槍鉆系統(tǒng)加工中的輔具設(shè)計

1、中北大學(xué)屆畢業(yè)設(shè)計說明書目 錄1引言12現(xiàn)代深孔加工技術(shù)簡析32.1槍鉆系統(tǒng)32.2 bta系統(tǒng)92.3 df系統(tǒng)132.3.1 內(nèi)排屑df系統(tǒng)162.3.2 外排屑df系統(tǒng)173深孔鉆系統(tǒng)輔具173.1輸油器173.1.1 bta輸油器183.1.2槍鉆輸油器203.2排屑器213.2.1槍鉆排屑器213.2.2 bta鉆排屑器213.2.3 df系統(tǒng)排屑器223.3工件和鉆桿支承裝置234槍鉆輔具設(shè)計234.1槍鉆排屑器設(shè)計234.1.1導(dǎo)向套244.2槍鉆輸油器設(shè)計254.2.1彈簧夾頭265結(jié)論28參考文獻(xiàn)：29致謝311引言深孔加工技術(shù)一般是指加工長徑比即孔全長與孔徑之比很大，因而為

2、通用工具、機床所不能勝任而必須采用的特殊工藝、工具及設(shè)備在機械制造領(lǐng)域中，深孔加工、齒輪加工等都是制造業(yè)的重要分支領(lǐng)域，與一般制造工藝技術(shù)相輔相成,在機械制造領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位近代深孔加工技術(shù)是因槍、炮管制造的需要而發(fā)展起來的直到第二次世界大戰(zhàn)時期,深孔加工工具與設(shè)備腸以上用于兵器制造外排屑式的槍鉆和單刃平頭炮鉆曾經(jīng)是有效的深孔刀具年代出現(xiàn)了鑲硬質(zhì)合金槍鉆和內(nèi)排屑鉆頭，使深孔加工的效率提高倍以上,加工質(zhì)量相應(yīng)地大幅度提高，為深孔加工技術(shù)在煤炭、石油機具制造中的應(yīng)用,重型機器、冶金機械、電力設(shè)備、液壓件制造、航天工業(yè)等行業(yè)的大量應(yīng)用開闊了道路到了年代,深孔加工技術(shù)已成為幾乎所有制造行業(yè)不可

3、缺少的關(guān)鍵工藝技術(shù)在現(xiàn)代機械產(chǎn)品中,深孔零件常常成為決定產(chǎn)品質(zhì)量水平和效益的關(guān)鍵件在我國數(shù)百家以深孔零件為主要加工對象的大中型企業(yè)中，深孔加工技術(shù)已是對企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和效益起決定作用的技術(shù)即在一般制造業(yè)中,深孔加工也常常成為“卡脖子”技術(shù)。2現(xiàn)代深孔加工技術(shù)簡析2.1槍鉆系統(tǒng) 圖 2.1槍鉆系統(tǒng)槍鉆（gun drill）產(chǎn)生于1930年，是最早用于實際生產(chǎn)的一種單邊刃切削外排屑槍鉆系統(tǒng)鉆頭。因其產(chǎn)生于槍管和小口徑炮管制造，故名槍鉆。最早的槍鉆有鉆頭（切削部分）、鉆桿和鉆柄（driver）三段焊為一體，鉆頭切削刃偏離軸線一側(cè)的鉆尖區(qū)分出內(nèi)、外兩個切削刃。沿鉆頭和鉆桿的全長上有一個前后貫通的v形排屑

4、槽。鉆桿由薄壁無封鋼管軋出v形槽而成。鉆頭上與v形排屑槽的對側(cè)有通孔，與鉆桿的空腔相連，構(gòu)成切削液供入通道。槍鉆曾演變出不同的一些異形結(jié)構(gòu)和雙邊刃外排屑鉆頭。但各種雙邊刃外排屑鉆頭并不具有槍鉆的自導(dǎo)向功能，從嚴(yán)格意義上講不應(yīng)該稱為槍鉆，但可列入外排屑槍鉆系統(tǒng)鉆門類。 圖2.2槍鉆由鉆頭、鉆桿和鉆柄三個部分構(gòu)成，見圖2.2。 槍鉆的外部有一條貫通前后的v形槽，供排出切屑之用；位于v形槽對側(cè)，設(shè)有油孔，供通入切削液之用。 圖2.3為保證鉆頭與鉆桿準(zhǔn)確對接，并能承受較大的轉(zhuǎn)矩，將二者的接口部加工成互相吻合的60尖角形，或90平底形，然后釬焊為一個整體。見圖2.3。槍鉆的這種不可拆卸結(jié)構(gòu)，帶來了一些本

5、質(zhì)性的缺陷，如重磨時拆卸，安裝不便，鉆頭報廢時鉆桿不能重復(fù)使用，因而也增大了刀具成本等等。鉆頭直徑越大，鉆桿越長，上述弊端就越顯得突出。這是槍鉆不適用于35mm以上深孔加工的一個主要原因。歷史上，曾經(jīng)有不少人多次嘗試過采用可拆卸的連接方案（如埋頭孔銷釘結(jié)合、埋頭孔柄舌結(jié)合、螺紋夾緊v形槽結(jié)合、凸輪面結(jié)合等），但都因缺乏實用價值而以失敗告終。 鉆柄的作用：1）與機床實現(xiàn)對接、承受夾持力、傳遞轉(zhuǎn)矩及進(jìn)給力；2）在密封條件下向鉆頭傳輸高壓切削液。其外徑必須與鉆桿嚴(yán)格同軸，并且有足夠大的直徑以便于固緊。歷史上曾出現(xiàn)過多種型式的鉆柄設(shè)計，圖2.4為其中最常見的形式。 圖2.420世紀(jì)初還曾出現(xiàn)過由槍鉆派

6、生的幾種不同結(jié)構(gòu)的外排屑深孔鉆：（1） 空心槍鉆 相當(dāng)于基本型槍鉆被掏去一個直徑不大的中心孔，因此切削刃達(dá)不到中心，在鉆孔時會像套料鉆那樣留下一根很細(xì)的芯棒。空心槍鉆的優(yōu)點在于避開了中心部切削速度為零（或接近于零）的切削刃，在一定程度上對降低切削力和刃磨前刀面有利。不利之處是增大了槍鉆的制造難度。這種槍鉆適用于長徑比不大的深孔和精密淺孔，特別是某些帶芯油閥零件。如圖 圖2.5示。 圖2.5（2） 雙刃空心槍鉆 圖2.6如圖2.6示有兩個分設(shè)于直徑對側(cè)但刃寬不相等的切削刃（每側(cè)的切削刃又分為內(nèi)刃和外刃），中央的通油孔是偏心孔。因此，加工時兩側(cè)的切削刃都達(dá)不到中心，從而留下一根直徑不大的芯棒。由于

7、有雙刃參加切削，可以適當(dāng)加大進(jìn)給量。另外，其中央芯柱對鉆頭也能起到一定的定心作用，使鉆頭的走偏降低。其缺點在于刀桿的制造難度較高，而且排屑槽較窄，不適于加工韌性大的材料。（3） 雙油孔單邊刃槍鉆 圖2.7為一種針對粘性材料設(shè)計的雙油孔單邊刃槍鉆。位于切削刃上方但位置靠后的第二出油孔，直接將高壓切削液沖擊正在形成的切屑使之加工折斷，同時改善前刀面的潤滑條件。這種鉆頭的主要缺點是前刀面重磨有一定難度，用戶較難掌握。 圖2.7（4） 雙刃外排屑深孔鉆 圖2.8 圖2.8為一種斷面類似于麻花鉆的雙刃外排屑深孔鉆，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于帶直槽的油孔麻花鉆。由于其雙刃完全對稱，所以不具備槍鉆的單邊刃自導(dǎo)向特征，原則

8、上屬于油孔麻花鉆的變種，但刀具剛度稍遜于麻花鉆。由于不具備自導(dǎo)向作用且剛度較低，雖然進(jìn)給量稍大于槍鉆，但鉆頭易走偏，加工粗糙度也較大。槍鉆系統(tǒng)工件一般分為回轉(zhuǎn)體工件和非回轉(zhuǎn)體工件，槍鉆系統(tǒng)工件的加工方法一般分以下三種：工件旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)給式；鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)給工件固定式；工件與刀具相對旋轉(zhuǎn)式。對于各種非軸類、非管類等非回轉(zhuǎn)體工件的槍鉆系統(tǒng)加工，以及在各類非回轉(zhuǎn)體工件表面上加工坐標(biāo)孔等，多采用第一種加工方法。（1）無負(fù)壓效應(yīng)情況下，能量方程為：式中：z，z ，截面處的比位能；p，p ，截面處的平均壓力；v, v ，截面處的平均流速；, ，截面處的動能修正系數(shù)； 冷卻液密度；hl 沿程能量損失。對于我們研究

9、的對象，z=z, v=v=v，因為是紊流，=1。于是有：p-p= ghl (2) （2）在有負(fù)壓效應(yīng)的情況下，能量方程為：同樣z,= z, , ,= , 在有負(fù)壓的情況下，v, v, , v,= v= v,若假設(shè)沿路能量損失受負(fù)壓效應(yīng)的影響不大，即hl, = hl則根據(jù)(3)式得：將式（2）與式（4）比較可知：（1）由于負(fù)壓區(qū)的負(fù)壓作用，使排屑通道壓差增大，其壓差產(chǎn)生的抽吸力直接作用在排屑通道中的切屑上，實現(xiàn)主動抽屑。（2）負(fù)壓區(qū)壓力越低，則排屑通道壓差越大，負(fù)壓抽屑效果就越好，系統(tǒng)排屑能力也就越高。中: v = v, - v ,即有負(fù)壓效應(yīng)時,負(fù)壓區(qū)流速增量。2.3.1 內(nèi)排屑df系統(tǒng)內(nèi)排屑

10、df系統(tǒng)由工件1、鉆頭2、輸油器3、鉆桿4和負(fù)壓抽屑裝置5構(gòu)成，如圖2.16所示。它的工作原理是：大部分(約23)切削液從輸油器進(jìn)入，圖2.16內(nèi)排屑df系統(tǒng)通過鉆桿外壁與已加工表面之間到達(dá)切削區(qū)，冷卻潤滑鉆頭，并沖擊切屑，將之從鉆桿內(nèi)部推出；另一小部分(約13)切削液從負(fù)壓裝置進(jìn)入，通過噴嘴直接到達(dá)鉆桿內(nèi)腔，并向后高速噴射，在鉆桿內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，將切削區(qū)的切削液向后抽吸。切屑在兩路切削液的推、吸雙重作用下，排屑十分流暢。內(nèi)排屑df系統(tǒng)的噴嘴通常采用錐形和月牙槽形兩種形式。2.3.2 外排屑df系統(tǒng)如圖2.17示外排屑df系統(tǒng)由工件l、鉆頭2、負(fù)壓抽屑裝置3和輸油器4構(gòu)成，如圖3.2所示。其工作原

11、理是：大部分切削液從鉆桿尾部進(jìn)入通過鉆桿內(nèi)部到達(dá)切削區(qū)，冷卻潤滑鉆頭，并將切屑從v型槽或螺旋槽中推出；另一小部分切削液從外排屑負(fù)壓裝置進(jìn)入，通過噴嘴到達(dá)鉆桿外壁，并向后噴射，在鉆桿v型槽或螺旋槽內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，將切削區(qū)的切削液和切屑向外抽吸，促使切屑排出。因為外排屑負(fù)壓區(qū)的截面積較小，為了噴射充分，噴嘴一般采用圓錐形噴嘴。圖2.17外排屑df系統(tǒng)3深孔鉆系統(tǒng)輔具 輔具是深孔加工系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素，它們的作用是為深孔加工的供油、排屑、定位夾緊、刀具導(dǎo)向和液壓密封提供可靠的技術(shù)保證。深孔鉆系統(tǒng)專用輔具一般共分為三類：輸油器、排屑器、工件和鉆桿支承裝置。槍鉆系統(tǒng)的輸油器與bta鉆在原理上是不同的。3.1輸

12、油器槍鉆輸油器與bta輸油器差別：槍鉆的輸油器與刀具的進(jìn)給座作成一體，將高壓切削液通過槍鉆鉆柄導(dǎo)入槍鉆的進(jìn)油通道。在槍鉆不旋轉(zhuǎn)的情況下只要進(jìn)給座具備使鉆柄定位、夾緊和傳送扭矩、保證密封的功能即可，其結(jié)構(gòu)比較簡單。df系統(tǒng)與bta鉆的輸油器都是布置在機床的前端，所以又被稱為抽屑前裝置，二者均通過鉆套與鉆桿之間的環(huán)狀空隙和切削刃與導(dǎo)向套之間的空隙將切削油導(dǎo)向切削刃部，輸油器除了具備導(dǎo)向扶正功用外，還提供了向切削區(qū)輸油的通道。 4槍鉆輔具設(shè)計 4.1槍鉆排屑器設(shè)計圖4.4 彈簧夾頭圖4.5 彈簧夾頭螺母在本設(shè)計中采用彈簧頭，可以有效對工件進(jìn)行固定，同時彈簧夾頭可以起到調(diào)節(jié)作用，根據(jù)鉆柄的直徑大小進(jìn)行

13、調(diào)節(jié)，擰緊彈簧夾頭螺母，工件隨即固定。5結(jié)論本課題是槍鉆系統(tǒng)加工中的輔具設(shè)計。由于在設(shè)計中許多難題是暫時無法克服的，所以這套輔具無論在功能上還是結(jié)構(gòu)上，都存在許多的不足，最終能否投入使用還有待于實踐的檢驗。我將會繼續(xù)關(guān)注槍鉆系統(tǒng)加工技術(shù)的發(fā)展情況，以進(jìn)一步完善對該課題的設(shè)計研究。畢業(yè)設(shè)計是大四畢業(yè)生四年所學(xué)知識的總結(jié)匯報，是對大四學(xué)生踏上工作崗位，或者開始更進(jìn)一步學(xué)習(xí)之前的最后一次實戰(zhàn)檢驗。我結(jié)合課堂所學(xué)知識，潛心鉆研設(shè)計題目，通過到圖書館借閱相關(guān)書籍，以及上網(wǎng)搜尋相關(guān)期刊和論文，我翻閱了大量設(shè)計參考資料，比較詳細(xì)地了解了槍鉆系統(tǒng)加工技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀，認(rèn)識并區(qū)分清楚了幾種典型的深孔加工系統(tǒng)，尤

14、其對槍鉆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作機理有了更為深刻的了認(rèn)識；為了克服設(shè)計難關(guān)，及時解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題，我們定時與導(dǎo)師聯(lián)系和溝通。通過導(dǎo)師的解惑答疑，我的畢業(yè)設(shè)計得以順利進(jìn)行；在設(shè)計過程中大家都有一些自己難以解決的實踐難題，比如對制圖軟件的某些操作不熟悉，對設(shè)計論文格式的編排有些不了解，但經(jīng)過大家的相互交流，這些問題都相繼得到解決。最終，我的畢業(yè)設(shè)計得以順利完成。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我深深了解到自己對于很多專業(yè)知識的缺乏，也在設(shè)計的同時鞏固了以往所學(xué)的很多知識，充實了自己的知識結(jié)構(gòu)，激發(fā)了自己對計算機制圖的興趣，掌握了很多機械設(shè)計的基礎(chǔ)知識。與此同時，我更加明確了自己的學(xué)習(xí)方向，為自己將來走上工作崗位打下

15、良好的專業(yè)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 王世清等機械制造工程學(xué)西安：陜西科技出版社，19982 王峻我國深孔加工技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展與前景展望太原機械學(xué)院學(xué) 報，19913 劉晉春等.特種加工.北京:機械工業(yè)出版社,20004 王峻.現(xiàn)代深孔加工技術(shù).哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2005.25 于新風(fēng)，王峻關(guān)于槍鉆系統(tǒng)鉆削切屑形態(tài)和容屑系數(shù)優(yōu)化的探討太原機械學(xué)院學(xué)報第1期，19866 樊鐵鑌實心料的槍鉆系統(tǒng)加工.成都工具研究所出版，19887 王世清等.孔加工技術(shù).北京:石油工業(yè)出版社,19938 王世清.槍鉆系統(tǒng)加工技術(shù).西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,20039 王峻.20世紀(jì)槍鉆系統(tǒng)加工技術(shù)的興衰及新突破.

16、機械管理開發(fā).第4 期,200410 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計.北京:高等教育出版社，200111 鄒慧君，傅祥志等.機械原理.北京:高等教育出版社，199912 吳宗澤，羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京:高等教育出版社,199913 王世清，朱林，劉戰(zhàn)峰，彭海cn902224867(1990)14 成都工具研究所國外金屬切削刀具的發(fā)展工具工業(yè)動態(tài).第4期,198015 朱祖良.孔加工刀具.北京:國防工業(yè)出版社,199016 霍爾登.j.斯溫哈特.槍鉆系統(tǒng)加工.管光晉譯.北京: 國防工業(yè)出版社,197417 馮辛安.機械制造裝備設(shè)計.北京: 機械工業(yè)出版社,200618 馮之敬.機械制造工程

17、原理. 北京:清華大學(xué)出版社，199919 朱林，趙洪兵.車床改裝為槍鉆系統(tǒng)加工機床的設(shè)計方法.新技術(shù)新工藝.第7期,200420 程峰，關(guān)世璽，吳伏家.槍鉆系統(tǒng)鉆床的改造.機械管理開發(fā).第2期,200521 石建軍孔的切削加工西安：西安交通大學(xué)出版社，198821 彭海等槍鉆系統(tǒng)加工難題例題新技術(shù)新工藝.第6期，200122 朱林新型外排屑負(fù)壓抽屑系統(tǒng)機械制造.第9期，199223 汪志明df槍鉆系統(tǒng)鉆系統(tǒng)負(fù)壓機理以及排屑特性的試驗研究.碩士論文.華北工學(xué)院，1985 24 朱林槍鉆系統(tǒng)鉆的設(shè)計與研究西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報.第1期，1998 致謝 畢業(yè)設(shè)計是對我們知識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后進(jìn)行專業(yè)設(shè)計和工作打下良好的基礎(chǔ)。 在本論文的寫作過程中，老師傾注了大量的心血，