)较上述两类钻尖更大，主切削刃短(L0 相对较短) ，冠状曲率较小。特点：因主切削刃较短，因此加工中的扭矩较小；由于主切削刃强度高、冠状曲率小，因此自定心性和稳定性均比高冠 S 刃钻尖好。另外，小 S 刃钻尖无负前角产生，因此不需在横刃处加槽，既控制了轴向力，又减小了扭矩，可极大地改善切削性能。适于修磨高硬度材料(如硬质合金类) 小螺旋角钻头。注 23S 刃钻尖的修磨 、S 刃钻尖形状复杂，修磨难度大，很难用手工或普通钻头磨床修磨出理想的刃形，一般需要使用具有特殊凸轮机构的钻头磨床或数控磨床才能实现精确修磨。图 5 所示为 S 刃钻尖的简单修磨原理。将被修磨钻头水平装夹于 A 轴，修磨时锥形砂轮与刀具切削刃接触后，B 轴在 XZ 平面内转动， A 轴联动(按后刀面螺旋升程要求旋转 )；同时，砂轮相对于刀具在 Y 轴方向下降，形成螺旋后刀面和 S 形横刃。 图 5 S 刃钻尖的简单修磨原理钻尖的冠状高由圆锥砂轮(锥度为 3060)修磨出的圆弧大小以及螺旋面的升程率决定，升程率增大时冠状高减小，圆弧越大冠状凸起越高(见图 5)。此外，冠状高及 S 曲线的半径与钻芯厚度直接相关。修磨低冠 S 刃钻尖时，为改善切削性能，可用 75角砂轮在钻尖处开出两个小槽，并使其角度与 S 两半圆间的连线基本平行，这样既可保持主切削刃的强度，又可减小 S 刃中部产生的负前角，使冠状抛物线中部刀刃的前角等于零或小于零。与普通麻花钻一样，S 刃钻尖的顶角也非常重要，钻尖顶角修磨范围一般在 90135之间。由图 1 可知，顶角(2)越小，主切削刃越长，切削负荷越大。由于 S 刃钻尖的自定心性较好，因此不必采用减小顶角的方注 24法来改善被加工孔的几何精度(该方法在加工实践中效果并不明显) ，以避免增大切削负荷。相反，为改善刀具切削性能，提高刀具强度和切削速度，一般将 S 刃钻尖的顶角设计为 118以上( 甚至可达 140)。此外，外缘后角决定了钻尖外缘部切入工件时楔角的大小。刀具楔角的大小应根据被加工工件材料的硬度决定，当工件材料较软时，需选用较大的后角。S 刃钻尖的应用实例我们将 S 刃钻尖修磨技术应用于发动机连杆小头孔的加工中，取得了良好效果。 工艺设计：20 序：钻孔 17+0.07mm，机床转数：200r/min，切削速度10.68mm/min，走刀量 0.45mm/r。40 序：铰孔 17.5+0.05mm用 17mm 普通麻花钻钻孔时，由于钻头自定心性能及钻削稳定性差，钻出的孔径经常达到或超过 17.5mm，致使产品报废，操作者只好手工修磨钻尖，但修磨质量很不稳定。我们将钻头修磨成顶角 118、轴向后角 7、圆周后角 6的低冠大 S刃钻尖，S 刃半径为 1.5mm，两半圆连线长度为 0.5mm，并在横刃处用80圆锥砂轮开出两槽，使冠状前角大于或等于零，这样既可保证刀具主切削刃所需强度，又避免了负前角切削产生的挤压现象，减小了钻削轴向力，改善了切削性能。加工实践证明，使用该钻头不仅有效控制了孔的几何精度，而且生产效率显著提高，废品率大大下降。17mm 普通钻尖麻花钻与 S 刃钻尖麻花钻的加工效果对比见下表。 表 普通钻尖与 S 刃钻尖的加工效果对比钻尖类型 普通钻尖 S 刃钻尖麻花钻直径 17mm(标准) 17mm(标准)壁粗糙度 不合格 合格(12.5m)注 25切削速度 10.68mm/min，不能提高 11mm/min，可提高机床转速 200r/min 200r/min孔径精度 17.5mm 17 +0.07mm6 弹簧夹头的应用在现代复杂的制造环境中，想在最佳状态下保持连续切削加工，大多数工厂都必须经过机床制造商的严格培训，认真学习新设备的加工运动原理、结构特征和使用技巧，方能进行操作使用。尤其对于顶端的技术系统，更是如此。例如，先进的机床控制系统，复杂形状零件的 5 轴加工程序的汇编等。庆幸的是，有一种与此相反的处理方案，这就是截止目前已经开发出的一些功能强大、精度高，但又容易操作(勿须专门培训 )和使用寿命长的工艺装备。用以快速定位、夹紧工件(或刀具) 的相对卡盘定位精度高的弹簧夹头(或称弹簧套)就属于这一范畴。它具有 100 多年的悠久历史和很广阔的应用范围。 弹簧夹头必须保持与工件(或刀具)的定位基准相同如主轴。弹簧夹头和工(或 刀具)之间的相对运动将导致不正确的零件加工。弹簧夹头与工件( 或刀的相 对转动或相对轴向移动都会使加工工件尺寸的一致性和几何精度受到影响。注 26第一个弹簧夹头的使用并不是很理想的。但当时确实证明了一个事实，一个好的工件夹头的使用，能提高生产效率和加工零件精度。后来，在车床开发制造领域享有盛名的 Hardinge 公司，在 1901 年骄傲地在他们开发的车床上使用了(于 1890 年) 由本公司研制成功，用以提供工件定位与夹紧的弹簧夹头，并将他们的产品图纸和开发的系列产品向外公布。当时主要是为适应钟表和透镜制造业大批量生产的市场需要而开发的。能如此好地为早期(1920 年前 )的普通车床与凸轮式多轴自动车床提供得心应手的弹簧夹头产品，的确令人难以置信。这就如同在现在的先进的 CNC 车床上配置一套现代化技术的控制系统。让我们回顾以往，随着加工与设备技术的不断进步，在要求各个系统都能极高地提高生产效率的设计改革潮流中，对作为机床的最基本但又很重要的工艺装备弹簧夹头，却从没有给以设计的空间和时间。这似乎是件非常奇怪的事情。在机床结构也在以飞快速度变换着的形势下，能继续保持原弹簧夹头基本结构保持不变的这一奇迹，主要归功于它特具有的灵巧、精致的结构和功能强大、使用方便以及经济性好等特点。弹簧夹头虽小，但在机床工业中确实起到了很重要的作用，这是都是由于它具有以下很强的功能：1.能精确地定位与夹紧工件( 或刀具) ，具有抵抗扭矩和承受来自多方向切削力的功能。2.具有增大驱动力( 拉力)和转换驱动力为工件(或刀具)夹紧力的功能。3.具有快速松开工件( 或刀具) 的功能。 4. 具有在不降低加工精度和使工件不受损害前提下的高重复精度。 5. 具有能在较宽的主轴转速范围内工作与只有极小的夹紧力损失的能力。6. 在高速切削中的转动惯量最小。注 27夹紧力总的来说，弹簧夹头的设计和使用是一个涉及面很宽的领域，它是需要相对应于多种机床系列，以及包括了为体现它与机床各自不同风格和特征 而设计的产品，所以总数已有成千上万。但是现在还有一个普遍的错误观念，认为弹簧夹头只用以夹紧圆柱形工件毛坯。这是不符合事实的，实际上它几乎能对任何形状的工件(或刀具) ，包括正方形或六边形工件进行定位夹紧。下面主要介绍影响各种弹簧夹头正确装夹定位和夹紧力的有关因素和工作原理。 影响夹紧力的因素 夹紧力是机床经弹簧夹头施加在工件上的力。本文中插图是一个在车床上使用的用以定位、夹紧工件的弹簧夹头 , 同样也可以被用来对刀具、磨削的工件实行 定位、夹紧或许多别的场合。拉杆( 图中未示出)的外螺纹与弹簧夹头的后端内螺纹连接拉紧，产生轴向拉力。然后由机床主轴前端的被称为锁紧角的锥面，将轴向拉力转换成一垂直于弹簧夹头中心的夹紧力。不仅如此，夹紧力还可以通过锁紧角将其扩大，经过计算得知，根据不同的锁紧角，弹簧夹头夹紧力可扩大 3-4 倍。弹簧夹头是一个结构简单的工艺装置，却有许多影响夹紧力的主要因素 。对于基本原理的了解可以帮助工件(或刀具) 正确装夹和迅速查找故障。以下介绍几个影响夹紧力的主要因素和总结的使用经验：1.轴向作用力。如图所示为拉杆施于弹簧夹头的轴向拉力 。在弹簧夹头的使用中，轴向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明显，大的轴向拉力将产生大的夹紧力，反之亦然。一般拉杆的轴向拉力可由操作员进行调整。2.在弹簧夹头使用中，设计的锁紧角(或头部倾角) 大小将决定着夹紧力注 28经扩大后能达到的指标， 通常由机床制造商和弹簧夹头制造商决定。当弹簧夹头新的设计还正在探求之中， 从经