3219 內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3219 內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的設(shè)計(jì),內(nèi)排屑深孔,振動(dòng),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 前 言機(jī)械制造業(yè)是國(guó)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)。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 錄1.緒論 .....................................................................................................................................................................11.1 課題研究背景及意義 ..................................................................................................................................11.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 ..........................................................................................................................................11.3 低頻深孔振動(dòng)鉆削存在的問題 ..................................................................................................................21.4 本課題主要研究的內(nèi)容 ..............................................................................................................................22.深孔振動(dòng)鉆削的斷屑機(jī)理 .................................................................................................................................32.1 振動(dòng)切削斷屑的必要條件 ..........................................................................................................................32.2 雙偏心凸輪式振動(dòng)發(fā)生器振動(dòng)方程 ..........................................................................................................32.3 深孔鉆頭的瞬間進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方程 ..................................................................................................................42.4 切屑的形成機(jī)理 ..........................................................................................................................................42.5 斷屑的數(shù)學(xué)分析 ..........................................................................................................................................53.內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削裝置的分析 ....................................................................................................................63.1 雙偏心輪式振動(dòng)鉆削裝置 ..........................................................................................................................63.1.1 振動(dòng)鉆削裝置結(jié)構(gòu)圖 ..........................................................................................................................63.1.2 振幅可調(diào)振動(dòng)鉆削裝置的理論分析 ..................................................................................................73.1.3 振動(dòng)裝置的特點(diǎn) ..................................................................................................................................73.2 內(nèi)排屑深孔鉆頭的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................83.3 DF 系統(tǒng)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) ............................................................................................................................83.4 油路的改進(jìn)設(shè)計(jì)原理 ..................................................................................................................................93.5 總體布局 ......................................................................................................................................................94.深孔振動(dòng)鉆削過(guò)程分析 ....................................................................................................................................94.1 深孔振動(dòng)鉆削時(shí)刀具角度變化和 I 的取值范圍 .......................................................................................94.1.1 深孔振動(dòng)鉆削刀具角度變化 ..............................................................................................................94.1.2 完全幾何斷屑條件下的 i 的取值范圍 .............................................................................................104.2 深孔振動(dòng)鉆削系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ....................................................................................................................114.2.1 深孔振動(dòng)鉆削切削力分析 ................................................................................................................114.2.2 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) ........................................................................114.2.3 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) ........................................................................124.2.4 振幅損失 ............................................................................................................................................134.3 深孔振動(dòng)鉆削的工藝參數(shù)選取原則 ........................................................................................................135.總結(jié) ..................................................................................................................................................................14致 謝 ....................................................................................................................................................................15參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................................................16塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11.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(guò)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(guò)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(guò)分析以往實(shí)驗(yàn)得知，只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?gòu)你@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(rùn)滑液壓力比較低一般為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(guò)程中通過(guò)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(guò)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)主切削刃與工件時(shí)切時(shí)離(分離型振動(dòng)鉆削)時(shí)，切削過(guò)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(zhǎng)鉆頭壽命。1.2 國(guó)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)立振動(dòng)模式理論，解決了鉆頭安裝長(zhǎng)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(zhǎng)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φ7.5mm 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 φ1mm 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(guò)大過(guò)小都不好，應(yīng)有一最佳值，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(guò)改變進(jìn)給量來(lái)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(jiǎn)化為單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)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，則塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2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 43．5％～59．8％。2000 年 1 月趙宏偉、李白軍等人又利用電控式微孔振動(dòng)鉆床對(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(guò)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(guó)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(lái)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(lái)，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 φ3mm 以上的難加工材料，表面粗糙度達(dá)到 R。＝0.8μm，加工效率提高兩倍?？v觀振動(dòng)鉆削的國(guó)內(nèi)外研究狀況，目前還存在以下幾個(gè)問題：①對(duì)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)；②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；③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(wú)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。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(guó)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(guò)程的高可靠性和自動(dòng)化，則還有很長(zhǎng)的路要走。目前深孔振動(dòng)鉆削還存在以下問題：⑴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(guò)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。⑵我國(guó)所使用的槍鉆基本上都是由國(guó)外購(gòu)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(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。⑶振動(dòng)鉆削的優(yōu)良工藝效果已得到國(guó)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(guò)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⑴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，提出了軸向振動(dòng)鉆削參數(shù)選擇原則。⑵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(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。⑶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)變頻器控塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3制，使得振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)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。⑷工藝參數(shù)的選擇振動(dòng)鉆削工藝參數(shù)包括振動(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.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(zhǎng)長(zhǎng)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 2-12S?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12S?好合理的振幅可以使 ，這是完全斷屑的必要條件。20S?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(guò) ，從00S0動(dòng)件位移 ，令 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sinSA?2vt???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(lái)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。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 42.3 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60rnlft??（2.2）其中 n 是工件每分鐘轉(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frl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 。036 f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(jiǎn)單的數(shù)量疊加，而將式（2.1）（2.2）加起來(lái)，且令該合運(yùn)動(dòng)瞬間鉆頭離右端面的距離為 ，BlBrlS??即sin260ftAvt??（2.3）（2.3）中的 ，雖然已不再是 t 的線性函數(shù)，即不再是勻速直線運(yùn)動(dòng)，而是非勻速的直線運(yùn)動(dòng)。Bl瞬時(shí)工件前半的時(shí)間是： ，pn??單位是秒。設(shè)在 時(shí)間段內(nèi)刀具走過(guò)的距離為 ，則ptt ql6060si2sin260qppnlftvtftvtAA?????????????????????（2.4） 在 至 t 時(shí)間段內(nèi)刀具進(jìn)給量設(shè)為p swincossf vtn????????????（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xwf sw即 xs??所以： 60602sinco2xvvwAtn????????????（2.6） 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5進(jìn)給量是時(shí)間的函數(shù)，說(shuō)明加上振動(dòng)切削后，形成了一個(gè)隨時(shí)間而變的進(jìn)給量它可以沿切sw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(lái)說(shuō)比較小，可以認(rèn)為是 y⊥x 具體來(lái)說(shuō)切屑厚度方向是 y 軸而切屑長(zhǎng)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pt 036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：sinv??n0zw?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)6v?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。swf2.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6vn?6iiv??z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。工件一轉(zhuǎn)完成一個(gè)完整的正03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。62,4.vn61vn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。0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。662sincos20svvwfAtn???????????????對(duì)時(shí)間的倒數(shù)為：604sin2sdwvAtt ????????（2.7）如果令 ，即求變化中的 極值。由于 只有使 ，由此解出 來(lái)，0sdt?si?2sin0t???????t即： 602vtn???????????則 1230tnv???將 ， 代入（2.5）得：1t2126si0swfAn??????????（2.8）塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6如果使 , 和 必有一個(gè)等于零。0sw?1s2則 或62infAv??60infv???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A??無(wú)窮大。使 A 取正值，所以將 加上絕對(duì)值符號(hào)，因此 simaxsinsvWfA???in602?（2.9） 1sifv??可知當(dāng) 601357,.2vn?得 60sin1?mi2fA把它代入（2.9）式可得axmin0sfW????（2.10）即切屑形狀呈圖 2-7 所示：圖 2-5 切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)。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 73.內(nèi)排屑深孔振動(dòng)鉆削裝置的分析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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)夾緊螺母固定在保持架上，鉆桿帶動(dòng)鉆頭，隨著保持架作軸向振動(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1A2A3A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，2A3與 的夾角為 。13??02a???如圖 3-3（a）所示：振幅= 。1sine?兩個(gè)極限位置：當(dāng) 時(shí)， 和 重合。如圖 3-3（b）所示：01A3振幅= 3當(dāng)時(shí)， ， 和 成直線。如圖 3-3（c）所示：123振幅= 3e?塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8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，a a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 0∽0.5mm。由上所知，振幅隨兩偏心套間的轉(zhuǎn)過(guò)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 可得到所需振幅：表 3-1 e=0.25 時(shí)部分振幅表 [7] （mm）角度 振幅 角度 振幅 角度 振幅0° 0.000 21° 0.091 42° 0.1793° 0.013 24° 0.104 45° 0.1916° 0.026 27° 0.117 48° 0.2039° 0.039 30° 0.129 51° 0.21212° 0.052 33° 0.142 54° 0.22715° 0.065 36° 0.155 57° 0.23918° 0.078 39° 0.167 60° 0.2503.1.3 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)整振幅方便可靠，振幅在 0~0.5mm 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(rùn)滑油自然潤(rùn)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(zhǎng)，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(jiǎn)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1a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。1h2塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9（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?2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 是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(wú)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(wú)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）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(guò)大反而形成切屑瞬間堵塞出屑口，造成切屑“塞實(shí)” ，抽屑無(wú)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(guò)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(wú)根據(jù)的。觀國(guó)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(rùn)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：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10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.深孔振動(dòng)鉆削過(guò)程分析4.1 深孔振動(dòng)鉆削時(shí)刀具角度變化和 i 的取值范圍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(lái)。若以 表示瞬時(shí)進(jìn)給速度，則由式（2.3）得：sv(4.1)??2cos60bsdlfnvvAtt???所以鉆頭前，后角的動(dòng)態(tài)變化量為：(4.2)arcfkr????????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2fr???svtn 0a磨前角為 ，實(shí)際工作軸后角為 ，實(shí)際工作軸向前角為 ，則 的變化范圍為 ，0oc occa0~????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 0~r??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11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(guò)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。oca因此，為防止出現(xiàn)負(fù)后角，刃磨后角 必須大于 ， 即 ，0max??0maxtn???其中 。max6rtncos2fvAkr???????????于是有 0t6csfvAk??（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60vin??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0.5.i???02i???02???實(shí)現(xiàn)完全斷屑必須瞞足的條件可知 i 必須滿足：arcsinarcsin122ffA????（4.4）由于規(guī)定了 ，所以可知 i 的選取，0.5.i??arcs0.5rin2.ffA???????????（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。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12圖4-2 鉆頭受力簡(jiǎn)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3sinxAt??x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2sinco2xtffAt?????????????????????????（4.6）由于進(jìn)給量的變化而產(chǎn)生的瞬時(shí)軸向力為0sixtFt??????????????????（4.7）式中 ---激振力的力幅0--- 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??01sinsin2MxkFtAkt????????????????（4.8）式中 ---鉆頭的瞬時(shí)位移；---鉆頭的瞬時(shí)加速度；?---系統(tǒng)的彈性系數(shù)；k---系統(tǒng)的固有頻率，n?nkm?--激振力頻率；---模型的質(zhì)量。M塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13解方程可得：??02 2sin1sinnFAkxt tMM??????????????（4.9）其中 ，是由軸向切削力周期性變化而引起的； 是由刀??02sin1Ft??????????? 2sinnAktM??柄的振動(dòng)引起的。令 ， ， 一般012sinA??22nAk???21A?即 ??'sinxAt???（4.10）其中 12sintaA??'21i??（4.11）其中 ---振動(dòng)鉆削時(shí)鉆頭的振幅。'A可以看出：當(dāng) ， 時(shí)，0.5i???????1212sinsinsinxAtAtt?????????????（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.i 0i?向激振力的幅值最小，所受振動(dòng)沖擊最??；當(dāng) 時(shí)，鉆頭振幅將無(wú)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NF（見圖 4-5） ， 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NMNxtf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NM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(guò)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。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14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(chǔ)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(guò)程帶來(lái)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' '2210%10sinAA???????????????????（4.13）當(dāng) ， 時(shí)， 達(dá)到最小，振幅損失最??；0i??'10A????????當(dāng) ， 時(shí)， 達(dá)到最大，振幅損失最大。.5?21%??通過(guò)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＃?） 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，一般轉(zhuǎn)速可以取較大的值，同時(shí)要考慮頻轉(zhuǎn)比 。60vn（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(guò)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(guò)程中穩(wěn)定性更好一些，同時(shí)適合長(zhǎng)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(lái)說(shuō)，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(guò)小，一般實(shí)際中 。對(duì)于小直徑深minxf 21~4Af?塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15孔鉆削，要考慮振幅損失，給定的 值可以取得較大。2Af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） 根據(jù)工件材料和刀具材料以及被加工孔徑確定進(jìn)給量f；（2） 根據(jù)排屑通道的大小確定切屑的尺寸，進(jìn)而確定重疊系數(shù)J和 的取值；2Af（3） 從斷屑的要求，加工質(zhì)量的要求出發(fā)，對(duì)i作相應(yīng)的調(diào)整；（4） 綜合考慮振動(dòng)裝置的頻率范圍，機(jī)床轉(zhuǎn)速范圍和斷屑要求來(lái)確定轉(zhuǎn)速n和振動(dòng)頻率v；（5） 綜合考慮斷屑要求和振幅損失以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，選取合適振幅A值。5.總結(jié)本課題針對(duì)小直徑深孔鉆削難題，采用低頻軸向振動(dòng)鉆削和DF原理結(jié)合的方法，從理論上進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：1.振動(dòng)鉆削通過(guò)切削參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)的匹配改變了切削層參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)幾何斷屑。這樣一來(lái)，從本質(zhì)上改變了斷屑機(jī)理，鉆頭上就可以不再采用斷屑槽，刀具結(jié)構(gòu)極其制造工藝都可以簡(jiǎn)化，并給實(shí)際操作帶來(lái)很大的方便。2.分析了振動(dòng)鉆削中完全幾何斷屑的情況下i的取值范圍。3.由振動(dòng)鉆削過(guò)程的運(yùn)動(dòng)分析知，在完全幾何斷屑情況下，可以根據(jù)振動(dòng)參數(shù)和切削參數(shù)對(duì)瞬時(shí)切削厚度和理論