深孔振動(dòng)鉆削裝置的設(shè)計(jì)-開題報(bào)告

1、 中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：學(xué) 院、系：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)械工程系專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè) 計(jì) 題 目：深孔振動(dòng)鉆削裝置的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師:講師 2011 年 3 月 25 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述1、 本課題研究的目的和意義機(jī)加工工藝中的深孔，通常是指長度大于直徑5倍以上的孔，深孔加工技術(shù)產(chǎn)生于對槍炮管的制造過程。其加工存在三大問題：1.深孔加工時(shí)，孔的軸線易歪斜，這是因?yàn)樯羁椎毒呒?xì)長，剛性差，強(qiáng)度低，在加工時(shí)容易引偏和振動(dòng)。2.刀具的散熱條件差，切削溫度升高會(huì)使

2、刀具的耐用度降低。3.切屑排除困難，不僅會(huì)劃傷已加工表面，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起刀具的崩刃至折斷。而且深孔加工的效率和質(zhì)量一直低于其它方面的金屬切削加工。經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的努力，深孔加工已達(dá)到了較高的水平，特別是深孔加工與新的加工技術(shù)結(jié)合，預(yù)示著很好的發(fā)展前景。振動(dòng)切削的實(shí)質(zhì)就是在傳統(tǒng)的切削過程中給刀具或工件附加某種有規(guī)律的振動(dòng)，使切削速度、進(jìn)給量、切削深度按一定規(guī)律變化。振動(dòng)切削改變了工件與刀具之間的時(shí)間與空間的分配，從而改變了切削加工機(jī)理，達(dá)到了減小切削力和切削熱并且提高加工質(zhì)量和效率的目的。由于切削速度的變化和加速度的出現(xiàn)，使得振動(dòng)切削具有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是在難加工材料和普通材料的難加工工序加工中，

3、都收到了極其出色的效果。振動(dòng)切削相比于傳統(tǒng)切削的特點(diǎn)：1）切削力大大減小。2）切削溫度明顯降低。 3）切削液的作用得到了充分發(fā)揮。4）可提高刀具使用壽命。5）可控制切屑的形狀和大小，改善排屑狀況。6）提高加工精度和表面質(zhì)量。7）可提高已加工表面的耐磨性和耐蝕性。2、 國內(nèi)外深孔振動(dòng)切削發(fā)展情況1970年代中期，在人們發(fā)現(xiàn)了振動(dòng)鉆削具有的一些優(yōu)良工藝效果之后，為了尋求科學(xué)的支持，國內(nèi)外一些學(xué)者開始從理論上對振動(dòng)鉆削的機(jī)理與特性進(jìn)行探索，至今40年來，主要對振動(dòng)鉆削的“鉆頭剛性化效果”理論，動(dòng)態(tài)角度理論，振動(dòng)斷屑理論，脈沖能量和應(yīng)力集中理論等進(jìn)行了分析研究。振動(dòng)切削按振動(dòng)頻率fx分為高頻振動(dòng)切削和

4、低頻振動(dòng)切削兩種。振動(dòng)頻率在200 hz以下的振動(dòng)切削稱為低頻振動(dòng)切削，低頻振動(dòng)切削的振動(dòng)主要靠機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)。高頻振動(dòng)切削是指振動(dòng)頻率在16khz以上，利用超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿來實(shí)現(xiàn)的。由于fx10khz 的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生可聽見的噪聲，一般不予采用。通常高頻振動(dòng)切削也被稱為超聲波振動(dòng)切削。振動(dòng)切削按振動(dòng)的能源分為強(qiáng)迫振動(dòng)裝置和自激振動(dòng)裝置。自激振動(dòng)切削是利用切削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行切削的。強(qiáng)迫振動(dòng)切削是利用專門設(shè)置的振動(dòng)裝置，使刀具或工件產(chǎn)生某種有規(guī)律的可控振動(dòng)進(jìn)行切削的方法。1958年，美國學(xué)者研制了安裝在自動(dòng)車床上用凸輪控制的機(jī)械式軸向振動(dòng)裝置，后來日本學(xué)者研制了一種特殊萬向節(jié)式的軸

5、向振動(dòng)鉆削裝置。八十年代初，薛萬夫教授研制了利用直流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心凸輪旋轉(zhuǎn)，并推動(dòng)滾子使刀具產(chǎn)生軸向振動(dòng)的裝置。總的來說，目前機(jī)械振動(dòng)裝置多數(shù)采用偏心機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鉆頭或工作臺(tái)的振動(dòng)。這種裝置輸出功率大，結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整振動(dòng)參數(shù)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)剛度大，負(fù)載能力強(qiáng)，但由于機(jī)構(gòu)存在偏心質(zhì)量，振動(dòng)頻率受到限制，通常不大于200hz。1979年，日本學(xué)者岸本等人研制出了安裝在立銑上的電液伺服閥控制油缸的振動(dòng)鉆削裝置。后來，足力勝重和前蘇聯(lián)的科學(xué)家也相繼開發(fā)了與此類似的液壓振動(dòng)鉆削裝置。液壓振動(dòng)鉆削裝置的輸出功率較大，負(fù)載能力較強(qiáng)，適用于鉆削大直徑孔和深孔，但由于增加了液壓系統(tǒng)，成本較高，液壓油的體積彈性模量較

6、小，所以反應(yīng)遲鈍，因此頻率不大于200hz。液壓振動(dòng)鉆削裝置又可分為機(jī)械一液壓式和電氣一液壓式。機(jī)械一液壓式振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率較低，一般不超過60hz。在電氣一液壓式裝置中，控制滑閥的運(yùn)動(dòng)是由電氣一機(jī)械裝置帶動(dòng)的，在保持足夠大振幅情況下，可以得到更高的振動(dòng)頻率。1988年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉華明教授用電磁鐵改造研制了電磁振動(dòng)鉆削工作臺(tái)，用220伏交流電經(jīng)調(diào)壓變壓器為電磁鐵提供激振能量。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，振動(dòng)頻率較高，頻率與振幅負(fù)載特性較好，常用于對小孔的加工。電磁振動(dòng)裝置的核心是電磁激振器，振動(dòng)能量來源于鐵心對銜鐵的在不閉合狀態(tài)下的磁場吸力，可以通過改變勵(lì)磁電壓的方式來控制振幅輸出，但由于磁隙的

7、剛度相對較小，銜鐵上負(fù)載的變化對銜鐵振幅的影響較大，鉆頭與工件接觸后，振幅明顯減小，所以電磁振動(dòng)裝置的負(fù)載能力較差，效率較低。1997年由原吉林工業(yè)大學(xué)高印寒教授研制開發(fā)出永磁振動(dòng)鉆削裝置能夠產(chǎn)生復(fù)合振動(dòng)。由于振源能量來自于永磁體的磁能，使整個(gè)振動(dòng)裝置具有操作方便，無發(fā)熱的特點(diǎn)。2007年，中北大學(xué)研究生韓旭在畢業(yè)論文中詳細(xì)介紹了深孔加工低頻振動(dòng)鉆削，并用自行設(shè)計(jì)制造的鉆削系統(tǒng)和鉆頭進(jìn)行了深孔鉆削實(shí)驗(yàn)，效果良好，可以推廣到其他小深孔鉆削。該鉆削系統(tǒng)使用內(nèi)排屑深孔鉆鉆削小直徑深孔時(shí)，只要切削用量，振動(dòng)參數(shù)匹配較好都可以很好的控制切削形態(tài)，取得滿意的鉆削效果。試驗(yàn)中使用的振動(dòng)裝置如圖1所示。通過皮

8、帶輪直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)中心軸，而中心軸與偏心套1為緊配合，偏心套2和偏心套1為松配合，可以方便調(diào)整兩個(gè)偏心套的相對位置，然后通過兩端螺母壓緊(未畫出)，隨著中心軸一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。保持架可以把由滾動(dòng)軸承傳來的偏心套2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸向振動(dòng)。鉆桿通過夾緊螺母固定在保持架上，鉆桿帶動(dòng)鉆頭，隨著保持架做軸向振動(dòng)。振動(dòng)箱安裝在車床大托板上，隨大托板做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工件轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆頭邊軸向進(jìn)給邊振動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)鉆削。圖1 雙偏心套振動(dòng)裝置由于振動(dòng)鉆削具有特殊的工藝效果，從1980年代末至今國內(nèi)有更多的學(xué)者開始對振動(dòng)鉆削進(jìn)行研究，并逐漸開始向應(yīng)用方向發(fā)展。同時(shí)，各國學(xué)者對振動(dòng)鉆削理論的研究

9、推動(dòng)了振動(dòng)鉆削的歷史進(jìn)程，為振動(dòng)鉆削的優(yōu)良工藝效果提供了理論依據(jù)。但理論研究工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠全面，深入和系統(tǒng)，對某些工藝效果還不能做出有說服力的解釋，有的理論還具有局限性，尚缺少嚴(yán)密的科學(xué)論證，所以振動(dòng)鉆削理論的研究工作仍是振動(dòng)鉆削新工藝的薄弱環(huán)節(jié)，有待于進(jìn)一步發(fā)展和完善。參考文獻(xiàn)：1 王世清.深孔孔加工技術(shù).西安:西安工業(yè)大學(xué)出版社,2003.2 王峻.現(xiàn)代深孔加工技術(shù).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)出版社，2005.2.3 陳永亮，齊洪斌，杜保明，趙立海.深孔加工j.機(jī)械制造，2001，（02）4 劉運(yùn)敏.深孔加工技術(shù)淺談j.洪都科技，1989，（03）5 呂軍.深孔加工的實(shí)踐j.機(jī)械管理開發(fā)，2001

10、，（si）6 李祥林，薛萬夫.振動(dòng)切削及其在機(jī)械加工中的應(yīng)用.北京科學(xué)技術(shù)出版社，1985，（02）.7 石建軍.孔的切削加工m.西安：西安交通大學(xué)出版社，1988.3-25.8 隈部，淳一郎.精密加工振動(dòng)切削基礎(chǔ)的應(yīng)用m.實(shí)教出版株式會(huì)社，1979.9 王立江，張德遠(yuǎn)，張明.振動(dòng)鉆削微小孔提高加工精度的研究.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1992,28（1）：31-35.10 劉華明.低頻振動(dòng)鉆小孔的實(shí)驗(yàn)研究機(jī)械工藝師，1988，（3）:9-10.11 楊兆軍，王立江，王立平.變幅振動(dòng)鉆削提高微小孔鉆入定位精度的研究m.吉林.吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1995,25（1）：27-32.12 池龍珠，盧金，金全治，楊

11、兆軍.變進(jìn)給量振動(dòng)鉆削降低出口毛刺的研究機(jī)械工程師，1999，（1）：42-43.13 李自軍，洪邁生，王立江，趙宏偉.變參數(shù)振動(dòng)鉆削微小孔的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分析上海交通大學(xué)學(xué)報(bào).2000,(10):1349-1350.14 韓旭，吳伏家，振動(dòng)鉆削在深孔加工中的應(yīng)用，山西機(jī)械管理開發(fā)，2007第5期.15 龐浩.深孔加工的發(fā)展綜述j.浙江萬里學(xué)院報(bào)，1996，（04）. 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1、 本課題要研究或解決的問題（1） 機(jī)械型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置分析及選擇。（2） 深孔加工排屑裝置的確定。二、擬采用的研究手段1）.機(jī)械型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置分析

12、及選擇。本設(shè)計(jì)擬采用低頻振動(dòng)切削。低頻振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式有電磁振動(dòng)型、電氣一液壓型、機(jī)械一液壓型和機(jī)械型幾種，振動(dòng)頻率為20-200hz。一般來說，低頻振動(dòng)切削的振動(dòng)主要是靠機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)，機(jī)械振動(dòng)切削裝置的結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、使用維護(hù)都比較方便，振動(dòng)參數(shù)受負(fù)載影響較小，所以應(yīng)用比較廣泛。機(jī)械振動(dòng)切削裝置可形成獨(dú)立機(jī)床部件，原機(jī)床不需要進(jìn)行大的改裝就可以與其配套，多用于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏗孔和螺紋加工中 機(jī)械型振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)用較多的是曲柄滑塊式，四連桿機(jī)構(gòu)及偏心輪式。結(jié)構(gòu)簡單造，低廉，工作可靠，有向機(jī)床通用附件方向發(fā)展的趨勢，在原來機(jī)床不經(jīng)改裝或較少改裝的情況下，就能配套使用。對于原已具備深孔加工系統(tǒng)

13、的機(jī)床，只要將原來進(jìn)給改機(jī)構(gòu)成振動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，配上相應(yīng)的電控系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)深孔加工。本設(shè)計(jì)擬采用普通車床配用一種電磁式振動(dòng)裝置，電磁式振動(dòng)裝置是針對上述不足,設(shè)計(jì)的一種振動(dòng)鉆削裝置,克服了傳統(tǒng)的振動(dòng)裝置的不足。其主要特點(diǎn)是:1)電磁力比較大，可承受較大負(fù)載。2)通過調(diào)節(jié)交流電的頻率和大小，使鉆桿的振幅和頻率連續(xù)可調(diào),適應(yīng)性強(qiáng)。3)用電磁式振動(dòng)裝置取代了傳統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)裝置,摩擦力小，噪聲小，發(fā)熱少。4)結(jié)構(gòu)更加緊湊,易于在機(jī)床上安裝,操作；便于維修和調(diào)整；整個(gè)裝置使用壽命長,性能穩(wěn)定,可靠。如圖2所示，工作時(shí)電磁式振動(dòng)裝置通電，各磁極之間相互吸引或排斥，從而使鉆頭沿軸向往復(fù)振動(dòng)；并且可按加工需要

14、隨意調(diào)整振動(dòng)參數(shù)，以達(dá)到理想的振動(dòng)切削效果。利用這種振動(dòng)裝置，配合使用負(fù)壓抽血系統(tǒng)，可靠地解決了各種材料上加工深孔時(shí)的斷屑問題，從而為各種內(nèi)排屑鉆頭的應(yīng)用提供了較好的排屑條件，可以在比傳統(tǒng)加工方法更小的直徑范圍使用內(nèi)排屑系統(tǒng)。 圖2 振動(dòng)裝置和排屑裝置2）.深孔加工中如何排屑。在深孔加工中切屑排除困難，不僅會(huì)劃傷已加工表面，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起刀具的崩刃至折斷，所以排屑系統(tǒng)的好壞對加工質(zhì)量影響很大。本設(shè)計(jì)擬采用df系統(tǒng)，df的意思是雙向供油系統(tǒng)，20世紀(jì)70年代中期由日本冶金株式會(huì)社研制，它是bta系統(tǒng)和噴吸鉆系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。其工作原理是：如圖1所示，在df系統(tǒng)的前端放置有一個(gè)提供切削液的高壓輸油

15、器，以便利用壓力推出切屑與送進(jìn)切削液，尾端置有一個(gè)產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)裝置，可起到抽吸切屑的作用。df系統(tǒng)這種推、吸雙重作用的發(fā)揮，可加快切削液的流速，增加單位時(shí)間的排屑量，提高生產(chǎn)效率，是一種高效、高質(zhì)量的深孔加工系統(tǒng)。抽屑器負(fù)壓效應(yīng)的大小，首先取決于氣體通過錐形噴嘴間隙后產(chǎn)生的軸向氣體動(dòng)量。由于對負(fù)壓抽屑效應(yīng)的影響因素繁多，事前準(zhǔn)確的計(jì)算出最佳的噴射間隙顯然是困難且無必要的。最簡辦法是做成一個(gè)可調(diào)的“封閉環(huán)”，通過調(diào)試達(dá)到最佳的抽屑效果。原則上，適用于某種鉆孔直徑的抽屑器，其抽屑力也足以適用于更小直徑的鉆頭，但是不一定適用于更大的鉆頭。這種“小貓可以鉆大洞”的效應(yīng)可以為抽屑器的規(guī)范設(shè)計(jì)制造帶來巨大的方便，但是實(shí)踐中也會(huì)造成“大馬拉小車”的弊端，功率過大的抽屑器會(huì)不必要的浪費(fèi)資源，且使抽屑器的造型與機(jī)床不相協(xié)調(diào)，因此產(chǎn)生了其規(guī)范化設(shè)計(jì)的問題，可以通過同一抽屑器有兩個(gè)以上的噴嘴快速更換來解決。抽屑器在裝機(jī)前一次調(diào)試后，操作者不需修正。當(dāng)孔的長徑比超過80-100時(shí)，會(huì)發(fā)生前液流(輸油器)自動(dòng)增大現(xiàn)象，這時(shí)可以適當(dāng)降低前油路壓力，而后液流(抽屑器)一般不作調(diào)整。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào)