变参数深刻钻削的分析研究.docx

业设计说明书学生姓名: 学 院: 专 业: 指导教师:变参数深刻钻削的分析研究 学号： 机械工程与自动化学院机械设计制造及其自动化年05月1弓I言 11.1本课题国内外动态 1.1.1优化设计方法 32钻入中的定位误茅 32.1变参数振动钻削入钻机理 42.2入钻定位误差的结论 42.3变参数真的钻削机理 53钻中的排屑和断屑 73.1有利于断屑和排屑的几个因素 83.2断屑条件及切屑长度的控制 113.3基于上述分析的变参数深孔加工方法 164钻出过程中的出口毛刺 174. 1变进给量振动钻削机理 174. 1. 1变参数振动钻削提高出口毛刺的结论 185变参数深孔加工提高表面粗糙度的分析与研究 195.1变参数振动钻削降低表面粗糙度的机理 195. 1. 1变参数振动钻削提高表面粗糙度的结论 206变参数深孔振动钻削装置的介绍 216. 1常见的儿种振动钻削装置 216.2变参数振动钻削的一些工艺参数 277变参数深孔钻削系统稳定性的研究 307. 1振动钻削的断屑机理 307. 2变参数振动钻削系统的动力学模型以及系统的稳定性 328变参数深孔钻削系统加工深孔的结论和展望 31参考文献 32致谢 341引言1. 统的深孔加工存在钻入定位精度差，钻头寿命低，孔扩量大，和出口毛 刺高，以及在加工过程中的散热排屑，断屑等问题，使得产品的加工精度难以到 加工要求。

而变参数深孔加工捉出了一种全新的思路，他在传统的振动钻削上采 用变参数来进行加工，具有一系列的优越性，从而彻底改变了传统的工艺，为深 孔加工这个难题开辟了一条新的思路和途径2. 原来普通的钻床不能很好的进行深孔加工，在加工的过程中很容易由于 切削热的急剧增加而使刀折断或变钝，为了不至产生上述问题，我们需耍变参数 深孔加工变参数深孔加工是在大量的定参数实验的基础上，选择优化，选用合 适的变参数，结果证明，变参数深孔加工是一种优良的工艺方法，它能使深孔加 工的钻入，钻中，钻出3个阶段的定位误差，孔扩量，出口毛刺，以及的刀具材 料的损耗量的极大捉高，换吉乙变参数深孔加工使加工孔的精度和质量明显捉 高3. 变参数深孔加工能够很好的加工深孔，从而解决了加工深孔的难题，给 机械行业及国民现代化做出了巨大的贡献变参数深孔加工，采用先进的pic 控制技术來控制深孔加工的整个过程，对于深孔的加工有着很重要的意义，避免 了人为的错误在加工的过程中采用采用先进的监测反馈系统，使加工过程中的 的数据随吋反馈，进行及吋的修改我们知道变参数深孔加工的过程是定参数深 孔加工过程的优化过程，所以说，它无论对于节省材料，还是对于提高加工过程 中的加工精度和加工质量都有极大的捉高，有着深刻和广泛的意义。

1. 1本课题国内外动态1.主要基于控制系统的等差级数和等比级数的变参数研究：在实际加工中，当钻头退 出时，钻屑在冷却液冲刷下会落人孔中当钻头再次进入后，它将撞击位于孔底部的钻屑 钻屑在刀具的作用下开始旋转，被切断或熔化同时对于深孔加工，随着孔深的增加，排屑 必然越加困难，如呆为固定钻深，开始时合适，待到接近孔底时却不一定合适，如呆按孔底 加工情况来设定钻深，则势必严重影响加工效率所以，有必要对深孔钻削的动作进行相应 的调整，宜采用可变钻深，开始时钻深最大，随着深度的增加，钻深逐渐变小，确保刀具充 分冷却和顺利排屑钻深的变化可以等茅级数（加法运算）实现，即每次减少一个定值；也可以等比级 数（乘 法运算）实现，即每次减少的比例相等但不管用哪种，对最小钻深都应 有一个限制，当达到此值吋，就不再减小，以保证起码的加工效率2. 相位差对振动钻削影响规律的研究，传统的振动钻削加工，如电火花加 工，离子束加工，激光加工尽管在加工机理上都各冇创新，但是受加工精度，加 工质量，生产率及生产费用的限制，但不是适应性最广的深孔加工方法而相位 差这一重要概念的提出，使我们有一个更新的视野去研究这些问题我们的王立 江教授提出了 3个结论，分别研究了；相位差对深孔加工运动规律的研究，相位 差对深孔加工轴向力的研究，相位差对振动钻削加工质量的影响。

分别做出了巨 大的贡献3. 微孔的变进给量振动钻削实验，在研究微孔的加工中，进给量对入钻定 位误差以及进给量对出口毛刺的影响都呈一个规律性的变化，而且实验表明，进 给量越小，定位误差和出口毛刺高度越小，在上述的情况下，改变进给量，做出 了变进给量对定位误差和出口毛刺的影响，我们发现，变进给量能提高孔的加工 质量和加工精度钻头寿命也显著捉高4. 振动钻削的国内外状况，据统计，孔加工是金屈切削加工中最重要的工 序之一，约占所有金属切削加工工序的百分之三十三，我国每年生产用的钻头高 速钢消耗量约占刀具生产中高速钢总量的百分之七I•可见机械加工中孔加工占 有很重要的地位随着现代进程的不断推进，高科技产品层出不穷，孔加工的数 量与日俱增，孔加工的地位也在不断上升，同时对孔的加工质量要求也越来越高 目前用來加工微小孔的方法很多但在国内应用范围最广适应性最强的耍数麻花 钻的钻削加工，然而以往的大量实验证明，普通钻削很难承担起这项历史使命， 非传统的新工艺越来越显示出其独特的优势振动钻削是建立在振动理论和切削 理论的基础上，一种新颖的钻削加工方法，属于振动钻削的一个分支这种钻削 与以往的钻削根本区别在于在钻削的过程中通过通过振动装置使钻头与工件Z 间产生相对的可控运动，振动钻削改变了传统的钻削机理，在加工过程中钻头与 工件时切时离，整个过程变成了脉冲式的断续切削。

在振动钻削中，振动参数， 加工参数，对加工质量和精度的影响特别大，通过改变振动参数和加工参数能够 明显提高钻入定位精度，降低孔扩量，减少岀口毛刺，提高钻头寿命，降低孔的 表明粗糙度，提高尺寸精度和圆度等，其优良的工艺效杲已经引起国内外学术界 的普遍关注1.1.1优化设计方法1） 采取大量的对比实验以及多元非线性冋归寻求最佳振动产数；采取变参 数振动钻削的目的是为了在3区段获得或接近最佳的振动钻削工艺效果，从而更 好的加工工件，而一个科学合理的实验止是我们所必须采取的2） 采取主要原则的规律解决主要的，关键的核心问题；我们知道，在3区 段影响各个阶段的产数是相互交错的，非常之多，而抓住核心问题是我们必须要 遵守的原则3） 在钻孔的过程中釆用附加激振的变参数振动钻削措施；根据钻头入钻的 动力学规律而采用附加激振的措施能够减小入钻误茅，而定参数的减少是有限 的，变参数可以很好的达到减小入钻误差这一要求的4） 在入钻的过程中采取断屑机理机器理论；在3个区段，尤其是钻中，加 工深孔的过程中会产生大量的屑，以及散热等等如何更好的断屑和排屑要求我 们冇一个很好的断屑机理来支撑5） 利用刀具的原理和钻削规律相结合的方法去研究；我们知道在钻削的过 程中无疑要与刀具结合，刀具的速度，角度，都会影响到钻削的质量和最后的加 工精度。

6） 利用等差级数和变参数相结合的方法去进行分析研究；因为等差级数或 者加法原则计算和操作简单，而在一些地方加Z IF•等差级数和加法原则的变参 数，会使加工工艺以及加工效率大大提高2.变参数振动钻削机理在上述振动钻削过程中，我们知道给一个很大的振幅，会达到多次修正定位 误差的目的，但是如果给的振幅过大，会使钻头主切削刃受到很大的冲击应力， 同吋动态后角下降，加重主切削刃后刀面的磨损，造成钻头寿命下降，所以我们 进行变参数进给，从而很好的解决了这一问题变参数振动钻削利用工件与刀具 的相对运动时刀具与工件的实际切削时间变短，而且这个实际时间远远小于刀具 的一个周期修止时间，从而大大提高了入钻时候的定位误羌，另外入钻时的进给 量不宜太小，太小的话，也难以提高定位精度，还会降低效率，所以必须是一个 合适的变参数进给范围2.1入钻定位误差的结论1） 由于振动钻削的特性，钻头的自我修正作用，而但振幅的初始大小足够 而且合适，利用变参数振动钻削，换言之，变参数深孔加工方法一定能实现提高 深孔加工入钻过程的定位误差的提高，保证孔的钻入加工质量和加工精度2） 根据上述分析我们得知，初始进给量不宜过大，合适就行。

一方面能提 高孔的加工质量；另一方面，提高加工效率2.2钻入中的定位误差如图所示，钻头在与工件表而接触瞬间，由于各种误差的综合影响，钻尖会 受到横向力的作用而产生偏移，钻头弯曲，普通钻削时由于钻头连续压向工件, 所以钻尖会在横向力的作用下连续偏移，直至钻头横刃全部切入工件产生定位误 差可想而知，这个定位误差很大，会使主轴冋转线与正在加工的孔的同轴度降 低，而且会产生因钻头不断弯曲而产生的弯曲循环应力大大的降低了孔的加工 质量，尤英是深孔，孔的工艺效果，刚性，等指标不能达到要求，可见，在加工 孔，尤其是深孔的过程中提高入钻定位误差是何等重耍，所以说，我们需耍采用 更为先进的加工方法和技术來实现降低入钻定位误差的目的图2. 1 普通钻孔入钻图2.3变参数振动钻削入钻机理振动钻削的修正机理;图2. 2 振动钻削入钻修整原理图上图是横刃入钻简图，图中a和F分别是轴向振动的振幅和频率，f是单位 时间内的进给量，f/F是每振动周期的进给量横刃弟一次旋转楔入工件时，受 各种误差产生横向偏移，钻头弯曲横刃振动到最低处时A1B1, A1B1C1D1部分， 初次产生定位坑，横刃小心偏离了主轴冋转中心位于E1,产生偏移量yl。

然 后横刃向上振动，与工件分离，钻头做弯曲衰减振动，钻尖横向极大值迅速衰减, 第二次选钻楔入工件时，横刃中心已经接近主轴回转中心，所以横刃不是直接进 入定位坑，而是先刮掉A1D1D1A2,使得定位坑的位置得以修正，振动到最低处时 A2B2,切除了工件的A1D1D2A2B2C2C1B1,横刃中心位于E2,偏移量减少到y2,而 y2

综上所述, 断屑和排屑是我们进行深孔加工的核心问题，钻削过程中的断屑；振动钻削是给 系统加入一种有规律的动力，实质是给其进给量，从而使刀具与工件发生有规律 的合离，周期性的运动，又使刀具与工件时切时离，/从而在一点范围内产生断 屑，要想产生有规律的变化，很好的产生断屑，进给量必须是在一点范围内变幻 的，而又不能太大，太犬的话会造成系统工艺性，大局耐磨度等质量下降太小 的话又不能很好的产生断屑效率也不高我们知道断屑是为了让切削折断而 断屑的理论是最大应变理论，即切削内部产生的应变大于等于断裂应变。