麻花鉆是孔加工中的重要工具之一，它本身的固有屬性影響著孔加工的質(zhì)量和加工效率。利用Pro/E三維造型軟件建立麻花鉆三維模型，基于切削和振動(dòng)理論，利用ANSYS中的動(dòng)力分析技術(shù)對(duì)鉆頭整體做模態(tài)分析，得出了麻花鉆的前五階固有頻率。根據(jù)鉆頭的振型圖中的最大位移量，通過(guò)分析研究，從理論上論證了鉆頭的固有頻率對(duì)孔加工質(zhì)量的影響，從而為鉆頭設(shè)計(jì)中改變材質(zhì)和尺寸以及加工中選擇合適鉆頭等提供了一定的理論依據(jù)，提高加工質(zhì)量。

1、引言

　　孔加工在金屬切削加工中占有重要地位，一般約占機(jī)械加工量的1/3。隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，對(duì)孔的加工工藝及精度要求越來(lái)越高，迫切需要對(duì)鉆削加工技術(shù)做進(jìn)一步研究。而在孔加工中，麻花鉆是最有代表性的加工工具。目前，學(xué)者針對(duì)麻花鉆所做的研究主要集中在切削部分幾何參數(shù)對(duì)加工性能的影響，鉆頭的磨損機(jī)理等等，而針對(duì)由于麻花鉆本身固有屬性對(duì)成形工件加工質(zhì)量產(chǎn)生的影響研究較少。在參與了本深孔加工中心生產(chǎn)的某彈翼接頭的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)所鉆的孔的圓度變化很大以及刃帶磨損嚴(yán)重，如圖1 所示。

圖1 橢圓孔及刃帶磨損

　　初步分析可能由于鉆頭本身產(chǎn)生的振動(dòng)所導(dǎo)致。針對(duì)此問(wèn)題，利用Pro/E 進(jìn)行了麻花鉆的三維建模，通過(guò)ANSYS 中的動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)對(duì)麻花鉆做了模態(tài)分析，對(duì)麻花鉆的固有屬性進(jìn)行了深入研究，為麻花鉆的設(shè)計(jì)及選擇提供了理論依據(jù)，可避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的諸多缺陷。

2、麻花鉆的建模

　　為了簡(jiǎn)化模型，麻花鉆的主要特征參數(shù)是直徑d、頂角2準(zhǔn)、橫刃角度ψ、螺旋角ω、后角αp、鉆心厚度和棱邊寬度。橫刃斜角ψ 和后角αp 的建模是最困難的，是鉆削仿真正確建模的重要特征。隨著CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始用三維造型軟件對(duì)麻花鉆進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維建模。在目前的三維造型軟件中，Pro/E占有重要的地位。建模使用Pro/E5.0 版本，以Φ20mm 直柄麻花鉆為例，其建模過(guò)程如下。

　　2.1、創(chuàng)建毛坯

　　新建文件，進(jìn)入特征創(chuàng)建環(huán)境。定義草繪平面，繪制直徑為20mm 的圓，作為拉伸截面，單擊確定按鈕，在操控面板內(nèi)輸入深度值為238，單擊確定按鈕完成。再進(jìn)行刀柄倒角，毛坯圖形，如圖2 所示。

圖2 毛坯圖

　　2.2、創(chuàng)建螺旋槽

　　創(chuàng)建螺旋線，首先繪制包絡(luò)曲線。接著繪制掃描截面，單擊確定按鈕，去除材料，選擇可變掃描特征，單擊編輯-陣列，選擇中心軸為旋轉(zhuǎn)軸，陣列個(gè)數(shù)為2 ，角度為180，單擊確定，結(jié)果如圖3所示。

圖3 雙螺旋槽的創(chuàng)建

　　2.3、創(chuàng)建橫刃

　　單擊曲線按鈕，選取兩端點(diǎn)，得到橫刃曲線。單擊平面按鈕，以top 面為基準(zhǔn)，創(chuàng)建DTM1 基準(zhǔn)面，偏移距離為5.8。單擊草繪按鈕，以DTM1 面為草繪平面，選擇草繪命令，參照選擇兩個(gè)端點(diǎn)，繪制圓弧。單擊邊界混合按鈕，選擇一圓弧和橫刃直線，單擊確定。選擇編輯命令，實(shí)體化。對(duì)另外一邊用同樣的方法進(jìn)行實(shí)體化。對(duì)橫刃進(jìn)行修改，螺旋槽收尾，完成結(jié)果，如圖4 所示。

圖4 麻花鉆

5、結(jié)束語(yǔ)

　　(1)由于在實(shí)際工作時(shí)，會(huì)在鉆頭上面安裝其他夾具等，這些會(huì)對(duì)模態(tài)分析產(chǎn)生不同的影響，但是通過(guò)本次模態(tài)分析，初步判斷麻花鉆本身的固有屬性會(huì)對(duì)鉆孔產(chǎn)生影響，為麻花鉆的設(shè)計(jì)和選用提供了理論參考。

　　(2)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)加工對(duì)鉆頭整體的模態(tài)分析，可以判斷麻花鉆在鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生了輕微的彎曲變形或者頭部偏離中心線，從而導(dǎo)致了所鉆的孔呈帶圓角的三角形。要想改善加工質(zhì)量，一方面增加鉆頭的剛度;另一方面在高速鉆削過(guò)程中，要考慮避免共振的產(chǎn)生。