內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、前前 言言 機(jī)械制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱，在切削加工中，孔加工約占加工總量的三分之一，而深孔加 工又占孔加工的百分之四十。由于深孔是在封閉或半封閉的狀況下進(jìn)行，因此不能直接觀察刀具 的切削情況、切削熱不易傳散，而且捧屑困難、工藝系統(tǒng)剛性差，切削效果不理想。 本課題對(duì)深孔振動(dòng)鉆削的斷屑機(jī)理進(jìn)行了分析，并分析了實(shí)現(xiàn)可靠幾何斷屑的條件和影響力 學(xué)斷屑的因素；對(duì)振動(dòng)參數(shù)的選取進(jìn)行了分析，在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，提出振動(dòng)鉆削 參數(shù)選取原則；以現(xiàn)有理論為基礎(chǔ)，利用了現(xiàn)有的頻率、振幅可調(diào)的機(jī)械式雙偏心輪振動(dòng)發(fā)生器 和df負(fù)壓抽屑系統(tǒng)進(jìn)行了組合；并對(duì)df內(nèi)排屑負(fù)壓抽屑裝置的油路系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)；利用現(xiàn)有的

2、深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的新型小直徑內(nèi)排屑深孔鉆頭，組合設(shè)計(jì)出了具有振動(dòng)斷屑負(fù)壓內(nèi)排屑功能的 新型深孔加工系統(tǒng)。由于這里不能上傳完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)（完整的應(yīng)包括畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、 相關(guān)圖紙cad/proe、中英文文獻(xiàn)及翻譯等），此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容（目 錄及某些關(guān)鍵內(nèi)容）如需要其他資料的朋友，請(qǐng)加叩扣:二二壹五八玖一壹五一 本課題利用設(shè)計(jì)制造好的小直徑df深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)，對(duì)往年深孔振動(dòng)鉆削的試驗(yàn)研究進(jìn)行 了分析，分析結(jié)果證明本課題所設(shè)計(jì)的內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的鉆削效果良好、工藝可靠，并 且還對(duì)產(chǎn)生良好工藝效果的原因進(jìn)行了分析。 目目 錄錄 1.緒論緒論 .1 1.1 課題研究背景及意義.1 1.

3、2 國內(nèi)外研究狀況.1 1.3 低頻深孔振動(dòng)鉆削存在的問題.2 1.4 本課題主要研究的內(nèi)容.2 2.深孔振動(dòng)鉆削的斷屑機(jī)理深孔振動(dòng)鉆削的斷屑機(jī)理 .3 2.1 振動(dòng)切削斷屑的必要條件.3 2.2 雙偏心凸輪式振動(dòng)發(fā)生器振動(dòng)方程.3 2.3 深孔鉆頭的瞬間進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方程.4 2.4 切屑的形成機(jī)理.4 2.5 斷屑的數(shù)學(xué)分析.5 3.3.內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削裝置的分析內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削裝置的分析 .6 3.1 雙偏心輪式振動(dòng)鉆削裝置.6 3.1.1 振動(dòng)鉆削裝置結(jié)構(gòu)圖.6 3.1.2 振幅可調(diào)振動(dòng)鉆削裝置的理論分析.7 3.1.3 振動(dòng)裝置的特點(diǎn).7 3.2 內(nèi)排屑深孔鉆頭的設(shè)計(jì).8 3.3 df

4、 系統(tǒng)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) .8 3.4 油路的改進(jìn)設(shè)計(jì)原理.9 3.5 總體布局.9 4.4.深孔振動(dòng)鉆削過程分析深孔振動(dòng)鉆削過程分析 .9 4.1 深孔振動(dòng)鉆削時(shí)刀具角度變化和i的取值范圍.9 4.1.1 深孔振動(dòng)鉆削刀具角度變化.9 4.1.2 完全幾何斷屑條件下的 i 的取值范圍.10 4.2 深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的穩(wěn)定性.11 4.2.1 深孔振動(dòng)鉆削切削力分析.11 4.2.2 影響深孔振動(dòng)鉆削穩(wěn)定性的軸向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng).11 4.2.3 影響深孔振動(dòng)鉆削穩(wěn)定性的橫向振動(dòng)和彎曲振動(dòng).12 4.2.4 振幅損失.13 4.3 深孔振動(dòng)鉆削的工藝參數(shù)選取原則.13 5.5.總結(jié)總結(jié) .14 致致

5、 謝謝 .15 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .16 1.緒論緒論 1.1 課題研究背景及意義 深孔加工在切削領(lǐng)域占有很重要的地位。由于深孔鉆削是在封閉或半封閉的狀況下進(jìn)行，因 此不能直接觀察刀具的切削情況，切削熱不易傳散，而且排屑困難、工藝系統(tǒng)剛性差，切削效果 不理想。深孔加工過程切屑順利排出十分重要，由于深孔加工捧屑空問有限，因此對(duì)切屑形狀、 大小都有嚴(yán)格的要求。小口徑深孔鉆削加工時(shí)所形成的切屑，在切削液的帶動(dòng)和沖擊下必須能夠 順利地通過排屑通道排出。切屑能否斷成一定的形狀并能順利攤出關(guān)系到能否加工的問題；而切 屑的排出量和切屑切除率是否適應(yīng)，決定了刀具能否連續(xù)、高效地加工。通過分析以往實(shí)驗(yàn)得知， 只

6、要有一片切屑不能進(jìn)入排屑入口，就會(huì)造成切屑在入口處的聚集和堵塞，從而引起打刀，此時(shí) 若不立即停車，退出鉆頭，就會(huì)造成鉆桿扭曲、變形、甚至折斷或鉆頭扭斷、冷卻液噴出而中斷 加工。因此，斷屑和排屑問題在鉆削加工中，尤其是小口徑的深孔鉆削中十分重要，它是關(guān)系到 鉆頭及加工系統(tǒng)存在和發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。 內(nèi)排屑深孔鉆削與外排屑深孔鉆削的工作原理不同的是：高壓油經(jīng)輸油裝置由鉆桿與孔壁間 隙處輸入到切削區(qū)，再從鉆桿的內(nèi)孔中同切削液一起排出。內(nèi)排屑深孔鉆切削時(shí)不會(huì)劃傷已加工 孔表面，已加工表面質(zhì)量較好，排屑順暢；其鉆桿為圓形截面，扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲強(qiáng)度比槍鉆高， 因而可以采用較大的進(jìn)給量鉆削；排屑空間大，冷卻潤滑液

7、壓力比較低一般為0.5-3mpa。 振動(dòng)鉆削是振動(dòng)切削的一個(gè)分支，它與普通鉆削的區(qū)別在于鉆孔過程中通過振動(dòng)裝置使鉆頭 與工件之間產(chǎn)生可控的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)方式主要有三種，即軸向振動(dòng)(振動(dòng)方向與鉆頭軸線方向相 同)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(振動(dòng)方向與鉆頭旋轉(zhuǎn)方向相同)和復(fù)合振動(dòng)(軸向振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)加)。其中，軸向 振動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)，工藝效果良好，在振動(dòng)鉆削中占主導(dǎo)地位。振動(dòng)的激勵(lì)方式選擇雙偏心凸輪式振 動(dòng)裝置，此振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率為一百多赫茲，故稱為低頻振動(dòng)鉆削。振動(dòng)鉆削改變了傳統(tǒng)鉆削 的切削機(jī)理。在振動(dòng)鉆削過程中，當(dāng)主切削刃與工件不分離(不分離型振動(dòng)鉆削)時(shí)，切削速度、 切削方向等參數(shù)產(chǎn)生周期性變化：當(dāng)主切削刃與

8、工件時(shí)切時(shí)離(分離型振動(dòng)鉆削)時(shí)，切削過程變 成脈沖式的斷續(xù)切削。當(dāng)振動(dòng)參數(shù)(振動(dòng)頻率和振幅)、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速等選擇合理時(shí)，可明顯 提高鉆入定位精度及孔的尺寸精度、圓度和表面質(zhì)量，減小出口毛刺，降低切削力和切削溫度， 延長鉆頭壽命。 1.2 國內(nèi)外研究狀況 1984 年開始，吉林工業(yè)大學(xué)的王立江教授等對(duì)軸向振動(dòng)鉆孔的理論和工藝效果進(jìn)行了較為深 入和全面的研究，先后研制了超聲波和機(jī)械液壓電磁等振動(dòng)鉆孔實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在理論上，首先 突破了零向位差不能斷屑的傳統(tǒng)觀念，豐富了鉆削的切屑形成理論。他們還提出了振動(dòng)鉆孔的入 占定位理論，并且研究了振動(dòng)與毛刺的關(guān)聯(lián)性，在微小孔振動(dòng)鉆削領(lǐng)域提出了超聲亞諧區(qū)鉆頭獨(dú)

9、 立振動(dòng)模式理論，解決了鉆頭安裝長度影響振子頻率性的技術(shù)難題。在理論研究的同時(shí)，他們對(duì) 振動(dòng)鉆孔的工藝效果做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，分析了振動(dòng)鉆孔提高加工精度、表面質(zhì)量和延長鉆頭 壽命的機(jī)理、并且研究了上述幾種理論。 1986 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的劉明華教授在車床尾架上安裝鎳片式磁致伸縮換能器，用 7.5mm 的麻花鉆對(duì) 40cr 等材料做了超聲波軸向振動(dòng)鉆孔實(shí)驗(yàn)，結(jié)果使切削力下降，表面質(zhì)量和 孔徑精度明顯提高。劉明華教授還研制了安裝在臺(tái)鉆上的電磁振動(dòng)工作臺(tái)，在鈦合金 tc4 和鎳基 高溫合金 gh43 上軸向振動(dòng)鉆 1mm 的小孔，探討了鉆頭耐用度與振幅之間的關(guān)系，指出振幅過大 過小都不好，應(yīng)有一

10、最佳值，并且給出了耐用度與振幅的關(guān)系曲線。 1991 年，華中理工大學(xué)李偉用偏心機(jī)械扭轉(zhuǎn)振動(dòng)鉆槍鉆削鋁合金，也取得了鉆削力下降，表 面質(zhì)量提高的工藝效果。 1998 年，楊兆軍教授根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，提出通過改變進(jìn)給量來減少入鉆位置誤差的理論。 微孔鉆削入鉆時(shí)，鉆頭橫刃連續(xù)刮削工件，由于工件表面的不平整、鉆頭兩切削刃的不對(duì)稱等各 種因素，鉆尖受到橫向力的作用而產(chǎn)生偏移，使鉆頭偏移鉆入工件，而產(chǎn)生入鉆定位誤差。振動(dòng) 鉆削則改變了微孔鉆削的入鉆現(xiàn)象。入鉆時(shí)，鉆頭相對(duì)于工件做軸向振動(dòng)，橫刃作脈沖式旋轉(zhuǎn)楔 入工件，與工件表面時(shí)切時(shí)離。楔入時(shí)，鉆尖因橫向力作用而產(chǎn)生偏移，設(shè)偏移量 6，但進(jìn)入工 件表面分

11、離后，鉆頭將做以 6 為初始位移激勵(lì)的偏移衰減振動(dòng)，其動(dòng)力學(xué)模型可簡化為單自由度 振動(dòng)系統(tǒng)。通過計(jì)算和分析得出主切削刃全部鉆人工件之前，楔入次數(shù)越多，修正次數(shù)就越多， 入鉆位置誤差就越小的結(jié)論。顯然，減小鉆頭的進(jìn)給量，就增加修正次數(shù)，但將降低加工效率。 若控制機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，在入鉆階段施以較小的進(jìn)給量，而在鉆削階段再轉(zhuǎn)變成正常的進(jìn)給量，則 在保證加工效率的前提下可減少微孔鉆削的入鉆定位誤差。 1999 年池龍珠等人提出改變進(jìn)給量能降低出口毛刺的高度的理論，指出進(jìn)給量越小，出口毛 刺也越小，與恒進(jìn)給量相比可降低出口毛刺的 435598。 2000 年 1 月趙宏偉、李白軍等人又利用電控式微孔振動(dòng)鉆

12、床對(duì)多層復(fù)合材料的微孔振動(dòng)鉆削 進(jìn)行了試驗(yàn)研究，對(duì)不同材料層的加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而提出多層復(fù)合材料階躍式三參數(shù)振動(dòng) 鉆削新工藝。試驗(yàn)表明，階躍式三參數(shù)振動(dòng)鉆削的入鉆定位誤差 r、孔擴(kuò)量d、出口毛刺高度日 值比普通鉆削的相應(yīng)值顯著降低。 2000 年 10 月楊兆軍教授、王立平教授提出了三區(qū)段變參數(shù)振動(dòng)鉆削微孔的新工藝，探討并 研究了用非線性回歸求取各區(qū)段最佳振動(dòng)參數(shù)的方法，驗(yàn)證了以三區(qū)段最佳振動(dòng)參數(shù)作變參數(shù)時(shí)， 可以全面降低微孔加工誤差的工藝效果。 1978 年前蘇聯(lián)鮑曼工學(xué)院的鮑德拉耶夫通過實(shí)驗(yàn)研究提出了振動(dòng)鉆孔的沖擊理論。認(rèn)為振動(dòng) 時(shí)鉆頭橫刃的沖裁作用能明顯改善橫刃的切削條件，并運(yùn)用彈塑

13、性理論進(jìn)行了分析論證。 1980 年以后，振動(dòng)鉆孔開始由理論實(shí)驗(yàn)研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。美國工程技術(shù)人員研制出微小孔 振動(dòng)鉆床，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高速鉆床來加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油咀，提高了噴空的表面質(zhì)量和尺寸精度。 1987 年以來，日本的足立勝重和新井典久等人用安裝在 nc 銑床上的電液伺服低頻軸向振動(dòng)鉆削 裝置加工黃銅和不銹鋼、鈦合金等難加工材料，使切削熱下降 30%，改善了切削性能，提高了鉆 頭壽命。 1989 年前蘇聯(lián)鮑曼工學(xué)院成功開發(fā)了液壓低頻振動(dòng)鉆孔鉆床，用于加工 3mm 以上的難加工 材料，表面粗糙度達(dá)到 r。0.8m，加工效率提高兩倍。 縱觀振動(dòng)鉆削的國內(nèi)外研究狀況，目前還存在以下幾個(gè)問題：對(duì)

14、振動(dòng)鉆削的理論研究尚不 充分，還沒有形成完整的理論體系，已經(jīng)提出的理論具有較大的局限性，需要修正和完善，以充 分揭示振動(dòng)鉆削的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)；對(duì)振動(dòng)鉆削的工藝效果大多局限于直徑大于 1mm 的孔徑區(qū)域， 而直徑小于 0.5mm 的微小孔加工條件最為惡劣，而且加工數(shù)量與日俱增，所以，振動(dòng)鉆削微小孔 更具有實(shí)際意義，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究；迄今為止，對(duì)振動(dòng)鉆削的研究都屬于定參數(shù)振動(dòng)鉆削， 無法同時(shí)滿足鉆削三區(qū)段不同鉆削機(jī)理的要求以達(dá)到進(jìn)一步提高鉆孔的整體加工水平。因此，三 區(qū)段變參數(shù)振動(dòng)鉆削，特別是對(duì)微小孔的三區(qū)段變參數(shù)振動(dòng)鉆削是定參數(shù)振動(dòng)鉆削基礎(chǔ)上的一次 飛躍，是一個(gè)具有重要科學(xué)價(jià)值和意義的研究課題。

15、1.3 低頻深孔振動(dòng)鉆削存在的問題 盡管深孔振動(dòng)鉆削在各國科技人員的努力下，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但要真正實(shí)現(xiàn)加工過 程的高可靠性和自動(dòng)化，則還有很長的路要走。 目前深孔振動(dòng)鉆削還存在以下問題： 振動(dòng)鉆削的參數(shù)匹配現(xiàn)在仍然停留在加工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)這樣重要的問題進(jìn)行理論分析和 試驗(yàn)研究，以便建立可供加工過程中選用的參數(shù)匹配工程表格，對(duì)推廣振動(dòng)鉆削有重要意義。 我國所使用的槍鉆基本上都是由國外購買，鉆削成本高，麻花鉆由于其先天性的缺陷，難 以在超深孔加工中發(fā)揮作用。內(nèi)排屑深孔鉆不但設(shè)計(jì)制造成本低，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超深孔的加工， 所以設(shè)計(jì)制造內(nèi)排屑深孔鉆進(jìn)行振動(dòng)鉆削加工能帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 振動(dòng)鉆削

16、的優(yōu)良工藝效果已得到國內(nèi)外許多專家的肯定，但其推廣使用速度卻很慢。這主 要是由于目前振動(dòng)鉆削的激振裝置還很不穩(wěn)定，如超聲振動(dòng)系統(tǒng)往往存在結(jié)合面松動(dòng)，發(fā)熱疲勞 以及振幅波動(dòng)等缺點(diǎn)而限制了在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用；而機(jī)械激振系統(tǒng)的頻率受負(fù)載影響較大，一 般在加工過程中難以控制，振幅因系統(tǒng)彈性也會(huì)與預(yù)先的設(shè)定值相差甚遠(yuǎn)：電磁激振系統(tǒng)也存在 著類似的問題。激振裝置的穩(wěn)定性已成為振動(dòng)鉆削技術(shù)應(yīng)用和推廣最主要的制約因素，研究和制 造穩(wěn)定的激振裝置成了從事振動(dòng)鉆削加工科技人員的一個(gè)重要課題。 1.4 本課題主要研究的內(nèi)容 理論分析研究 在研究軸向振動(dòng)鉆削機(jī)理的基礎(chǔ)上，分析了軸向振動(dòng)鉆削斷屑幾何斷屑機(jī)理，提出了軸向

17、振 動(dòng)鉆削參數(shù)選擇原則。 振動(dòng)裝置的選擇和分析 用偏心凸輪機(jī)構(gòu)作為振動(dòng)鉆削系統(tǒng)發(fā)生器使產(chǎn)生的軸向振動(dòng)和鉆頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)復(fù)合在一起， 使得振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)適應(yīng)加工材料的新型小直徑深孔內(nèi)排屑鉆頭；選擇合理激振裝置，用直流電機(jī)變頻器控 制，使得振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，操作簡單、易控；振幅調(diào)節(jié)采用雙偏心輪機(jī)構(gòu)，使得振幅 可以適合不同加工狀況連續(xù)調(diào)節(jié)：將負(fù)壓抽屑機(jī)理應(yīng)用于深孔鉆削中，分析小直徑深孔鉆削系統(tǒng)， 該系統(tǒng)可用于小直徑內(nèi)排屑 df 振動(dòng)鉆削；對(duì) df 系統(tǒng)油路進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)；在各個(gè)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)制 造完成后，對(duì)振動(dòng)鉆削系統(tǒng)整體進(jìn)行布局。 工藝參數(shù)的選擇 振動(dòng)鉆削工藝參數(shù)包括

18、振動(dòng)參數(shù)（振幅a，頻率v）和切削參數(shù)（機(jī)床轉(zhuǎn)速n，進(jìn)給量f）兩部 分，該參數(shù)對(duì)小直徑深孔振動(dòng)鉆削至關(guān)重要。 2.2.深孔振動(dòng)鉆削的斷屑機(jī)理深孔振動(dòng)鉆削的斷屑機(jī)理 在切削加工中，如果工件韌性良好，且刀具不設(shè)斷屑槽，通常進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)共同作用 下，會(huì)產(chǎn)生厚薄均勻連續(xù)之帶狀切屑，這種長長的帶狀切屑在孔加工中，會(huì)聚集在狹窄的已加工 好的孔里面，它們極易卷成團(tuán)，這一方面會(huì)劃傷已加工好的孔之表面：另一方面也極易發(fā)生卡鉆 甚至斷鉆事故。深孔排屑常常應(yīng)用先進(jìn)的負(fù)壓原理，而只有斷屑才能使負(fù)壓將切屑順利吸出。 2.1 振動(dòng)切削斷屑的必要條件 （a） （b） （c） 圖 2-1 切屑形狀圖 韌性材料不斷屑之原因

19、在于切削是有一個(gè)勻速的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，致使斷屑厚薄均勻一致如圖 2- 1（a），如果給一變化的運(yùn)動(dòng)，到切屑兩側(cè)出現(xiàn)波浪形，如圖 2-1（b）中因波形在兩側(cè)面之頻 率振幅相位點(diǎn)會(huì)一致，切屑厚度沒有變化，因而也不會(huì)實(shí)現(xiàn)完全斷屑，在圖 2- 12 ss 1（c）中雖然切屑兩側(cè)腰形在頻率和振幅是相同的，切屑厚度且形成周期性變化。當(dāng)選擇 12 s s 好合理的振幅可以使，這是完全斷屑的必要條件。 2 0s 2.2 雙偏心凸輪式振動(dòng)發(fā)生器振動(dòng)方程 圖 2-2 偏心結(jié)構(gòu)（） 圖 2-3 偏心結(jié)構(gòu)（） 0 0 圖 2-2 是偏心凸輪結(jié)構(gòu)，該位置凸輪轉(zhuǎn)角，從動(dòng)位移。圖 2-3 凸輪轉(zhuǎn)過，從 0 0s 0 動(dòng)件位移，令

20、 v 是凸輪每秒鐘轉(zhuǎn)速，則，則偏心凸輪式振動(dòng)發(fā)生器的振動(dòng)方sinsa2 vt 程是： sin2savt （2.1） 這樣 a 是振動(dòng)方程之振幅，v 是振動(dòng)頻率。這種振動(dòng)發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是振動(dòng)方程能精確地反映 機(jī)構(gòu)的振動(dòng)情況，而有些振動(dòng)發(fā)生器由于機(jī)構(gòu)上的原因近似地符合正弦波曲線從而按正弦波推出 來的一些振動(dòng)方面的結(jié)論，也只能近似地符合發(fā)生器振動(dòng)情況。 2.3 深孔鉆頭的瞬間進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方程 圖 2-4 切削加工示意圖 在圖 2-6 中，工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)進(jìn)給量為，將工件右端面作為進(jìn)給的起碼位置，則鉆頭只f 在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)情況下某個(gè)瞬間離開右端點(diǎn)的距離為 60 r n lft （2.2） 其中 n 是工件每分鐘

21、轉(zhuǎn)數(shù)，是鉆頭在工件一轉(zhuǎn)時(shí)軸向移動(dòng)量，t 是秒。在通常的情況下 n 和f 是常數(shù)，所以是 t 的時(shí)間函數(shù)。在圖 2-6 工況條件下，鉆頭單刃切削，切屑厚度之兩側(cè)是刀f r l 刃在工件旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的，所以切屑厚度是鉆頭每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，即。 0 360f 當(dāng)使用偏心凸輪機(jī)構(gòu)作為振動(dòng)切屑發(fā)生器所產(chǎn)生的軸向振動(dòng)和鉆頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)復(fù)合在一起之 后，由于它們的運(yùn)動(dòng)方向是一致的，因此鉆頭的合運(yùn)動(dòng)只是簡單的數(shù)量疊加，而將式（2.1） （2.2）加起來，且令該合運(yùn)動(dòng)瞬間鉆頭離右端面的距離為， b l br lls 即 sin2 60 b n lftavt （2.3） （2.3）中的，雖然已不再是 t 的線性函數(shù)，即不再

22、是勻速直線運(yùn)動(dòng)，而是非勻速的直線運(yùn)動(dòng)。 b l 瞬時(shí)工件前半的時(shí)間是：， 60 p tt n 單位是秒。設(shè)在時(shí)間段內(nèi)刀具走過的距離為，則 p t p t q l 6060 sin2sin2 6060 qpp nn lftvtftv t nn aa （2.4） 在至 t 時(shí)間段內(nèi)刀具進(jìn)給量設(shè)為 p t s w 6060 2sincos 2 s vv wfavt nn （2.5） 顯然有兩部分組成，一部分是勻速進(jìn)給量，另一不煩有振動(dòng)引起進(jìn)給量 x wf s w 即 xs wfw 所以： 6060 2 sincos 2 x vv wavt nn （2.6） 進(jìn)給量是時(shí)間的函數(shù)，說明加上振動(dòng)切削后，形

23、成了一個(gè)隨時(shí)間而變的進(jìn)給量它可以沿切 s w 屑面形成波浪形，這就給斷屑創(chuàng)造了條件。 2.4 切屑的形成機(jī)理 切屑形成是在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)下形成的，一個(gè)是軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；另一個(gè)是工件做轉(zhuǎn)動(dòng)。將軸向運(yùn)動(dòng) 作為 y 軸，工件在切削點(diǎn)的速度的反方向?yàn)?x 軸，由于軸向進(jìn)給量相對(duì)工件切削速度來說比較小， 可以認(rèn)為是 yx 具體來說切屑厚度方向是 y 軸而切屑長度方向是 x 軸。而切屑厚度是擴(kuò)孔時(shí)的工 件內(nèi)外半徑之差。即 z 軸，圖中沒有畫出。 所以圖 2-1（a） （b） （c）就是將 y 軸作為橫坐標(biāo)，x 軸作為縱坐標(biāo)的切屑圖。 在與 時(shí)間內(nèi)，工件轉(zhuǎn)，刀具完成切屑側(cè)面一轉(zhuǎn)。形成了切屑側(cè)面波浪形，當(dāng)我們希 p

24、tt 0 360 望獲得圖 2-3 的切屑側(cè)面圖形為此作以下分析。 2.5 斷屑的數(shù)學(xué)分析 由（2.6）式可見，當(dāng)，則為整數(shù)。此時(shí)（2.6）式。它可分為兩種情況： 60 sin0 v n 60v n 0 z w 1 .因?yàn)楣ぜ霓D(zhuǎn)速 n 不會(huì)是 0，但，則必須，即振動(dòng)頻率為 0，即沒有振動(dòng)。當(dāng) 60 0 v n 0v 然為 0，由 （2.5）式可知是勻速進(jìn)給量即切屑側(cè)面沒有波形，即圖 2-1(a)切屑圖。 s wf 2.當(dāng)，則則，表示工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，偏心凸輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，即工件 60 1 v n 60 sinsin0 v n 0 z w 轉(zhuǎn)時(shí)，偏心凸輪正好轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，完勝一個(gè)完整的正弦曲線振動(dòng)波形。工件一

25、轉(zhuǎn)完成一個(gè)完整的正 0 360 弦波形，接著下一轉(zhuǎn)又完成一個(gè)完整的正弦波形，所以切屑的側(cè)面的波形，振幅，頻率，相位完 全相同。這就是圖 2-1(b)，雖然切屑在軸向上的厚度均是，有波形也不能斷屑。而且當(dāng)f 也和時(shí)相同均出現(xiàn)圖 2-1(b)情況。 60 2,3,4. v n 60 1 v n 綜合以上兩種情況：當(dāng)取整數(shù)時(shí)是不會(huì)出現(xiàn)完全斷屑的。 60v n 從（2.6）式可見，只有不是整數(shù)，使切屑的側(cè)面波形從工件一轉(zhuǎn)到下一轉(zhuǎn)中不是完整波 60v n 形，這樣切屑兩側(cè)面波形的相位差形，這樣就可能完成斷屑。由（2.5）式可知 時(shí)剛好實(shí)現(xiàn)完全斷屑。 6060 2 sincos 20 s vv wfavt

26、 nn 對(duì)時(shí)間的倒數(shù)為： s w 6060 4sinsin 2 s dwvv a vvt dtnn （2.7） 如果令，即求變化中的極值。由于只有使，由此解出 來， 0 s dw dt s w sin0 v n 2 sin0 60 vtv n t 即： 60 20 60 2 v vt n v vt n 則 1 2 30 301 2 t n t nv 將，代入（2.5）得： 1 t 2 t 1 2 60 2 sin 60 2 sin s s v wfa n v wfa n （2.8） 如果使,和必有一個(gè)等于零。0 s w 1s w 2s w 則 或 1 60 2 sin f a v n 1 60

27、 2 sin f a v n 從（2.8）可以看出不可能是 0，1，2，3，6，.，否則，因?yàn)檎穹?a 是不可能 60v n a 無窮大。使 a 取正值，所以將加上絕對(duì)值符號(hào)，因此 60 sin v n max 60 2sin s v wfa n min 60 2sin s v wfa n （2.9） 1 260 sin f a v n 可知當(dāng) 60 1 3 5 7 ,. 2 2 2 2 v n 得 60 sin1 v n min 2 f a 把它代入（2.9）式可得 max min 22 2 20 2 s s f wff f wf （2.10） 即切屑形狀呈圖 2-7 所示： 圖 2-5 切

28、屑形狀圖 由圖可知實(shí)現(xiàn)了幾何斷屑，切屑形成切削層由薄到厚的切削形態(tài)。 3.3.內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削裝置的內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削裝置的分析分析 3.1 雙偏心輪式振動(dòng)鉆削裝置 3.1.1 振動(dòng)鉆削裝置結(jié)構(gòu)圖 圖 3-1 振動(dòng)裝置實(shí)體圖 圖 3-2 振動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖 如圖 3-2 所示，通過皮帶輪直流電動(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(duì)位置，然后通過兩端螺母壓緊，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)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

29、作軸向振動(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。 3.1.2 振幅可調(diào)振動(dòng)鉆削裝置的理論分析 (a) (b) (c) 圖 3-3 振動(dòng)裝置工作情形圖 如圖 3-3 中，中心軸圓心為,偏心套 1 外圓圓心為，偏心套 2 外圓圓心為，由于偏心 1 a 2 a 3 a 套 1 和中心軸為緊配合，偏心套 1 和回轉(zhuǎn)中心就是，偏心套 2 繞偏心輪 1 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際是繞 3 a 轉(zhuǎn)動(dòng)，那么整體形成的偏心距就是到的距離。設(shè)偏心套 1 與偏心套 2 的偏心距都為 e， 2 a 1 a 3 a 與的夾角為。 12 a a 23 a a02a

30、a 如圖 3-3（a）所示： 振幅=。 13 2 sin 2 a a ae 兩個(gè)極限位置： 當(dāng)時(shí)，和重合。如圖 3-3（b）所示：0a 1 a 3 a 振幅= 13 0a a 當(dāng)時(shí)，和成直線。如圖 3-3（c）所示： 1 a 2 a 3 a 振幅= 13 2a ae 這樣只要調(diào)節(jié)的值就能調(diào)節(jié)振幅，而偏心套 1 和偏心套 2 為松配合，可以方便調(diào)節(jié)的值，aa 而可調(diào)最大振幅為 2e，可調(diào)最小振幅為 0e 取 0.25mm，可調(diào)振幅范圍 00.5mm。 由上所知，振幅隨兩偏心套間的轉(zhuǎn)過的角度而變化，如圖 3-4 所示 圖 3-4 振幅隨轉(zhuǎn)角變化曲線 當(dāng) e=0.25mm 由表 3-1 可得到所需振

31、幅： 表表 3-13-1 e=0.25e=0.25 時(shí)部分振幅表時(shí)部分振幅表7 7 （ （mmmm） 角度振幅角度振幅角度振幅振幅 00.000210.091420.179 30.013240.104450.191 60.026270.117480.203 90.039300.129510.212 120.052330.142540.227 150.065360.155570.239 180.078390.167600.250 3.1.3 振動(dòng)裝置的特點(diǎn) 1）用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)裝置，振動(dòng)頻率在 0-100hz 內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)； 2）偏心量可以調(diào)節(jié)，不僅降低了偏心輪的制造精度和制造難度，且使調(diào)整振幅

32、方便可靠，振 幅在 00.5mm 的較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，適應(yīng)性強(qiáng)； 3）用高精度軸承取代了傳統(tǒng)機(jī)械偏心式振動(dòng)裝置中的滾輪，摩擦力??；滾動(dòng)軸承依靠偏心輪 甩起的潤滑油自然潤滑，效果良好，減小了磨損； 4）結(jié)構(gòu)更加緊湊，易于在機(jī)床上安裝，操作；整個(gè)裝置使用壽命長，性能穩(wěn)定，可靠。 3.2 內(nèi)排屑深孔鉆頭的設(shè)計(jì) 小直徑 df 內(nèi)排屑深孔鉆的結(jié)構(gòu)如圖 3-5 所示，鉆頭刃形采用單刃內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)、由內(nèi)刃、 外刃、鉆尖、分屑臺(tái)、導(dǎo)向塊和排屑孔組成。鉆頭頭部采用“t”型整體硬質(zhì)合金直接與鉆桿焊接 而成，制造工藝簡單，成本低廉。 圖 3-5 小直徑內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)圖 其特點(diǎn)是： （1）分屑槽為魚肚形，既方

33、便刃磨，又保證了左右兩刃的側(cè)后角，有利于提高鉆刃的耐用 1 a 度，有利于可靠完全分屑。 （2）尖高和比較低，可以大大縮短入鉆，出鉆的時(shí)間，提高鉆頭的耐用度。 1 h 2 h （3）內(nèi)刃偏角比較大，有利于加高孔底反錐尖的高度，有利于加強(qiáng)定心精度，有利于提 rg 高鉆削精度。 （4）分屑槽將外刃分割成兩段，且兩段的余偏角及各不想等，有助于完全分屑和加強(qiáng) 1r 2r 孔底的定心作用，有利于可靠斷屑和平穩(wěn)鉆削。 3.3 df 系統(tǒng)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 影響 df 系統(tǒng)加工效果的兩個(gè)關(guān)鍵部件負(fù)壓抽屑裝置和授油器。故本課題根據(jù) df 系統(tǒng)內(nèi)排屑 原理組合了可調(diào)間隙負(fù)壓抽屑裝置如圖 3-6 所示，圖 3-7 是

34、結(jié)構(gòu)簡圖，把他結(jié)合振動(dòng)裝置應(yīng)用于 振動(dòng)深孔加工試驗(yàn)中。 錐體殼體 圓柱銷套體 調(diào)整體 緊固螺母 負(fù)壓軸 圖 3-6 負(fù)壓裝置實(shí)物圖 圖 3-7 負(fù)壓抽屑裝置結(jié)構(gòu)簡圖 應(yīng)用流體力學(xué)負(fù)壓效應(yīng)原理，使 bta 產(chǎn)生一個(gè)從排屑通道后方抽吸切屑的作用，但是爭(zhēng)議有 二，df 系統(tǒng)將“魚鱗槽”改為內(nèi)外形噴嘴，將雙管還原為單管，使鉆桿與抽屑器分離，無疑為一 大改進(jìn)，但是還有缺點(diǎn)：（1）魚鱗槽在結(jié)構(gòu)和工藝上無法充分發(fā)揮負(fù)壓效應(yīng)的目的，因而抽屑效 果不明顯；（2）為使前后液流分開而加設(shè)一根外管，既占用了供油，排屑通道的寶貴空間，又增 加了刀具的制造成本。 3.4 油路的改進(jìn)設(shè)計(jì)原理 前油路（通向輸油器和鉆頭切削刃

35、）的作用是將切屑平穩(wěn)地送入出屑口，其壓力和流量并非 越大越好，油壓過大反而形成切屑瞬間堵塞出屑口，造成切屑“塞實(shí)” ，抽屑無效果。后油路的作 用（通向抽屑器）是在刀桿末端形成巨大的負(fù)壓，從而形成出屑口的切屑加速通過鉆頭喉部這一 堵屑危險(xiǎn)區(qū)，一旦切屑進(jìn)入鉆桿圓形空腔，其高速流動(dòng)成為現(xiàn)實(shí)，不回再發(fā)生堵塞，因此必須對(duì) 后油路的壓力，流量單獨(dú)控制。規(guī)定后油路流量為總流量 1/3 在理論和實(shí)踐上是毫無根據(jù)的。 觀國內(nèi)外深孔加工現(xiàn)象后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有深孔加工系統(tǒng)中采用的冷卻潤滑液系統(tǒng)幾乎全部是定量 油泵供油，流量及壓力分別由流量控制閥和溢流閥控制。當(dāng)通道需要流量小于油泵輸出流量時(shí)， 多余的油經(jīng)溢流閥流回油箱。溢

36、流閥使傳統(tǒng)進(jìn)口壓力基本穩(wěn)定在調(diào)定值。流量控制閥出口壓力取 決于通道載荷，即出口壓力隨載荷的變化而變化。 改進(jìn)后的油路為下圖： 圖 3-8 改進(jìn)后的油路圖 3.5 總體布局 完成分系統(tǒng)和組件的設(shè)計(jì)后，在機(jī)床的大托盤上安裝振動(dòng)裝置，調(diào)整震動(dòng)軸與機(jī)床主軸同心： 鉆桿前加授油器，振動(dòng)裝置后加設(shè)負(fù)壓抽屑裝置，改進(jìn)后的油路分兩路油管，一路接授油器，一 路接負(fù)壓裝置，這樣就組成了如圖 3-9 所示的振動(dòng)鉆削系統(tǒng): 工件機(jī)床中心架授油器鉆桿支撐架負(fù)壓抽屑裝置振動(dòng)裝置 電機(jī) 圖 3-9 內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)總體布局 4.4.深孔振動(dòng)鉆削過程分析深孔振動(dòng)鉆削過程分析 4.1 深孔振動(dòng)鉆削時(shí)刀具角度變化和 i 的

37、取值范圍 4.1.1 深孔振動(dòng)鉆削刀具角度變化 振動(dòng)鉆削由于其所施加軸向振動(dòng)的影響，實(shí)際切削速度的大小和方向都在不停的發(fā)生變化， 從而造成切削角度的的變化。振動(dòng)鉆削引起的刀具角度的周期性變化可以比較容易推導(dǎo)出來。若 以表示瞬時(shí)進(jìn)給速度，則由式（2.3）得： s v (4.1) 2cos 2 60 b s dlfn vvavt dt 所以鉆頭前，后角的動(dòng)態(tài)變化量為： (4.2) 60cos 2 arctancos 2 vavtf k rrn 其中項(xiàng)是由進(jìn)給速度引起的，而項(xiàng)是由振動(dòng)引起的。若鉆頭的刃磨后角為，刃 2 f r 60cos 2vavt rn 0 a 磨前角為，實(shí)際工作軸后角為，實(shí)際工作

38、軸向前角為，則的變化范圍為， 0 r oc a oc r oc a 00 aa 的變化范圍為。圖 4-1 是振動(dòng)鉆削時(shí)刀具軸向前角，后角的變化情況。 oc r 00 rr 圖 4-1 振動(dòng)鉆削刀具軸向前后角變化 由此可見，在振動(dòng)鉆削過程中，鉆頭實(shí)際工作前角與進(jìn)給量 f，振動(dòng)頻率 v，振幅 a，主偏 角，主軸轉(zhuǎn)速以及刀刃的切削半徑 r 有關(guān)。k 另外，實(shí)際工作后角不能小于零，否則會(huì)導(dǎo)致鉆頭嚴(yán)重磨順和鉆桿沖擊振動(dòng)，甚至崩刃。 oc a 因此，為防止出現(xiàn)負(fù)后角，刃磨后角必須大于， 即 ， 0 a max 0max tantana 其中 。 max 60 arctancos 2 fva k rrn 于

39、是有 0 tan 60cos2 anf var kr （4.3） 在其他條件都已確定的情況下，可以參考上式選取振動(dòng)頻率和振幅 a。 4.1.2 完全幾何斷屑條件下的 i 的取值范圍 設(shè)工件轉(zhuǎn)一周刀具的振動(dòng)次數(shù)稱為重疊系數(shù)，用 j 表示，則，其中 k 表示整體 60v jki n 部分，i 表示小數(shù)部分，規(guī)定，那么相鄰兩轉(zhuǎn)之間的刀具的相位差是即0.50.5i 0 2 i 0 2 i 實(shí)現(xiàn)完全斷屑必須瞞足的條件 可知 i 必須滿足： arcsinarcsin 1 22 2 ff aa i （4.4） 由于規(guī)定了，所以可知 i 的選取，0.50.5i arcsin 2 0.5 arcsin 2 0.

40、5 f a i f a i （4.5） 得出當(dāng)振幅 a 和進(jìn)給 f 確定后，實(shí)現(xiàn)完全幾何斷屑時(shí) i 的取值范圍。 4.2 深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的穩(wěn)定性 影響鉆削穩(wěn)定性的因素很多，但歸根結(jié)底是由切削力引起的。與非振動(dòng)鉆削相比，振動(dòng)鉆削 由于有強(qiáng)迫振動(dòng)的介入，其穩(wěn)定性問題就更為復(fù)雜。 低頻軸向振動(dòng)鉆孔時(shí)，鉆削系統(tǒng)實(shí)際為彈性體，由于切削力的周期性變化，勢(shì)必引起系統(tǒng)的 振動(dòng)，表現(xiàn)為鉆頭的軸向振動(dòng)；鉆桿的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；鉆稈的橫向擺振；鈷桿的彎曲振動(dòng)。這些振動(dòng) 分別由變化的軸向力、扭矩、主切削力所引起。 4.2.1 深孔振動(dòng)鉆削切削力分析 在普通鉆削時(shí)，軸向力和扭矩可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，而振動(dòng)鉆削由于瞬時(shí)進(jìn)給量的周期

41、性變化， 鉆削軸向力和扭矩也發(fā)生周期性的變化受力圖見圖4-2，同時(shí)徑向力和導(dǎo)向塊上的反力，也發(fā)生周 期性的變化。在完全幾何斷屑時(shí)，由于切屑在切削在切削面積為零處自動(dòng)分離，其理論切削力是 以為周期的函數(shù)，但由于切削面積并非按正弦規(guī)律變化，所以實(shí)際瞬時(shí)切削力也并非按正弦規(guī)2 律變化。 圖4-2 鉆頭受力簡圖 圖4-3理論切削力波形 4.2.2 影響深孔振動(dòng)鉆削穩(wěn)定性的軸向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 假設(shè)軸向力，扭矩和主切削力隨軸向切削厚度而線性變化，實(shí)際上對(duì)于不完全幾何斷屑，瞬 時(shí)進(jìn)給量安按正弦規(guī)律變化時(shí)，鉆削扭矩和主切削力也是按正弦規(guī)律變化的，軸向力的變化近似 于正弦規(guī)律。所以，假設(shè)所有的激振力都是時(shí)間t的

42、正弦函數(shù)，各激振力，扭矩的變化和切削厚度 的變化之間沒有相位差。 為研究軸向振動(dòng)，建立圖4-4所示的模型，刀柄處的振動(dòng)為，圖4-7中為鉆頭 3 sinxatx 的瞬時(shí)位移，為鉆頭的質(zhì)量。m 圖4-4 軸向振動(dòng)模型 當(dāng)m=2時(shí)得瞬時(shí)軸向進(jìn)給量為 2 2 sincos 22 xtx fffat （4.6） 由于進(jìn)給量的變化而產(chǎn)生的瞬時(shí)軸向力為 0sin sin 22 xt fft （4.7） 式中 -激振力的力幅 0 f - 相鄰兩轉(zhuǎn)刀刃軌跡波形間的相位差。 故，可得出動(dòng)力學(xué)方程 0 1 sinsinsin 22 mxkxftakt （4.8） 式中 -鉆頭的瞬時(shí)位移；x -鉆頭的瞬時(shí)加速度；x

43、-系統(tǒng)的彈性系數(shù)；k -系統(tǒng)的固有頻率， n n k m -激振力頻率； -模型的質(zhì)量。m 解方程可得： 0 2222 sin 1 2 sinsin 2 nn f ak xtt mm （4.9） 其中，是由軸向切削力周期性變化而引起的；是由刀 0 22 sin 1 2 sin 2 n f t m 22 sin n ak t m 柄的振動(dòng)引起的。 令 ， 一般 0 1 22 sin 2 n f a m 2 22 n ak a m 21 aa 即 sin xat （4.10） 其中 1 12 sin tan sin 2 a aa 22 1122 2sin 2 aaa aa （4.11） 其中 -振

44、動(dòng)鉆削時(shí)鉆頭的振幅。 a 可以看出：當(dāng)，時(shí)，0.5i 1212 1 sinsinsin 2 xatataat （4.12） 總體分析：當(dāng)時(shí)，鉆頭的軸向激振力的幅值最大，所受沖擊最大；當(dāng)時(shí)，鉆頭軸0.5i 0i 向激振力的幅值最小，所受振動(dòng)沖擊最?。划?dāng)時(shí)，鉆頭振幅將無限大，即系統(tǒng)達(dá)到共振， n 要設(shè)法避開；刀柄的振幅越大，鉆頭的振幅越大。 4.2.3 影響深孔振動(dòng)鉆削穩(wěn)定性的橫向振動(dòng)和彎曲振動(dòng) （一）橫向振動(dòng) 由于徑向力以及主切削力的周期性變化，使得壓向塊的合力及導(dǎo)向套上的支反力也周期性變 化。導(dǎo)向塊在軸向位置上滯后于切削刃，這樣主切削力與導(dǎo)向塊所受的支反力形成一力偶 n f （見圖4-5） ，

45、也隨瞬時(shí)軸向切削厚度周期性的變化。又由于導(dǎo)向塊的倒錐量，導(dǎo)向塊后 n m n m xt f 部與孔壁間存在間隙，使得周期變化的力偶引起鉆桿產(chǎn)生橫向振動(dòng)。導(dǎo)向塊與主切削刃軸向距 n m 離很小，產(chǎn)生的力偶也很小，所以橫向振動(dòng)一般不是很嚴(yán)重，但是如果振動(dòng)頻率接近橫向振動(dòng)的 固有頻率就會(huì)發(fā)生共振，這是應(yīng)該避免的。 圖4-5 鉆頭受到周期性的力偶 圖4-6 軸向力不過鉆頭軸心 （二）鉆桿的彎曲振動(dòng) 一方面，由于周期性力偶的存在，必然會(huì)使鉆桿發(fā)生彎曲振動(dòng)；另一方面，當(dāng)采用了單刃刀 具時(shí)，切削時(shí)軸向力的合力不是作用在鉆頭中心（如圖4-6） ，偏置的軸向力必然引起鉆桿的彎曲， 由于軸向力的周期性變化，同時(shí)也

46、會(huì)引起鉆桿的彎曲振動(dòng)。鉆桿的彎曲振動(dòng)是這兩種振動(dòng)的合成。 當(dāng)振動(dòng)頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，同樣產(chǎn)生共振，也應(yīng)該避免。 4.2.4 振幅損失 振幅對(duì)斷屑和控制斷屑尺寸有很重要的作用，從振動(dòng)裝置傳遞出的振幅值a到達(dá)切削刃時(shí)，由 于工藝系統(tǒng)本身固有的缺陷，必然產(chǎn)生損失，這種損失給人為控制振動(dòng)鉆削加工過程帶來了極大 的困難。 在低頻軸向振動(dòng)鉆削加工的凸輪-鉆桿（刀具）-工件系統(tǒng)中，影響振幅損失因數(shù)主要有三種： （1）凸輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件的慣性力較大，整個(gè)機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)生彈性變形，使得鉆桿工作端的 實(shí)際位移小于凸輪機(jī)構(gòu)預(yù)設(shè)的振幅值； （2）由于鉆桿剛性較差，鉆桿受壓后發(fā)生彎曲變形； （3）工件收到周期性的沖

47、擊后，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)，出現(xiàn)一定振幅的振動(dòng)，該振動(dòng)與激振存在 相位差，產(chǎn)生振幅損失。 在小直徑深孔振動(dòng)鉆削中，當(dāng)工藝系統(tǒng)各部分都可靠連接的情況下，振幅損失主要是由鉆桿 的剛性不足引起的。在如圖4-7所示的模型中，振幅的損失率 22 1122 100%1100% 2sin 2 1100% aaa aa aa aa a （4.13） 當(dāng)，時(shí)，達(dá)到最小，振幅損失最?。?i 0 1100% a a 當(dāng)，時(shí)，達(dá)到最大，振幅損失最大。0.5i 21 1100% aa a 通過以上分析可以得出減小振幅損失的途徑有： （1）在保證斷屑的前提下，減小相位差。 （2）適當(dāng)加大振幅a，但不能太大，否則增大會(huì)使鉆頭承受

48、的周期切削力幅值太大，沖擊增 大，影響鉆頭壽命。 （3）增大彈性系數(shù)k，即增大鉆桿的剛度。 4.3 深孔振動(dòng)鉆削的工藝參數(shù)選取原則 振動(dòng)鉆削工藝參數(shù)包括振動(dòng)參數(shù)（振幅a，振動(dòng)頻率v）和切削參數(shù)（機(jī)床轉(zhuǎn)速n，進(jìn)給量f） 兩部分，該參數(shù)對(duì)小直徑深孔鉆削至關(guān)重要。 因此，選取振動(dòng)參數(shù)時(shí)必須根據(jù)加工情況，仔細(xì)分析，綜合考慮各項(xiàng)因數(shù)選擇。 （1）進(jìn)給量f的選取原則 根據(jù)被加工材料的材質(zhì)，孔的直徑和加工精度要求，考慮與振幅a的匹配以及機(jī)床的實(shí)際情況， 選取適當(dāng)?shù)闹怠?（2）轉(zhuǎn)速n的選取原則 轉(zhuǎn)速直接影響切削速度，小直徑孔鉆削時(shí)，由于孔徑小，切削速度不會(huì)很高，所以根據(jù)材質(zhì)， 考慮加工效率，初步確定轉(zhuǎn)速范圍，

49、一般轉(zhuǎn)速可以取較大的值，同時(shí)要考慮頻轉(zhuǎn)比。 60v n （3）振動(dòng)頻率v的選取原則 選取振動(dòng)頻率v時(shí)，應(yīng)首先使加工過程穩(wěn)定良好，使用中，在保證斷屑和考慮排屑空間對(duì)切屑 尺寸的制約作用的基礎(chǔ)上，選取較低的v值，這樣加工過程中穩(wěn)定性更好一些，同時(shí)適合長度的切 屑對(duì)加工質(zhì)量的提高也有利。 （4）振幅a的選取原則 一般來說，加工中的振幅越大，鉆頭所受的沖擊也就越大，使鉆頭的磨損加快。所以選擇a值 時(shí)，在滿足斷屑的情況下，選較小值，以減小切削力的波動(dòng)，避免出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)而影響加工質(zhì)量。 同時(shí)配合i的取值，確保最小瞬時(shí)實(shí)際進(jìn)給量不要過小，一般實(shí)際中。對(duì)于小直徑深 minx f 2 1 4 a f 孔鉆削，要考慮振幅損失，給定的值可以取得較大。2a f 在具體制定振動(dòng)鉆削參數(shù)時(shí)，可以按以下步驟進(jìn)行： （1）