內(nèi)排屑深孔鉆削機床運動系統(tǒng)設(shè)計

1、 西 京 學(xué) 院 本科畢業(yè)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計( (論文論文) ) 題目題目： 內(nèi)排屑深孔鉆削機床運動系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)排屑深孔鉆削機床運動系統(tǒng)設(shè)計 教學(xué)單位：教學(xué)單位： 機電工程系 專專 業(yè)：業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)學(xué) 號：號： 0811050209 姓姓 名：名： 吳杰華 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 劉守法 20122012 年年 3 3 月月 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） i 摘要摘要 針對傳統(tǒng)澆注式內(nèi)排屑深孔鉆削系統(tǒng)（bta系統(tǒng)或df系統(tǒng)）存在著切削液消 耗量大、生產(chǎn)成本高、污染環(huán)境及危害操作者身體健康等問題。本文是在傳統(tǒng) 的bta內(nèi)排屑深孔鉆削系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加噴霧裝置，建立了亞于式內(nèi)排屑深孔鉆

2、 削系統(tǒng)。亞干式深孔鉆削系統(tǒng)是將亞干式切削技術(shù)與深孔加工技術(shù)相結(jié)合，在 bta內(nèi)排屑深孔加工系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用風(fēng)冷霧化排屑系統(tǒng)代替bta系統(tǒng)中的切削 液排屑系統(tǒng)而形成的。從而實現(xiàn)風(fēng)冷霧化切削液對刀具進行冷卻潤滑和排屑的 功能，以減少切削液的使用及環(huán)境污染。 本次設(shè)計以亞干式內(nèi)排屑深孔鉆削系統(tǒng)為研究對象，主要設(shè)計內(nèi)容有低溫 冷風(fēng)霧化裝置的設(shè)計、授油器設(shè)計以及負壓抽屑裝置的設(shè)計。亞干式深孔鉆削 系統(tǒng)有以下優(yōu)點：系統(tǒng)加工過程穩(wěn)定，冷卻、潤滑、排屑效果良好，可獲得較 好的刀具耐用度和內(nèi)孔表面質(zhì)量，同時極大地減少了切削液的用量并降低環(huán)境 污染，是一種較為理想的綠色鉆削工藝系。 該設(shè)計可以節(jié)約能源、降低生

3、產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟效 益和社會效益。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：內(nèi)排屑深孔鉆削 亞干式切削 霧化裝置 授油器 負壓抽屑 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ii abstract the traditional cast-type method of inner-chip removal deep hole drilling system (such as bta system or df system) has the problems of the high cutting fluid consumption，high production costs，pollution of the

4、environment and endangering the health of the operator and so on. in this paper，in traditional bta escape of chips deep drilling process system foundation，increases the atomizing device，has established near-dry type deep hole drilling system. the near-dry deep hole drilling system is that the use of

5、 compressed air atomized cutting fluid cooling and lubrication cutters in the deep hole processing with combined near-dry cutting technology and deep hole processing technology， based on the bta inner-chips deep hole processing system，by using the air-cooled liquid escape of chips system instead of

6、the bta escape of chips system. finally the air-cooled liquid with cooling and lubricating function for the cutting tool is achieved，and reduce the use of cutting fluid and environmental pollution. the near-dry deep hole drilling system was taken as object in this study，the design of the main conten

7、ts of the low temperature cold wind atomization device design，coolant supply device design and suction chip removal device design. the result show that the near-dry system drill stability and have better effort in cooling lubrication，chip removal effective. the tool life and surface quality within t

8、he hole are better，at the same time，it can greatly reducing the amount of cutting fluid，the costs and the pollution of the environment. so we can get a conclusion that it is an ideal system in green drilling process. the results of research can save energy，lower production costs，reduce environmental

9、 pollution，and have good economic and social benefits. key word：the inner-chip removal deep hole drilling，the near-dry cutting， atomization device，coolant supply，suction chip removal 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） iii 目錄目錄 摘要摘要 .i abstract.ii 1 緒論緒論.1 1.1 深孔加工的特點.2 1.2 內(nèi)排屑深孔鉆削加工系統(tǒng)的發(fā)展狀況.2 1.2.1 國內(nèi)相關(guān)研究發(fā)展狀況.2 1.2.2 國外

10、相關(guān)研究發(fā)展狀況.3 1.3 本畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容.4 2 系統(tǒng)總體方案的布局與設(shè)計系統(tǒng)總體方案的布局與設(shè)計.5 2.1 總體方案的設(shè)計.5 2.2 可行性分析.6 3 低溫冷風(fēng)霧化裝置的設(shè)計低溫冷風(fēng)霧化裝置的設(shè)計.9 3.1 低溫冷風(fēng)霧化裝置的組成及工作原理.9 3.2 霧化裝置的組成及零件設(shè)計.11 3.2.1 空氣供給裝置及冷卻裝置.11 3.2.2 霧化器的設(shè)計.11 3.3 冷卻液的選擇.13 4 授油器的設(shè)計授油器的設(shè)計.15 4.1 不旋轉(zhuǎn)式授油器結(jié)構(gòu)及其原理.15 4.2 伸縮軸的設(shè)計.16 4.2.1 加工材料的選擇.16 4.2.2 伸縮軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.17 5 負壓抽屑裝置

11、的設(shè)計負壓抽屑裝置的設(shè)計 .19 5.1 df 系統(tǒng)負壓抽屑機理.19 5.2 旋轉(zhuǎn)式負壓式鉆桿聯(lián)結(jié)器.20 5.3 df 深孔鉆削中影響抽屑的因素 .21 5.4 負壓系統(tǒng)的參數(shù)計算.22 5.5 負壓襯套和前后錐套的設(shè)計.25 6 運動控制系統(tǒng)的設(shè)計運動控制系統(tǒng)的設(shè)計 .28 6.1 深孔鉆床運動系統(tǒng)的控制要求.28 6.2 運動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計.28 6.3 運動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計.31 7 亞干式深孔鉆削系統(tǒng)參數(shù)的分析計算亞干式深孔鉆削系統(tǒng)參數(shù)的分析計算 .32 7.1 亞干式深孔加工切削參數(shù)計算.32 7.1.1 切削力的計算.32 7.1.2 深孔鉆頭各處速度的計算.34 7.2

12、 剪切面平均溫度的計算.35 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） iv 8 結(jié)結(jié) 論論.38 致致 謝謝.39 參考文獻參考文獻.40 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論緒論 近年來，隨著機械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，機械制造業(yè)對全球經(jīng)濟的發(fā)展做 出重大的貢獻，但是也在一定程度上對環(huán)境造成了污染。據(jù)美國工業(yè)有害廢物 來源統(tǒng)計表明：金屬加工業(yè)占工業(yè)廢物來源的5%，排第四位。切削液具有良好 的冷卻和潤滑特性，被廣泛應(yīng)用于切削加工。大量的切削液的使用不僅對我們 的環(huán)境造成了污染，而且切削液的費用幾乎高達生產(chǎn)成本的15%，極大的增加了 生產(chǎn)成本。如今，全世界都在提倡綠色制造，其目標是對資源的合理利用，節(jié)

13、約成本，降低對環(huán)境造成的污染。 深孔加工是機械加工中加工難度較大，技術(shù)含量較高、專業(yè)化程度較強、 加工成本較高的一種孔加工技術(shù)，一般只有專業(yè)化程度較高，技術(shù)力量較強的 生產(chǎn)單位才具有這方面的加工能力。隨著科技的不斷發(fā)展，在石油、航空、軍 工、工程機械等行業(yè)，需用大量的深孔類零件。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在機械制造 行業(yè)中孔加工占全部機械加工的三分之一多，而深孔加工又占到40%以上。由于 深孔加工的特殊性從而形成了其經(jīng)典難題，排屑難、冷卻難、潤滑難、工具系 統(tǒng)剛度低。這些問題長期困擾著深孔加工行業(yè)，他們限制了深孔加工的工藝范 圍，也限制了深孔加工理論及技術(shù)向其它領(lǐng)域拓展的能力，使深孔加工成為制 造技術(shù)門

14、類中成本最昂貴的技術(shù)之一。 內(nèi)排屑深孔加工作為一種專業(yè)高效的深孔加工方法，在石油機械、工程機 械以及軍工等機械制造行業(yè)得到普遍使用，由于傳統(tǒng)的內(nèi)排屑深孔加工需要使 用大量的冷卻油進行循環(huán)冷卻及排屑，每年要消耗大量的機械油，同時還會造 成工作區(qū)的污染及處理鐵屑所造成的環(huán)境污染。常用的內(nèi)排屑深孔加工系統(tǒng)有 bta系統(tǒng)、噴吸鉆和df系統(tǒng)等，結(jié)合深孔加工的實際生產(chǎn)經(jīng)驗和自身加工特點， 在深孔加工中采用完全干式的切削方法是很難實現(xiàn)的。亞干式切削加工技術(shù)作 為一種體現(xiàn)綠色制造的先進制造加工技術(shù)，具有使用切削液少、冷卻效果佳以 及對環(huán)境污染小等優(yōu)點。它采用最小潤滑技術(shù)(minimal quantity of

15、 lubricating，mql)，將少量或微量切削液通過特定設(shè)備輸送到工件的加工區(qū)域， 使刀-屑接觸區(qū)、刀-工件接觸區(qū)得到充分冷卻和潤滑，降低切削溫度，提高刀 具耐用度。而將亞干式切削技術(shù)應(yīng)用到內(nèi)排屑深孔加工中，形成亞干式深孔鉆 削加工系統(tǒng)，可以減少冷卻油的使用，降低制造成本，減少對環(huán)境的污染。因 此，對亞干式深孔鉆削加工系統(tǒng)的研究，無論從經(jīng)濟效益還是社會效益等方面 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 都具有重要的意義和價值。 1.1 深孔加工深孔加工的特點的特點 深孔加工的情況比較復(fù)雜，與普通的孔加工相比，具有其自身的一些特點， 主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）按加工的切削狀況分類 深孔加工

16、處于封閉或半封閉的加工狀態(tài)，無法進行直接觀察刀具的加工狀 況和切削環(huán)境情況。深孔加工一般的長徑比都比較大，這樣排屑的路徑相對較 長，無法很好的保證排屑，排屑就成了很大的問題。深孔加工中鉆桿一般比較 長，還有機床系統(tǒng)的原因，工藝系統(tǒng)剛性相對較差。深孔刀具加工空間相對封 閉，不利于散熱，熱量的積累就會導(dǎo)致溫升的加劇，使刀具磨損嚴重。 （2）按加工的運動方式分類 第一種是工件旋轉(zhuǎn)，鉆頭進給的加工方式。第二種為工件靜止不動，鉆頭 邊旋轉(zhuǎn)邊向前做進給運動。第三種是工件和鉆頭同時做旋轉(zhuǎn)運動，它們旋轉(zhuǎn)方 向相反，鉆頭做進給切削加工。這適于加工相對旋轉(zhuǎn)速度要求高，并且工件慣 性又太大不適宜做高速旋轉(zhuǎn)的情況，用

17、鉆頭的旋轉(zhuǎn)做補充。最后一種是工件邊 旋轉(zhuǎn)邊進給，鉆頭固定的情況，這一種方法不好，一般不予采用。 （3）按排屑方式分類 外排屑方式和內(nèi)排屑方式，外排屑是切屑由已加工表面和鉆桿外壁構(gòu)成的 空間排出，然而內(nèi)排屑是切屑由鉆桿內(nèi)腔排出，不與已加工表面接觸。內(nèi)排屑 的加工方式一般比較合適，尤其是對加工深孔表面要求較高的情況，內(nèi)排屑的 方式不會擦傷已加工的表面。它能更好的保證加工精度，排屑順利。 1.2 內(nèi)排屑深孔鉆削加工系統(tǒng)的發(fā)展狀況內(nèi)排屑深孔鉆削加工系統(tǒng)的發(fā)展狀況 1.2.1 國內(nèi)相關(guān)研究發(fā)展狀況國內(nèi)相關(guān)研究發(fā)展狀況 20 世紀后期，雙管吸噴鉆和 df 系統(tǒng)同時進入我國少數(shù)企業(yè)，而這兩種技 術(shù)各有其局限

18、性，至今也未能普及。90 年代以來，國內(nèi)機床工業(yè)水平提高較快， 相對而言，深孔機床發(fā)展則相對滯后，在設(shè)計水平、品種、精度和專業(yè)化程度 等方面與歐、美、日本還有相當大的差距。深孔加工技術(shù)水平研究相對落后， 研究的成本又比較高，出成果相對比較困難，由于深孔加工多用于軍工方面， 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 好多新的研究技術(shù)成果在應(yīng)用推廣方面也受到了一定的限制。 深孔技術(shù)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，江西量刃具廠、成都工具研究所、中 北大學(xué)、西安理工大學(xué)、西安石油大學(xué)、北京科技大學(xué)、大連理工大學(xué)等單位 在深孔加工技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先水平。廣西工學(xué)院研制出了一種用于數(shù)控機 床的高效深孔鉆，解決了在數(shù)控機

19、床上加工小直徑深孔（，20 ）的問題，這種深孔鉆的前角為02，后角為12，頂角為32/5dl 120，排屑槽呈120v型，在加工合金結(jié)構(gòu)鋼小直徑深孔時效果較好。留日博 士陳德成等人基于微量潤滑的思想，采用油膜附水滴作為潤滑劑，并且在實驗 中取得了很好的效果。 中北大學(xué)也成功的研制出了單管內(nèi)排屑噴吸鉆技術(shù)(single tube inner chipremovel ejector drilling)簡稱“sied技術(shù)”，克服了槍鉆結(jié)構(gòu)不合理、力學(xué) 性能差、制造困難等缺點，它的結(jié)構(gòu)工藝性完善，性能優(yōu)越，易于國產(chǎn)化。使 得深孔加工的實用性更強。西安石油大學(xué)深孔加工技術(shù)研究所設(shè)計出多尖齒內(nèi) 折線刃深孔

20、鉆頭，它是在普通內(nèi)排屑深孔鉆頭的基礎(chǔ)上，對鉆頭的結(jié)構(gòu)和刃型 做了有效的改進，鉆頭包含中心齒、外齒、中間平齒（各一個）和兩個中間尖 齒，各齒不在同一個圓錐面上，中間尖齒的錐面在軸向方向上高出中心齒和外 齒的錐面（0.51）f，可實現(xiàn)完全分屑，由于中間尖齒為尖齒型，可起到鉆削 定心和穩(wěn)定鉆削的作用，除外齒外緣一側(cè)為尖角，其余刀齒都進行了倒角，同 時帶有612的側(cè)后角，消除尖角、增大散熱面積和刀齒強度，提高刀具耐 用度。這種深孔鉆的切削力小，定心效果好，切削平衡，在深孔鉆削中取得了 較好的效果，使深孔加工的孔徑與深度范圍大大擴展。這些科研成果的出現(xiàn)， 把我國的深孔加工水平推向一個更高的層次。 根據(jù)噴

21、射器理論，設(shè)計適用于亞干式深孔加工系統(tǒng)的噴霧裝置，在原有bta 深孔鉆床的基礎(chǔ)上，建立亞干式深孔加工系統(tǒng)也是全世界不斷研究的方向之一。 目前，國內(nèi)的一些科研機構(gòu)(如江蘇科技大學(xué)、重慶大學(xué)等)也進行了冷風(fēng)發(fā)生 裝置的研究和開發(fā),并取得了一定成果。 1.2.2 國外相關(guān)研究發(fā)展狀況國外相關(guān)研究發(fā)展狀況 19世紀末20世紀初，為解決槍管的加工，出現(xiàn)了將高壓切削液通過鉆桿內(nèi) 通道輸送到鉆頭，進行刀具潤滑和冷卻，并幫助排屑的槍鉆，使用時，在槍鉆 外徑上增加有導(dǎo)向塊來保證鉆孔正確方向，第二次世界大戰(zhàn)期間，由于槍管的 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 需要量猛增，對槍炮的加工精度的要求提高，使這項技術(shù)得到了

22、快速發(fā)展。 1943年，由于戰(zhàn)爭的需要，德國海勒公司研制出了bta內(nèi)排屑深孔鉆削系統(tǒng)。20 世紀70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出df系統(tǒng)單管雙進油裝置。df 系統(tǒng)是傳統(tǒng)深孔鉆的最好方式，該系統(tǒng)所用的鉆頭稱為df鉆，它是把bta法與噴 吸鉆法兩者的優(yōu)點結(jié)合在一起的加工方法，被廣泛應(yīng)用于中、小直徑深孔加工 中，并取得很好的加工效果。 干式切削技術(shù)起源于歐洲，早在20世紀90年代中期，德國的制造企業(yè)聯(lián)合 高校、研究所制定了稱為“21世紀工業(yè)生產(chǎn)戰(zhàn)略”的干式加工項目“生產(chǎn) 2000”，經(jīng)過45年的協(xié)同攻關(guān)，取得了干式切削技術(shù)的成功，使其在實際生 產(chǎn)中得到應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在已有25%左右的德國

23、企業(yè)采用干式切削技術(shù)，在此 領(lǐng)域，德國居于國際領(lǐng)先地位。 日本的干式切削技術(shù)緊隨其后，在本世紀初，日本已成功開發(fā)出不使用切 削液的干式加工中心，它是將氮氣經(jīng)過高度提純后，在常溫下以0.50.6mpa壓 力輸送到切削區(qū)進行降溫來實現(xiàn)干式切削。 以色列iscrr公司則通過采用新型硬質(zhì)合金刀具材料，選用適當?shù)牡毒咝问剑?合理的切削進給量和切削速度實現(xiàn)干式切削，在某些工作場合還利用激冷空氣 或旋風(fēng)噴霧來降低切削溫度。 當前，在干式加工技術(shù)的發(fā)展中，亞干式加工技術(shù)越來越占有更重要的地 位，在亞干式切削中最為流行的幾種技術(shù)為：mql(微量潤滑)技術(shù)、液氮流冷卻 切削技術(shù)、超低溫冷卻切削技術(shù)、低溫冷風(fēng)切削技

24、術(shù)、水蒸氣做冷卻潤滑劑技 術(shù)及低溫射流加工技術(shù)等。國外已有數(shù)家公司(三菱、日立等) 生產(chǎn)專門面向切 削、磨削加工用的低溫冷風(fēng)發(fā)生裝置,但其價格較高。 1.3 本畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容 （1）查詢有關(guān)深孔加工技術(shù)及干式切削技術(shù)方面的資料，消化資料，完成開題 報告。 （2）熟悉所用的深孔鉆床及搖臂式鉆床的機械傳動結(jié)構(gòu)及操作方法，測量并分 析計算相關(guān)參數(shù)。 （3）提出適用于深孔鉆床的亞干式深孔鉆削加工方案，并進行可行性分析。 （4）完成各種方案的加工系統(tǒng)設(shè)計。 （5）完成霧化裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及主要零件設(shè)計。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （6）完成內(nèi)排屑系統(tǒng)的授油器及負壓抽屑裝置的

25、設(shè)計。 （7）完成內(nèi)排屑深孔鉆床的運動控制系統(tǒng)的設(shè)計。 （8）完成對亞干式內(nèi)排屑深孔鉆削系統(tǒng)參數(shù)的分析計算。 2 系統(tǒng)總體方案的布局與設(shè)計系統(tǒng)總體方案的布局與設(shè)計 2.1 總體方案總體方案的設(shè)計的設(shè)計 目前，國內(nèi)關(guān)于亞干式深孔鉆削加工系統(tǒng)設(shè)計研究方法并不是很多。本課 題在現(xiàn)有深孔加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)深孔加工的特點及所存在的問題，通過 對深孔鉆削過程刀具磨損、低溫亞干式冷卻切削技術(shù)、以及排屑技術(shù)的深入研 究分析，將它們的優(yōu)點有效結(jié)合起來，以形成更加完善和可靠的綠色深孔鉆削 加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有授油器的選擇與設(shè)計、負壓抽屑裝置的設(shè)計及其性能 分析、霧化器的設(shè)計，以及水霧和油霧的混合器的設(shè)計。

26、其系統(tǒng)圖，如圖 2-1 所示： 圖圖 2-12-1 亞干式深孔鉆削加工系統(tǒng)亞干式深孔鉆削加工系統(tǒng) 1、工件 2、中心架 3、授油器 4、鉆床 5、鉆桿聯(lián)結(jié)器 6、空氣壓縮機 7、高壓風(fēng)管 8、切削液箱 9、吸油管 10、霧化器 11、鉆桿 12、積屑箱 亞干式深孔鉆削系統(tǒng)的工作原理：采用的亞干式切削加工方案主要是利用 壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，其加工系統(tǒng)主要由內(nèi)排 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 屑深孔鉆床、空氣壓縮機、霧化器、氣液混合噴頭等組成，其工作流程為：空 氣壓縮機提供具有一定壓力的空氣，在出口處分為兩路，其中一路通過霧化器 帶出一定量的切削液形成汽液混合物，在

27、噴頭處與另一路壓縮空氣相遇，汽液 混合物通過噴頭時被加速并向進氣裝置授油器的空腔中噴出，形成高壓、高速 的霧化切削液，經(jīng)過鉆桿外壁與孔壁之間的通道被傳送到鉆頭的切削部位，冷 卻、潤滑刀具并將切屑從鉆桿內(nèi)部向后吹出。有尾部負壓式鉆桿聯(lián)結(jié)器所產(chǎn)生 的負壓帶動鉆桿內(nèi)的切屑和水霧排除鉆桿到積屑箱。 該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、無需對原有深孔加工系統(tǒng)進行改動以及減少大量機 械油的使用等優(yōu)點。同時通過加工試驗表明，其排屑及冷卻效果遠優(yōu)于普通的 bta內(nèi)排屑深孔加工，如采用油液混合霧化系統(tǒng)，則其對刀具的潤滑性將大大增 強。將亞干式切削技術(shù)與深孔加工技術(shù)相結(jié)合,在bta內(nèi)排屑深孔加工系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上,采用風(fēng)冷霧化排屑系

28、統(tǒng)代替bta系統(tǒng)中的切削液排屑系統(tǒng),形成亞干式深孔 加工系統(tǒng),從而實現(xiàn)風(fēng)冷霧化切削液對刀具進行冷卻潤滑和排屑的功能,以減少 切削液的使用及環(huán)境污染。并在不同的切削用量條件下對亞干式深孔加工與bta 深孔加工的切削力進行了對比試驗及分析。試驗證明該系統(tǒng)在合理的切削條件 下切削力和排屑情況要比bta系統(tǒng)具有優(yōu)越性。 采用低溫冷風(fēng)油霧化噴射系統(tǒng)實現(xiàn)深孔的亞干式切削,其經(jīng)濟性和實用性是 明顯的,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單,操作容易,效果突出。在加工中,氣體的溫度是可控制 的冷風(fēng)的流量和壓力也是可以調(diào)節(jié)的,這可實現(xiàn)對不同孔徑深孔的加工在加工中 切削液可被充分利用,同時其對刀具的冷卻、潤滑是均勻的,冷風(fēng)可使切屑在較

29、短的時間內(nèi)順利排出,這一切都減小深孔加工的能耗、降低加工成本、提高綜合 效益,而且能減小對工作場所及環(huán)境的污染。隨著環(huán)保意識日益提高,人們越來 越宜視各種節(jié)能技術(shù),該技術(shù)必然有著更廣闊的應(yīng)用前景。 2.2 可行性分析可行性分析 其理論依據(jù)是根據(jù)西安石油大學(xué) 趙紅兵、彭海老師對亞干式深孔鉆削系統(tǒng) 性能的試驗研究。試驗采用 bta 深孔鉆削系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)，如圖 2-2 所示： 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖圖 2-22-2 btabta 系統(tǒng)系統(tǒng) 傳統(tǒng)（濕式）深孔鉆削試驗時，在bta深孔鉆削系統(tǒng)的授油器入口處，接入 n15機械油，切削液從鉆桿外壁與工件孔內(nèi)壁的環(huán)形間隙流向鉆頭刃部冷卻潤滑 刀具

30、，并攜帶切屑從空心鉆桿的內(nèi)孔排出；亞干式深孔鉆削試驗時，改為在授 油器入口處安裝切削液霧化器。 霧化裝置是亞干式深孔加工系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。亞干式深孔鉆削系統(tǒng)的噴霧 裝置，要求一方面能很好地霧化切削液，使少量切削液以很小的霧滴進入到切 削刃及導(dǎo)向塊進行良好潤滑，另一方面要求混合流在出口要有一定的正壓，足 以推動在連續(xù)鉆削過程中產(chǎn)生的切屑，將其通過較長的鉆桿內(nèi)孔路徑排到積屑 箱。如果不能建立起足夠的正壓，將無法排出切屑，導(dǎo)致堵屑，無法進行正常 的深孔鉆削。 切削液霧化器結(jié)構(gòu)，如圖2-3所示： 圖圖2-32-3 切削液霧化器結(jié)構(gòu)切削液霧化器結(jié)構(gòu) 1、 調(diào)整螺母 2、噴嘴 3、螺釘 4、o形密封圈 5、

31、螺釘 6、連接套 7、霧化液管 當壓縮空氣進入霧化器后，產(chǎn)生一定的真空，通過切削液吸液管吸入亞乳5 號切削液，壓縮空氣和切削液在霧化器中混合霧化，經(jīng)噴嘴噴入授油器，高壓、 高速的氣液混合物通過鉆桿外壁與工件孔內(nèi)壁的環(huán)形間隙，沖向深孔鉆頭刃部 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 起到冷卻和潤滑作用，并將切屑從鉆桿內(nèi)孔推出。經(jīng)實驗選定合適的供氣壓力 為0.3mpa，供氣量為0.4。擰動圖2-3中的調(diào)整螺母1時，可使噴嘴2，min/ 3 m 軸向移動，從而調(diào)整噴嘴前部錐面處的間隙。經(jīng)實驗調(diào)定錐面間隙為0.5mm，噴 嘴噴射角選為15，噴嘴的最小直徑選為5mm。霧化器工作參數(shù)按上述值調(diào)定 后，測得亞干式

32、鉆削的切削液使用量約為0.2l/min，遠遠少于濕式鉆削。 根據(jù)實驗結(jié)果及深入研究得出以下結(jié)論: （1）亞干式深孔鉆削系統(tǒng)的冷卻和潤滑效果良好，切削力和切削熱均略低 于濕式深孔鉆削，且系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。 （2）亞干式深孔鉆削時的刀具磨損量與濕式深孔鉆削相近，而加工表面粗 糙度值略小于濕式深孔鉆削，說明亞干式深孔鉆削條件下也可獲得較好的刀具 耐用度和內(nèi)孔表面質(zhì)量。 （3）亞干式深孔鉆削系統(tǒng)的斷屑和排屑效果優(yōu)于濕式深孔鉆削系統(tǒng)。 綜上所述，亞干式深孔鉆削系統(tǒng)可大大減少環(huán)境的污染，降低能源的損耗， 是一種方便、可靠、實用的綠色鉆削工藝系統(tǒng)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。采 用低溫冷風(fēng)油霧化噴射系統(tǒng)實現(xiàn)深孔

33、的亞干式切削，其經(jīng)濟性和實用性是明顯 的，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，效果突出。在加工中，氣體的溫度是可控制 的；冷風(fēng)的流量和壓力也是可以調(diào)節(jié)的，這可實現(xiàn)對不同孔徑深孔的加工；在 加工中切削液可被充分利用，同時其對刀具的冷卻、潤滑是均勻的，冷風(fēng)可使 切屑在較短的時間內(nèi)順利排出，這一切都減小深孔加工的能耗、降低加工成本、 提高綜合效益，而且能減小對工作場所及環(huán)境的污染。隨著環(huán)保意識日益提高， 人們越來越重視各種節(jié)能技術(shù)，該技術(shù)必然有著更廣闊的應(yīng)用前景。 因此，亞干式深孔鉆削的理論依據(jù)可靠，而在實際的實驗中也證明了亞干 式深孔鉆削系統(tǒng)的可行性。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 3 低溫冷風(fēng)霧化裝置

34、的設(shè)計低溫冷風(fēng)霧化裝置的設(shè)計 由于目前技術(shù)條件的限制，干式切削技術(shù)在深孔加工中的應(yīng)用和推廣尚有 一定困難，在相當長的一段時間內(nèi)，切削過程中還需使用切削液，這就需要設(shè) 計低溫冷風(fēng)霧化裝置產(chǎn)生綠色切削液。 亞干式鉆削系統(tǒng)的設(shè)計是在原有的深孔加工鉆床上進行簡單的改造而形成 的，在亞干式深孔加工系統(tǒng)中最復(fù)雜、最困難的環(huán)節(jié)是風(fēng)冷系統(tǒng)和霧化系統(tǒng)(即 低溫冷風(fēng)霧化裝置)的設(shè)計與制造。亞干式深孔鉆削系統(tǒng)中低溫冷風(fēng)霧化技術(shù)是 其核心。 3.1 低溫冷風(fēng)霧化裝置的組成低溫冷風(fēng)霧化裝置的組成及工作原理及工作原理 低溫冷風(fēng)霧化裝置是把空氣進行壓縮后，經(jīng)冷卻裝置冷卻至 -10-40， 再經(jīng)過深孔鉆床上的進氣裝置將高壓冷

35、風(fēng)經(jīng)鉆桿外壁和孔壁之間輸送到鉆頭的 切削部位，以冷卻刀具并將切屑從鉆桿內(nèi)部向后吹出；為了潤滑刀具，在進風(fēng) 口處裝一個微量切削液霧化裝置。使得壓縮冷風(fēng)夾帶著霧化液粒形成細霧狀的 混合氣液流體，在 0.30.35mpa 壓力下，以很高的流速(可達 200300m/s)噴 射到切削區(qū)，對切削區(qū)形成良好的冷卻、潤滑效果。 在一般金屬切削中，切削液能否充分發(fā)揮有效的潤滑作用，其滲透能力的 強弱是一個重要的因素。在傳統(tǒng)的切削液澆注式加工中，切削液的滲透是以液 體滲透和氣體滲透兩種方式進行：澆注的液體滲透效率較低，而氣體滲透是由 于澆注在切屑表面裂紋中的液體隨著切削溫度的上升發(fā)生汽化而向前刀面進行 的。實踐

36、證明，在這種方式下，切削液的滲透能力很弱，能夠被汽化的液體量 很少，使?jié)櫥Ч艿较拗?。而采用噴霧冷卻法形成的氣、液兩相流體能夠彌 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 補切削液滲透能力的不足。氣、液兩相流體噴射到切削區(qū)時，有較高的速度， 動能較大，因此滲透能力較強。此外，在氣、液兩相射流中微量液體的尺寸很 小，遇到溫度較高的金屬極易汽化，可從多個方面向刀具前刀面滲透。雖然射 流中的液體量很少，但被汽化的部分則比連續(xù)澆注切削液時多，因而對刀具、 工件起到更好的潤滑作用。同時氣、液兩相流體噴出時，體積驟然膨脹對外做 功，消耗了內(nèi)能，可使溫度降低，而且兩相流體有較高的速度及壓力，能夠及 時將切屑沖走

37、，并帶走大量的切削熱量，進一步增強冷卻降溫效果。因此低溫 冷風(fēng)霧化液實際上綜合了氣、液兩種流體的降溫效果和優(yōu)點，具有很好的冷卻 作用。 在采用低溫冷風(fēng)霧化裝置冷卻時，在機床上或車間里要安裝專用的吸霧裝 置，以免排出的熱霧（還未被冷卻但已被氣流推出的切削熱）影響操作者的身 體健康和對車間環(huán)境的污染，低溫冷風(fēng)霧化的冷卻液中如含有易燃成分，還要 注意加強防火措施。低溫冷風(fēng)霧化在深孔加工中的冷卻、潤滑及排屑的應(yīng)用原 理，如圖 3-1 所示： 圖圖 3-13-1 冷卻、潤滑及排屑的原理圖冷卻、潤滑及排屑的原理圖 亞干式深孔鉆削系統(tǒng)采用最小潤滑（mql）技術(shù)，主要采用霧化冷卻潤滑方 式，低溫冷風(fēng)充當復(fù)合油

38、霧的載體，把霧化液運載到切削區(qū)。低溫冷風(fēng)霧化裝 的基本組成單元包括：空氣供給及冷卻裝置、冷卻液霧化裝和進氣裝置。吸液 式噴霧冷卻裝置原理圖，如圖 3-2 所示： 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖圖 3-23-2 吸液式噴霧冷卻裝置原理圖吸液式噴霧冷卻裝置原理圖 1、手動截止閥 2、供氣單元 3、壓力繼電器 4、電磁控制閥 5、霧化器 6、儲液箱 7、噴嘴 3.2 霧化裝置的組成及零件設(shè)計霧化裝置的組成及零件設(shè)計 低溫冷風(fēng)霧化裝置的基本組成單元包括：空氣供給及冷卻裝置、冷卻液霧 化裝置和進氣裝置。采用低溫冷風(fēng)油霧化噴射系統(tǒng)實現(xiàn)深孔的亞干式切削，其 經(jīng)濟性和實用性是明顯的，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，操

39、作容易，效果突出。在加工中， 氣體的溫度是可控制的；冷風(fēng)的流量和壓力也是可以調(diào)節(jié)的，這可實現(xiàn)對不同 孔徑深孔的加工；在加工中切削液可被充分利用，同時其對刀具的冷卻、潤滑 是均勻的，冷風(fēng)可使切屑在較短的時間內(nèi)順利排出，這一切都減小深孔加工的 能耗、降低加工成本、提高綜合效益，而且能減小對工作場所及環(huán)境的污染。 3.2.1 空氣供給裝置及冷卻裝置空氣供給裝置及冷卻裝置 （1）空氣供給裝置 我們使用大功率壓縮機來提。由于流速要求較高，需選取 高功率的空氣壓縮機。選取水冷微油系列的空氣壓縮機，其參數(shù)如下表 3.1 所 示： 表表 3.13.1 空氣壓縮機主要參數(shù)空氣壓縮機主要參數(shù) （2）冷卻裝置 我們

40、采用循環(huán)壓縮式間接制冷，該方式使用低沸點的制冷劑， 由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和膨脹閥構(gòu)成閉環(huán)冷卻系統(tǒng)。根據(jù)制冷效率和蒸發(fā) 溫度選用適合氣體作為制冷劑。此種制冷方式廣泛用于家用冰箱及冷凍倉庫， 型號 功率 kw/hp 排氣量 m /min 3 氣桶容積 l 使用壓力 mpa 缸徑缸數(shù) 最高使用轉(zhuǎn)數(shù) rpm 包裝尺寸 lbh(cm) w4-10011/151.85000.8100480019887146 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 在溫度控制和能耗效率方面都比較理想。經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)的氣體由壓縮機加壓到 設(shè)定壓力，在冷凝器中液化后儲存到儲液器中，儲液器內(nèi)的高壓液體再在設(shè)定 壓力下經(jīng)膨脹閥減壓進

41、入蒸發(fā)器，蒸發(fā)吸熱將空氣冷卻后，再變成氣體回到壓 縮機，冷風(fēng)溫度可通過蒸發(fā)器內(nèi)的壓力和液體供給量來設(shè)定。此種制冷方式分 為蒸發(fā)溫度(壓力)式、冷凝溫度(壓力)式；按能耗方式分為單級壓縮循環(huán)、多 級壓縮二元冷凍循環(huán)等，在此我們選擇單級壓縮循環(huán)來提供冷風(fēng)，制冷方式采 用冷凝溫度(壓力)式。 3.2.2 霧化器的設(shè)計霧化器的設(shè)計 霧化器根據(jù)霧化液形成方式的不同分為吸液式霧化器和壓力供液式霧化器 兩種，其中吸液式霧化器是利用氣流通過噴嘴時對液體形成的抽吸效應(yīng)，帶上 液體，再與氣流一同噴出形成霧化液，其原理簡單，結(jié)構(gòu)小巧、使用方便，制 造容易，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用較多。 本設(shè)計中冷卻液霧化裝置我們采用吸液式

42、水油兩液箱霧化裝置，它是利用 高速氣流流過溶液出口時，在液體內(nèi)外表面產(chǎn)生壓力差而使液體上流，再利用 高速氣流對液膜產(chǎn)生摩擦分裂作用而把液體霧化的。這里的高速氣體是壓縮空 氣流，其原理如圖 3-3 所示 ： 圖圖 3-33-3 吸液式霧化器的原理圖吸液式霧化器的原理圖 圖中，當壓縮空氣通過截面 4 時，流速加快，在截面 3 與截面 4 之間形成 壓力差p=p -p ，在p作用下，冷卻液上流；當上流的冷卻液遇到從截 4, 3344, 3 面 4 通過的高速壓縮空氣時，冷卻液被分裂成細霧，其過程是：當高速氣流以 很高的速度(一般為 200300m/s，有時甚至達到超音速)從截面 4 通過時，溶 液的

43、上流速度并不大，因此，氣流與液流之間存在相當高的相對速度。彼此產(chǎn) 生摩擦，使液體被拉成一條條細長的絲。這些絲狀體在較細處很快斷裂，而形 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 成球狀小霧滴。絲狀體存在的時間，決定于氣體的相對速度和溶液的粘度。相 對速度越高，絲越細，存在時間越短，所得霧滴越細；冷卻液粘度越高，絲狀 體存在的時間越長;而氣體噴霧的分散度，取決于氣體流出的噴射速度、冷卻液 和氣體的物理性質(zhì)以及氣液比，氣液比對霧化粘度大的冷卻液是尤其重要的。 一般來說，增加氣體的噴射速度，可得到較細的霧滴，增加氣流對冷卻液的重 量比，則可以得到比較均勻的霧滴。將壓縮空氣經(jīng)分水濾氣器濾除水分等雜質(zhì)， 通過

44、電磁閥后一小部分進入冷卻液箱體，將冷卻液壓出到噴嘴；絕大部分壓縮 空氣經(jīng)調(diào)壓閥將壓力調(diào)至 0.320.35mpa 后經(jīng)軟管到噴嘴與冷卻液混合，霧化 后射到切削區(qū)。 進氣裝置，它是把霧化的切削液與冷風(fēng)進行混合后，輸送到切削區(qū)的裝置， 在深孔機床上，我們利用授油器并進行簡單的改造來完成，在進氣裝置中，一 定要使氣體通道密封不泄壓，同時為了保持切削液在通過氣體通道后仍能有好 的霧化效果，可以適當調(diào)節(jié)裝置壓力，即我們可以隨著加工深度的增加不斷增 加通道中的氣體流量，以保持切削區(qū)的冷風(fēng)量和切削液的油粒數(shù)。 由此可以確定其吸液式水油兩液箱霧化器結(jié)構(gòu)圖，如下圖 3-4 所示： 圖圖 3-43-4 霧化器裝置

45、霧化器裝置 1.吸液管 2、進氣管接頭 3.霧化器 4.密封墊 5.出氣管接頭 6.混合器 7.進油螺塞 8.油液箱 9.放油螺塞 3.3 冷卻液的選擇冷卻液的選擇 由于噴嘴噴出的冷卻液成霧狀，其中大部分噴到切削區(qū)，一小部分彌散在 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 空氣中，為了避免環(huán)境污染及對操作者造成傷害，冷卻液的選擇非常重要。適 宜作為低溫冷風(fēng)霧化用的冷卻液既要具有良好的冷卻性，還要具有較好的霧化 性，一般優(yōu)先選擇水溶性冷卻液及乳化液，為了保證冷卻液能充分霧化并較容 易地滲透到高溫切削區(qū)去，要求冷卻液的粘度盡可能低。因為在金屬加工中切 削熱主要來源于金屬的塑性變形，對切削區(qū)的冷卻過程就是

46、固體與流體之間的 傳熱過程。由于流體與固體分子之間的吸引力和流體粘度作用，在固體表面就 有一個流體滯流層，從而增加了熱阻。滯流層越厚，熱阻越大，而滯流層的厚 度主要取決于流體的流動性即粘度，而粘度值與滯流層的厚度成正相關(guān)，所以， 粘度小的流體冷卻效果比粘度大的流體冷卻效果好。 根據(jù)深孔加工特性，一般在加工小直徑深孔時應(yīng)選擇低粘度的切削液，以 降低粘滯阻力，減少液體能量損失為主；加工大、中直徑深孔時（d30mm） ，以 降低切削力，提高表面加工質(zhì)量，抑制加工變質(zhì)層，減少機械磨損為主，切削 液的粘度可選大一些，因此綜合以上各條件，選擇德國亞倫斯水溶性101-b型切 削液，它是一種中粘度全合成切削液

47、，具有使用周期長，防銹性能好，清洗、 冷卻性能好的特點，且易霧化，不易形成泡沫，是一種較理想的霧化冷卻液。 留日博士陳德成等人基于微量潤滑的思想，采用油膜附水滴作為冷卻潤滑劑， 并且在實驗中取得了很好的效果，也是一種綠色的理想霧化冷卻液。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 4 授油器的設(shè)計授油器的設(shè)計 授油器是深孔鉆削系統(tǒng)中不可缺少的一部分。其主要功能是正確引導(dǎo)鉆頭 并向切削區(qū)提供高速冷卻液，傳遞軸向力、夾緊力等，同時還起到支承鉆桿的 作用。授油器一般分為不旋轉(zhuǎn)式授油器和旋轉(zhuǎn)式授油器兩種，分別用于工件不 旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)兩種方式。而本設(shè)計是針對工件固定，刀具旋轉(zhuǎn)進給的加工方式的 鉆削系統(tǒng)設(shè)計，故采

48、用不旋轉(zhuǎn)式授油器。 4.1 不旋轉(zhuǎn)式授油器結(jié)構(gòu)及其原理不旋轉(zhuǎn)式授油器結(jié)構(gòu)及其原理 不旋轉(zhuǎn)式授油器結(jié)構(gòu)如下圖4-1所示： 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖圖 4-14-1 不旋轉(zhuǎn)式授油器不旋轉(zhuǎn)式授油器 不旋轉(zhuǎn)式授油器主要是由支架1、導(dǎo)向套2、深溝球軸承3、推力軸承4、軸 承套筒5、手輪6、支撐螺母7、密封圈8等組成。 其工作原理是：支架位于導(dǎo)軌托板上可以沿機床導(dǎo)軌移動并由下拉板與機 床固定。鉆孔時，旋轉(zhuǎn)手輪使伸縮軸即芯軸靠向工件表面，將前密封圈緊貼于 工件表面上，從而把授油器的伸縮軸端部與工件端面密封。霧化液由進液管通 過伸縮軸進入，經(jīng)由鉆頭體與導(dǎo)向套形成的環(huán)形縫隙進入切削區(qū)，冷卻并潤滑

49、鉆頭。后密封圈是為了防止霧化油液有鉆桿外部露出而設(shè)置的鉆頭進入工件時 由導(dǎo)向套引導(dǎo)穩(wěn)定鉆削，當導(dǎo)向套磨損后需及時更換。不旋轉(zhuǎn)式授油器主要用 于工件固定，刀具旋轉(zhuǎn)的深孔加工方式。 4.2 伸縮軸的設(shè)計伸縮軸的設(shè)計 在本設(shè)計中伸縮軸作為心軸使用，心軸只支承旋轉(zhuǎn)機構(gòu)而不傳遞轉(zhuǎn)矩，即 只受彎矩作用，而心軸又分為固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸兩種。 4.2.1 加工材料的選擇加工材料的選擇 該心軸屬于固定心軸只做軸向輕微運動。加工材料的選擇根據(jù)機械設(shè)計 手冊中軸的常用材料是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如35號鋼、45號鋼、和50號鋼，其 中以45號鋼最為常用。故采用45號鋼。 45號鋼的材料特性如表4.1所示： 西京學(xué)院本科畢

50、業(yè)設(shè)計（論文） 17 表表4.14.1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 抗拉 強度 b 屈 服 點 s 彎曲 疲勞 極限 1 扭轉(zhuǎn) 疲勞 極限 1 許用 靜應(yīng) 力 p1 許用疲勞 應(yīng)力 p1 材 料 品 牌 熱處 理 毛坯直徑mm 硬度 hb mpa 不小于mpampa 備 注 正火25241610360260150244173200 100170217600300240140240160184 正火 100300580290235135238156180 300500 162217 560280225130224150173 回火 50075015621754027

51、0215125216143165 45 調(diào)質(zhì)200217255650360270155260180207 應(yīng) 用 最 廣 泛 采用正火處理 表面淬火的理論根據(jù)，如下表4.2所示： 表表4.24.2 軸的表面淬火處理淬硬層軸的表面淬火處理淬硬層 由于心軸基本無沖擊和受力，故按載荷不大進行處理，其主要用于后部非 軸承部分處理。 4.2.2 伸縮軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計伸縮軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 伸縮軸是授油器中的主要零件。其作用是帶動前部軸承套及鉆套與工件壓 緊已達到密封作用。其結(jié)構(gòu)如圖4-2所示： 性能要求工作條件淬硬層深度mm備注 載荷不大0.51.5 耐磨載荷較大，或有沖 擊載荷作用 2.06.5 抗疲勞周期性彎

52、曲或扭轉(zhuǎn)3.012 中小型軸淬硬層深 度可按軸徑的 10%20%計算（直 徑40mm以上軸取上 限） 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖圖 4-24-2 授油器心軸授油器心軸 考慮到軸承為標準零件，表面粗糙度要求及較高的裝配要求，可確定前端 安裝軸承其內(nèi)徑為110mm；尾部外徑為螺紋以實現(xiàn)伸縮功能，由于授油器可以沿 著軌道移動故螺紋長度可定為30mm，用于壓緊密封圈。前軸肩是為了與軸承定 位而設(shè)計的，根據(jù)深溝球軸承的安裝要求而定為8mm而螺紋類型選擇根據(jù)要求， 需要傳動及自鎖，根據(jù)機械設(shè)計中螺紋部分其形式。對于上部的定位鍵槽 其基本尺寸為長30mm寬為10mm深度為12.5mm，其作用在于

53、固定心軸防止其旋轉(zhuǎn)， 與定位銷配合而實現(xiàn)伸縮軸的作用。在頂部同截面處有一進油口是使外部油液 進入授油器的內(nèi)腔的通道。 圓柱螺紋中，三角形螺紋自鎖性能最好。它分粗牙和細牙兩種，一般聯(lián)接 多用粗牙螺紋。細牙的螺距小，升角小，自鎖性能更好，常用于細小零件薄壁 管中，有振動或變載荷的聯(lián)接，以及微調(diào)裝置等。管螺紋用于管件緊密聯(lián)接， 矩形螺紋效率高，但因不易磨制，且內(nèi)外螺紋旋合定心較難，故常被梯形螺紋 所代替。鋸齒形螺紋牙的工作邊接近矩形直邊，多用于承受單向軸向力，因此 采用三角形螺紋。參考零件手冊中螺距p=1.5mm，其標記為m1211.5，由 于心軸本身不受力，只有軸承及軸承套的重量，故強度足夠不需校

54、核。 鋸形 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 5 負壓抽屑裝置的設(shè)計負壓抽屑裝置的設(shè)計 df 為英文 double feeder 的縮寫，原意為雙進油裝置，是 20 世紀 70 年代 中期日本冶金有限股份公司研制出來的。它并非獨創(chuàng)，而是將 bta 方法排出切 屑與噴吸鉆吸出切屑的方法相結(jié)合，僅用一個鉆桿完成推、吸雙重作用。它同 時具備了 bta 系統(tǒng)和噴吸鉆系統(tǒng)的優(yōu)點，并克服不足，使鉆削直徑范圍增大 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 （最小直徑可達 6mm） ，密封壓力減小，加工精度和效率提高。 5.1 dfdf 系統(tǒng)負壓抽屑機理系統(tǒng)負壓抽屑機理 df系統(tǒng)需要把切削液分成兩條路線分別供給授

55、油器和聯(lián)結(jié)器。約2/3的切削 液同bta系統(tǒng)一樣由授油器進入，并從鉆桿外壁與已加工孔表面之間的環(huán)形空間 到達鉆頭頭部，并將切屑從鉆桿內(nèi)部推出；另外1/3的切削液直接從鉆桿聯(lián)結(jié)器 的負壓裝置進入鉆桿內(nèi)腔，使鉆桿末端產(chǎn)生負壓抽吸作用，從而加速鉆頭喉部 至鉆桿內(nèi)腔整個排屑通道中的介質(zhì)流動，達到加速和順暢排屑的目的。 df系統(tǒng)配置示意圖，如圖5-1所示：. 圖圖 5-15-1 dfdf 系統(tǒng)配置示意圖系統(tǒng)配置示意圖 1、工件 2、中心架 3、bta 鉆 4、鉆套 5、輸油器 6、鉆桿 7、鉆桿夾頭 8、抽屑裝置 9、前噴嘴 10、后噴嘴 df 系統(tǒng)負壓抽屑原理：切削液經(jīng)負壓裝置高速射入排屑通道，與向外

56、流動 的切削液混合進行能量轉(zhuǎn)換。排屑通道中向后流動的切削液，在射流噴嘴口處 的能量轉(zhuǎn)換獲得能量，切削液流速得以提高。這樣，排屑通道內(nèi)向后流動的切 削液，在能量轉(zhuǎn)換前后的流速產(chǎn)生梯度，具有不同的能量，形成壓力差。在能 量轉(zhuǎn)換區(qū)前的切削液壓力低，在能量轉(zhuǎn)換區(qū)后的切削液壓力高，因而產(chǎn)生真空 區(qū)，即負壓區(qū)。在負壓區(qū)切削液的流動速度加快，提高了排屑效果。 5.2 旋轉(zhuǎn)式負壓式鉆桿聯(lián)結(jié)器旋轉(zhuǎn)式負壓式鉆桿聯(lián)結(jié)器 鉆桿聯(lián)結(jié)器的功用是支承鉆桿和排屑管，傳遞鉆削力矩和軸向力。對于吸 噴鉆系統(tǒng)和df系統(tǒng)，聯(lián)結(jié)器中還有負壓抽屑裝置，用于射流流量的調(diào)節(jié)。本設(shè) 計主要針對負壓式抽屑裝置的聯(lián)結(jié)器。df系統(tǒng)綜合了bta系統(tǒng)和

57、噴吸鉆系統(tǒng)的優(yōu) 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 點，將噴吸排屑加以結(jié)合，提高了排屑能力，目前鉆孔最小直徑可達6mm。但 是目前df系統(tǒng)配套的負壓機理是采用單錐面負壓通道，對于小口徑的難加工深 孔零件，存在排屑能力弱、負壓效果不明顯、加工精度低等現(xiàn)象。由于本設(shè)計 加工的孔徑為中大型，故不考慮雙錐負壓管道。 帶負壓抽屑裝置的聯(lián)結(jié)器可以做成旋轉(zhuǎn)式和不旋轉(zhuǎn)式，分別用于刀具旋轉(zhuǎn) 和工件旋轉(zhuǎn)加工方式。本深孔鉆削系統(tǒng)的加工方式是工件固定，故采用旋轉(zhuǎn)式 負壓式鉆桿聯(lián)結(jié)器，對不旋轉(zhuǎn)式鉆桿聯(lián)結(jié)器不予考慮。 旋轉(zhuǎn)式負壓式鉆桿聯(lián)結(jié)器的典型結(jié)構(gòu)，如圖5-2所示： 圖圖 5-25-2 旋轉(zhuǎn)式負壓抽屑裝置旋轉(zhuǎn)式負壓抽屑

58、裝置 1.底板 2.密封圈 3.配合套筒 4.前錐套 5.進油噴嘴 6.后錐套 7.鎖緊螺母 根據(jù)原有負壓抽屑器的結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進，對旋轉(zhuǎn)式負壓 抽屑裝置的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，以適應(yīng)刀具的轉(zhuǎn)動，考慮到刀具要轉(zhuǎn)動，在原 來的前噴嘴里加入轉(zhuǎn)動軸，刀桿與轉(zhuǎn)動軸連接，在轉(zhuǎn)動軸上套皮帶輪，通過皮 帶傳動，從而使得刀具轉(zhuǎn)動。切屑液通過進油噴嘴進入，經(jīng)由前錐套和后錐套 組成的錐形噴嘴射入鉆桿內(nèi)腔，向后噴射，形成負壓效應(yīng)。射流間隙依靠調(diào)節(jié) 后錐套調(diào)整，并用鎖緊螺母鎖緊，以達到最理想的負壓效應(yīng)。 5.3 dfdf 深孔鉆削中影響抽屑的因素深孔鉆削中影響抽屑的因素 在深孔鉆削加工過程中需要強制冷卻、潤

59、滑和排屑，所以必須要有一個獨 立的油路系統(tǒng)。目前常用的內(nèi)排屑深孔鉆削系統(tǒng)有bta系統(tǒng)、噴吸鉆和df系統(tǒng)等。 西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 不同的系統(tǒng)所對應(yīng)的油路系統(tǒng)也是不一樣的，本文以常用的df內(nèi)排屑深孔鉆削 油路為研究對象，其油路系統(tǒng)工作原理圖，如圖5-3所示： 圖圖 5-35-3 dfdf 系統(tǒng)油路工作原理圖系統(tǒng)油路工作原理圖 由圖 5-3 可知，df 內(nèi)排屑深孔鉆削油路系統(tǒng)主要由授油器、鉆桿、斷面密 封、油箱、油泵和電機等組成。經(jīng)研究得出油路系統(tǒng)的工作原理為：高壓切削 液進入授油器后通過鉆桿外部的環(huán)狀空隙流向鉆頭切削刃，完成冷卻、潤滑并 將切削刃上形成的切屑反向壓入鉆頭的出屑口，在

60、負壓抽屑裝置的作用下，通 過鉆桿內(nèi)部的空腔排出，再經(jīng)過濾網(wǎng)過濾后回到油箱中，重新供油泵使用，依 次循環(huán)往復(fù)。抽屑器負壓效應(yīng)的大小，首先取決于切削液通過錐形噴嘴間隙后 產(chǎn)生的軸向切削液動量。在已知鉆孔直徑和刀桿內(nèi)徑的前提下，影響軸向切削 液動量的主要因素為抽屑器通道所能提供的切削液總動量（切削液單位時間流 量及切削液流速） 、噴射角、噴射間隙以及切削液粘度等。由于排屑通道中的介 質(zhì)由切削液和切屑組成，其混合物的液流特性很難建立準確的數(shù)理模型，因此 通過優(yōu)化設(shè)計確定排屑通道各段的合理幾何參數(shù)配比，以最大限度地消除射流 盲區(qū)和紊流的產(chǎn)生，對負壓效應(yīng)有至關(guān)重要的影響，有利于抽屑器的排屑。 5.4 負壓