螺旋面钻尖计算机辅助设计及其刃磨技术的研究

论文摘要

据统计,在美国的汽车制造业,机械加工中钻孔工序的比重约占50%；而在飞机制造业,钻孔工序所占的比重则更高。但是广泛使用的锥面麻花钻的切削性能并不理想,人们一直致力于对其结构和刃磨方法进行改进；先后提出了200多种互不相同的钻头形状,以改善其切削性能。螺旋面后刀面钻尖的研究和使用,在很大程度上提高了钻头性能和改善了钻削质量。螺旋面钻尖在靠近钻心处具有比普通钻尖更大的后角,横刃为”S”形,所以具有较好的定心性,钻孔时切入稳定,轴向力小,排屑能力好,并且所钻孔径与钻头的直径很接近,钻孔质量较好,在某些情况下甚至可以替代铰孔工序。本课题是基于对SD系列刃磨机刃磨原理的研究,来研究螺旋面后刀面钻尖刃磨过程及钻尖的钻削性能。SD系列刃磨机是一种新型的螺旋面后刀面钻尖磨床,这种刃磨机床结构精简、易于操作,可随时调整各个刃磨参数来控制刃磨过程,达到修磨出理想螺旋面钻尖的目的。建立钻头的数学模型是对钻头进行几何设计、制造、切削性能分析和对钻削过程进行建模的基础,本课题所做的工作也不例外。首先,根据刃磨原理建立SD系列刃磨机刃磨过程的数学模型,找出刃磨参数与设计参数之间的关系,得到设计参数的表达式；再通过改变刃磨参数得到设计参数的变化规律。如今,计算机辅助设计发展的非常迅速,许多三维绘图软件都具备标准件库,一些非标准件也有相应的建模模块,这对于相关人员的工作和学习无疑是个很大的帮助。钻尖三维模型的建立在三维设计软件中还没有自己的模块,所以绘制起来非常不方便；本课题在对钻尖研究和分析的基础上,用Pro/Engineer自身携带的二次开发工具Pro/TOOLKIT,在Pro/Engineer中添加了钻头绘制模块,完成了Pro/Engineer的二次开发。随着CAD技术在各行业中普及并迅速转化成现实生产力,许多领域内的系统开发成了热门话题。针对这一现状,本课题开发了一种螺旋面后刀面钻尖仿真系统。该系统包含了关于螺旋面钻尖大部分性能方面的设计和研究：三维建模、刃磨过程仿真、钻削力分析等,这些都是建立在SD系列螺旋面钻尖刃磨机床及其刃磨原理上的。理论上,螺旋面钻尖钻削性能在许多方面都优于普通麻花钻钻尖,这就需要从钻削实验中来验证,本课题也做了普通钻尖与螺旋面钻尖钻削性能比较试验。首先,利用SD系列刃磨机修磨普通钻尖得到螺旋面钻尖；然后,在普通摇臂钻床上进行钻削试验。为了更具有说服力,本课题分别钻削了三种不同的材料,记录出口撕裂数值进行比较。结果证明：在不同的转速和进给量下,普通钻尖钻削的出口撕裂值都要比螺旋面钻尖的撕裂值大,钻孔质量没有螺旋面钻尖高。SD系列刃磨机结构简单、刚性较好、易于操作,具有较高刃磨精度；螺旋面钻尖钻削性能好,钻孔质量高,是钻削加工比较理想的刀具。本课题对＼Pro/Engineer的开发和仿真系统的制作,也使钻尖的使用和修磨向专业化、实用化和用户化方向发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钻头的发展及改进
• 1.2.1 钻头发展概况
• 1.2.2 钻头切削部分修磨型式的改进
• 1.2.3 钻头材料和结构的改进
• 1.3 螺旋面刃磨法介绍
• 1.3.1 成型砂轮刃磨
• 1.3.2 砂轮端面刃磨
• 1.3.3 砂轮外圆刃磨
• 1.4 新型螺旋面刃磨机介绍
• 1.5 麻花钻发展中存在的问题
• 1.6 课题来源及主要研究内容
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 螺旋面钻尖数学模型
• 2.1 新型螺旋面钻尖刃磨原理
• 2.2 螺旋面钻尖后刀面的数学模型
• 2.3 螺旋面钻尖前刀面的数学模型
• 2.4 使用顶角与刃磨参数的关系
• 2.4.1 使用顶角数学模型
• 2.4.2 刃磨参数对使用顶角的影响曲线图
• 2.5 结构圆周后角与刃磨参数的关系
• 2.5.1 结构圆周后角数学模型
• 2.5.2. 刃磨参数对圆周后角的影响曲线图
• 2.6 横刃斜角与刃磨参数的关系
• 2.6.1 横刃斜角ψ数学模型
• 2.6.2 刃磨参数对横刃斜角的影响曲线图
• 2.7 后刀面尾隙角与刃磨参数的关系
• 2.7.1 刃磨参数与后刀面尾隙角的关系
• 2.7.2 刃磨参数对尾隙角的影响曲线图
• 2.8 本章小结
• 第三章 螺旋面钻尖刃磨系统界面开发
• 3.1 CAD系统背景及设计介绍
• 3.1.1 CAD系统介绍
• 3.1.2 程序编制语言
• 3.1.3 系统的需求分析及设计
• 3.2 钻尖系统开发
• 3.2.1 服务设置
• 3.2.2 系统主界面
• 3.2.3 模型建立对话框
• 3.2.4 刃磨仿真与分析界面
• 3.2.5 结果分析界面
• 3.3 本章小结
• 第四章 螺旋面钻尖参数化设计
• 4.1 基于Pro/TOOLKIT二次开发的基础知识
• 4.2 二次开发的基本过程介绍
• 4.2.1 编写源文件
• 4.2.2 程序的编译和连接
• 4.2.3 应用程序的注册
• 4.2.4 运行应用程序
• 4.3 菜单与对话框设计
• 4.3.1 菜单的添加
• 4.3.2 对话框的设计
• 4.3.3 程序源文件的编写
• 4.4 螺旋面钻尖创建过程
• 4.4.1 刀具螺旋线生成原理
• 4.4.2 在Pro/e中建立参数关系模型
• 4.4.3 创建钻头参数化实体模型
• 4.5 参数化设计的实现
• 4.5.1 编译连接生成可执行文件
• 4.5.2 应用程序的注册和运行
• 4.5.3 钻头参数化建模
• 4.6 本章小结
• 第五章 钻削试验
• 5.1 孔出口缺陷钻削试验
• 5.1.1 试验意义
• 5.1.2 试验方法介绍
• 5.1.3 钻孔出口缺陷的分析
• 5.2 试验数据记录及处理
• 5.2.1 普通钻尖与螺旋面钻尖钻孔撕裂值的比较
• 5.2.2 进给量f对撕裂值L的影响
• 5.2.3 转速n对撕裂值L的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢