基于GrindSmart 620XS工具磨床的群钻数学模型研究

论文摘要

群钻是针对普通麻花钻所存在的问题,进行合理修磨而创制的新钻型,其切削性能非常优异。然而,群钻的刃面复杂,刃磨表面多,一直以来主要靠手工或开发出专用机床进行刃磨。手工刃磨劳动强度大,技术要求高,精度难以保证;而专用机床造价高,一般企业难以承受。因此,尝试在普通磨床上实现群钻的机械化和自动化刃磨对于群钻技术在生产中的应用和推广意义十分重大。解决群钻机械化和自动化刃磨问题的关键在于根据群钻刃磨机床正确建立群钻的数学模型,并找到群钻设计参数与刃磨参数之间的关系。本文选择在生产中应用非常广泛的GrindSmart 620XS数控工具磨床作为群钻刃磨机床,以坐标变换原理为根本依据,通过对基本型群钻结构和设计参数的分析,结合磨床各轴的运动特点,建立了基于该磨床的螺旋面外刃后刀面群钻数学模型,推导了刃磨参数与设计参数的关系方程组,并以直径8mm的群钻为例,求出了具体的刃磨参数值。为了验证数学模型的正确性,文中以SolidWorks CAD软件为工具,建立了群钻的三维实体模型,并在实体模型上对群钻结构和设计参数进行了测量。测量结果表明几乎所有参数测量值与理论值之间的误差都控制在较小的范围内。因此,本文提出的群钻数学模型完全正确。最后,利用与磨床配套的VirtualGrind软件对圆锥面后刀面群钻进行了仿真,其结果证明了在该磨床上刃磨群钻的确可行。本文的研究为群钻刃磨数控程序的编制,群钻刃磨仿真软件的后续开发,以及最终在此磨床上实现群钻的机械化和自动化刃磨提供了理论基础。同时,对于其他群钻刃磨方法的研究也有一定的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 钻削技术简介
• 1.2.1 钻削加工的重要性及其特点
• 1.2.2 钻削加工中存在的问题
• 1.2.3 钻削技术的研究现状与发展趋势
• 1.3 群钻技术的历史和发展
• 1.3.1 群钻数学模型的研究
• 1.3.2 群钻刃磨技术的发展
• 1.3.3 群钻刃磨新技术
• 1.4 本文的研究目的和内容
• 1.4.1 本文研究的目的
• 1.4.2 本文研究的内容
• 1.5 本文所采用的研究方法
• 1.6 小结
• 第2章 基本型群钻的特征和切削性能
• 2.1 基本型群钻钻尖的形状特征
• 2.2 基本型群钻的主要结构和设计参数
• 2.3 基本型群钻的切削特点及其优点
• 2.4 小结
• 第3章 螺旋面钻尖的数学模型及刃磨参数的求解
• 3.1 螺旋面钻尖的特点和切削性能
• 3.2 螺旋面钻尖的刃磨原理
• 3.3 后刀面数学模型及钻头结构圆周后角与刃磨参数的关系
• 3.3.1 钻尖外部螺旋面后刀面数学模型
• 3.3.2 钻心部分圆螺旋面后刀面数学模型
• 3.3.3 外刃结构圆周后角αfc 与刃磨参数的关系
• 3.4 主切削刃数学模型及使用顶角与刃磨参数的关系
• 3.4.1 前刀面的数学模型
• 3.4.2 主切削刃的数学模型
• 3.4.3 使用锋角与刃磨参数的关系
• 3.5 横刃的数学模型及横刃斜角和前角与刃磨参数的关系
• 3.5.1 横刃的数学模型
• 3.5.2 横刃斜角与刃磨参数的关系
• 3.5.3 横刃前角与刃磨参数的关系
• 3.6 螺旋面钻尖刃磨参数的求解
• 3.7 小结
• 第4章 群钻的数学模型及刃磨参数的求解
• 4.1 群钻数学模型的坐标系及建模方法
• 4.2 GrindSmart 620XS 工具磨床
• 4.2.1 磨床的主要技术参数
• 4.2.2 磨床的结构坐标系
• 4.3 群钻各基本型面的数学模型
• 4.3.1 内刃后刀面的数学模型
• 4.3.2 圆弧刃后刀面的数学模型
• 4.3.3 螺旋面外刃后刀面的数学模型
• 4.3.4 内刃前刀面的数学模型
• 4.3.5 钻沟前刀面的数学模型
• 4.3.6 辅助圆柱面的数学模型
• 4.3.7 分屑槽的数学模型
• 4.4 群钻切削刃的数学模型
• 4.4.1 群钻外刃的数学方程
• 4.4.2 群钻圆弧刃的数学方程
• 4.4.3 群钻内刃的数学方程
• 4.4.4 群钻横刃的数学方程
• 4.5 群钻刃磨参数的求解
• 4.5.1 圆弧刃和内刃后刀面刃磨时刃磨参数的求解
• 4.5.2 修磨横刃时刃磨参数的求解
• 4.5.3 刃磨分屑槽时刃磨参数的求解
• 4.5.4 刃磨外刃时刃磨参数的求解
• 4.6 小结
• 第5章 群钻刃磨参数的求解实例
• 5.1 求解工具及求解方法介绍
• 5.1.1 Matlab 简介
• 5.1.2 fsolve 函数介绍
• 5.2 群钻刃磨参数的求解
• 5.2.1 群钻结构和设计参数的取值
• 5.2.2 外刃刃磨参数的求解
• 5.2.3 圆弧刃和内刃后刀面刃磨参数的求解
• 5.2.4 修磨横刃刃磨参数的求解
• 5.3 小结
• 第6章 群钻三维 CAD 建模和仿真
• 6.1 SolidWorks 软件的介绍
• 6.2 群钻的三维建模
• 6.3 群钻数学模型正确性的评定
• 6.3.1 评定参数
• 6.3.2 评定参数的测量
• 6.3.3 数学模型正确性的判定和评定参数的误差分析
• 6.3.4 关于螺旋面后刀面群钻圆弧刃后角取值的探讨
• 6.4 群钻分屑槽数学模型正确性的补充证明
• 6.4.1 结构和设计参数的确定及刃磨参数的求解
• 6.4.2 三维建模
• 6.4.3 分屑槽相关参数的测量及其数学模型正确性的判定
• 6.4.4 其他参数的进一步分析
• 6.5 群钻的 CAD 仿真
• 6.6 小结
• 结论及展望
• 1. 本文结论和创新点
• 2. 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录