深孔振动钻削装置的设计开题报告

毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 机械工程与自动化学院机械工程系专 业 ： 机械设计制造及其自动化设 计 题 目 ： 深孔振动钻削装置的设计指 导 教 师 : 讲师年 3 月 25 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1、本课题研究的目的和意义机加工工艺中的深孔，通常是指长度大于直径 5 倍以上的孔 ，深孔加工技术产1生于对枪炮管的制造过程。其加工存在三大问题 ：1.深孔加工时，孔的轴线易歪斜，2这是因为深孔刀具细长，刚性差，强度低，在加工时容易引偏和振动。2.刀具的散热条件差，切削温度升高会使刀具的耐用度降低。3.切屑排除困难，不仅会划伤已加工表面，严重时还会引起刀具的崩刃至折断。而且深孔加工的效率和质量一直低于其它方面的金属切削加工。经过近一个世纪的努力，深孔加工已达到了较高的水平，特别是深孔加工与新的加工技术结合，预示着很好的发展前景。振动切削的实质就是在传统的切削过程中给刀具或工件附加某种有规律的振动，使切削速度、进给量、切削深度按一定规律变化 。振动切削改变了工件与刀具之间3的时间与空间的分配，从而改变了切削加工机理，达到了减小切削力和切削热并且提高加工质量和效率的目的 。由于切削速度的变化和加速度的出现，使得振动切削具4有许多优点，特别是在难加工材料和普通材料的难加工工序加工中，都收到了极其出色的效果。振动切削相比于传统切削的特点：1）切削力大大减小 。2）切削温度明显降低。53）切削液的作用得到了充分发挥。4）可提高刀具使用寿命。5）可控制切屑的形状和大小，改善排屑状况 。6）提高加工精度和表面质量。7）可提高已加工表面的耐磨性和耐蚀性 。72、国内外深孔振动切削发展情况1970 年代中期，在人们发现了振动钻削具有的一些优良工艺效果之后，为了寻求科学的支持，国内外一些学者开始从理论上对振动钻削的机理与特性进行探索，至今40 年来，主要对振动钻削的“钻头刚性化效果”理论，动态角度理论，振动断屑理论，脉冲能量和应力集中理论等进行了分析研究 。8振动切削按振动频率 fx 分为高频振动切削和低频振动切削两种 。振动频率在9200 Hz 以下的振动切削称为低频振动切削，低频振动切削的振动主要靠机械装置来实现。高频振动切削是指振动频率在 16kHz 以上，利用超声波发生器、换能器、变幅杆来实现的。由于 fx10kHz 的振动会产生可听见的噪声，一般不予采用。通常高频振动切削也被称为超声波振动切削。振动切削按振动的能源分为强迫振动装置和自激振动装置。自激振动切削是利用切削过程中产生的振动进行切削的。强迫振动切削是利用专门设置的振动装置，使刀具或工件产生某种有规律的可控振动进行切削的方法。1958 年，美国学者研制了安装在自动车床上用凸轮控制的机械式轴向振动装置 ，10后来日本学者研制了一种特殊万向节式的轴向振动钻削装置。八十年代初，薛万夫教授研制了利用直流调速电机驱动偏心凸轮旋转，并推动滚子使刀具产生轴向振动的装置。总的来说，目前机械振动装置多数采用偏心机构实现钻头或工作台的振动。这种装置输出功率大，结构简单，便于调整振动参数，振动机构刚度大，负载能力强，但由于机构存在偏心质量，振动频率受到限制，通常不大于 200Hz。1979 年，日本学者岸本等人研制出了安装在立铣上的电液伺服阀控制油缸的振动钻削装置 。后来，足力胜重和前苏联的科学家也相继开发了与此类似的液压振动钻1削装置。液压振动钻削装置的输出功率较大，负载能力较强，适用于钻削大直径孔和深孔，但由于增加了液压系统，成本较高，液压油的体积弹性模量较小，所以反应迟钝，因此频率不大于 200Hz。液压振动钻削装置又可分为机械一液压式和电气一液压式。机械一液压式振动装置的振动频率较低，一般不超过 60Hz。在电气一液压式装置中，控制滑阀的运动是由电气一机械装置带动的，在保持足够大振幅情况下，可以得到更高的振动频率。1988 年，哈尔滨工业大学刘华明教授用电磁铁改造研制了电磁振动钻削工作台 ，12用 220 伏交流电经调压变压器为电磁铁提供激振能量。这种装置结构简单，振动频率较高，频率与振幅负载特性较好，常用于对小孔的加工。电磁振动装置的核心是电磁激振器，振动能量来源于铁心对衔铁的在不闭合状态下的磁场吸力，可以通过改变励磁电压的方式来控制振幅输出，但由于磁隙的刚度相对较小，衔铁上负载的变化对衔铁振幅的影响较大，钻头与工件接触后，振幅明显减小，所以电磁振动装置的负载能力较差，效率较低。1997 年由原吉林工业大学高印寒教授研制开发出永磁振动钻削装置能够产生复合振动 。由于振源能量来自于永磁体的磁能，使整个振动装置具有操作方便，无发热13的特点。2007 年，中北大学研究生韩旭在毕业论文中详细介绍了深孔加工低频振动钻削 ，14并用自行设计制造的钻削系统和钻头进行了深孔钻削实验，效果良好，可以推广到其他小深孔钻削。该钻削系统使用内排屑深孔钻钻削小直径深孔时，只要切削用量，振动参数匹配较好都可以很好的控制切削形态，取得满意的钻削效果。试验中使用的振动装置如图 1 所示。通过皮带轮直流电动机带动中心轴，而中心轴与偏心套 1 为紧配合，偏心套 2 和偏心套 1 为松配合，可以方便调整两个偏心套的相对位置，然后通过两端螺母压紧( 未画出) ，随着中心轴一起作旋转运动。保持架可以把由滚动轴承传来的偏心套 2 的旋转运动转换成往复直线运动，实现轴向振动。钻杆通过夹紧螺母固定在保持架上，钻杆带动钻头，随着保持架做轴向振动。振动箱安装在车床大托板上，随大托板做轴向进给运动。工件转动，钻头边轴向进给边振动，这样就实现了振动钻削。图 1 双偏心套振动装置由于振动钻削具有特殊的工艺效果，从 1980 年代末至今国内有更多的学者开始对振动钻削进行研究，并逐渐开始向应用方向发展。同时，各国学者对振动钻削理论的研究推动了振动钻削的历史进程，为振动钻削的优良工艺效果提供了理论依据。但理论研究工作还远远不够全面，深入和系统，对某些工艺效果还不能做出有说服力的解释，有的理论还具有局限性，尚缺少严密的科学论证，所以振动钻削理论的研究工作仍是振动钻削新工艺的薄弱环节 ，有待于进一步发展和完善。15参考文献：1 王世清.深孔孔加工技术.西安:西安工业大学出版社,2003.2 王峻.现代深孔加工技术.哈尔滨:哈尔滨工业出版社，2005.2.3 陈永亮，齐洪斌，杜保明，赵立海.深孔加工J.机械制造，2001， （02）4 刘运敏.深孔加工技术浅谈J.洪都科技，1989， （03）5 吕军.深孔加工的实践J.机械管理开发，2001， （SI）6 李祥林，薛万夫.振动切削及其在机械加工中的应用.北京科学技术出版社，1985， （02）.7 石建军.孔的切削加工M.西安：西安交通大学出版社，1988.3-25.8 隈部，淳一郎.精密加工振动切削基础的应用M.实教出版株式会社，1979.9 王立江，张德远，张明.振动钻削微小孔提高加工精度的研究.机械工程学报，1992,28（1）：31-35.10 刘华明.低频振动钻小孔的实验研究机械工艺师，1988， （3）:9-10.11 杨兆军，王立江，王立平.变幅振动钻削提高微小孔钻入定位精度的研究M.吉林.吉林工业大学学报.1995,25（1）：27-32.12 池龙珠，卢金，金全治，杨兆军.变进给量振动钻削降低出口毛刺的研究机械工程师，1999， （1）：42-43.13 李自军，洪迈生，王立江，赵宏伟.变参数振动钻削微小孔的优化实验分析上海交通大学学报.2000,(10):1349-1350.14 韩旭，吴伏家，振动钻削在深孔加工中的应用，山西机械管理开发，2007 第 5 期.15 庞浩.深孔加工的发展综述J.浙江万里学院报，1996， （04）. 毕 业 设 计 开 题 报 告2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1、本课题要研究或解决的问题（1）机械型振动驱动装置分析及选择。（2）深孔加工排屑装置的确定。二、拟采用的研究手段1）.机械型振动驱动装置分析及选择。本设计拟采用低频振动切削。低频振动的驱动形式有电磁振动型、电气一液压型、机械一液压型和机械型几种，振动频率为 20-200Hz。一般来说，低频振动切削的振动主要是靠机械装置实现，机械振动切削装置的结构简单、造价低、使用维护都比较方便，振动参数受负载影响较小，所以应用比较广泛。机械振动切削装置可形成独立机床部件，原机床不需要进行大的改装就可以与其配套，多用于钻孔、扩孔、铰孔、铿孔和螺纹加工中机械型振动驱动装置应用较多的是曲柄滑块式，四连杆机构及偏心轮式。结构简单造，低廉，工作可靠，有向机床通用附件方向发展的趋势，在原来机床不经改装或较少改装的情况下，就能配套使用。对于原已具备深孔加工系统的机床，只要将原来进给改机构成振动进给机构，配上相应的电控系统，就能实现振动深孔加工。本设计拟采用普通车床配用一种电磁式振动装置，电磁式振动装置是针对上述不足,设计的一种振动钻削装置,克服了传统的振动装置的不足。其主要特点是:1)电磁力比较大，可承受较大负载。2)通过调节交流电的频率和大小，使钻杆的振幅和频率连续可调,适应性强。3)用电磁式振动装置取代了传统机械振动装置,摩擦力小，噪声小，发热少。4)结构更加紧凑,易于在机床上安装,操作；便于维修和调整；整个装置使用寿命长,性能稳定,可靠。如图 2 所示，工作时电磁式振动装置通电，各磁极之间相互吸引或排斥，从而使钻头沿轴向往复振动；并且可按加工需要随意调整振动参数，以达到理想的振动切削效果。利用这种振动装置，配合使用负压抽血系统，可靠地解决了各种材料上加工深孔时的断屑问题，从而为各种内排屑钻头的应用提供了较好的排屑条件，可以在比传统加工方法更小的直径范围使用内排屑系统。图 2 振动装置和排屑装置2）.深孔加工中如何排屑。在深孔加工中切屑排除困难，不仅会划伤已加工表面，严重时还会引起刀具的崩刃至折断，所以排屑系统的好坏对加工质量影响很大。本设计拟采用 DF 系统，DF 的意思是双向供油系统，20 世纪 70 年代中期由日本冶金株式会社研制，它是 BTA 系统和喷吸钻系统相结合的产物。其工作原理是：如图 1 所示，在 DF 系统的前端放置有一个提供切削液的高压输油器，以便利用压力推出切屑与送进切削液，尾端置有一个产生负压效应装置，可起到抽吸切屑的作用。DF 系统这种推、吸双重作用的发挥，可加快切削液的流速，增加单位时间的排屑量，提高生产效率，是一种高效、高质量的深孔加工系统。抽屑器负压效应的大小，首先取决于气体通过锥形喷嘴间隙后产生的轴向气体动量。由于对负压抽屑效应的影响因素繁多，事前准确的计算出最佳的喷射间隙显然是困难且无必要的。最简办法是做成一个可调的“封闭环” ，通过调试达到最佳的抽屑效果。原则上，适用于某种钻孔直径的抽屑器，其抽屑力也足以适用于更小直径的钻头，但是不一定适用于更大的钻头。这种“小猫可以钻大洞”的效应可以为抽屑器的规范设计制造带来巨大的方便，但是实践中也会造成“大马拉小车”的弊端，功率过大的抽屑器会不必要的浪费资源，且使抽屑器的造型与机床不相协调，因此产生了其规范化设计的问题，可以通过同一抽屑器有两个以上的喷嘴快速更换来解决。抽屑器在装机前一次调试后，操作者不需修正。当孔的长径比超过 80-100 时，会发生前液流(输油器)自动增大现象，这时可以适当降低前油路压力，而后液流(抽屑器)一般不作调整。毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：同学的开题报告，基本上已经符合学校对于开题报告的基本要求 同学在毕业设计的前期态度非常积极，针对任务书中提出的任务要求，积极寻找关于深孔振动钻削装置的参考资料，在文献综述中重点对深孔振动钻削装置研究现状进行了详细论述，并对方案进行了讨论，文献综述部分，内容切题，而详实，为本课题的深孔振动钻削装置方案设计奠定了基础。在开题报告研究手段部分中，针对深孔振动钻削装置提出了方案并重点讨论，提出的方案具有可行性。同意开题。指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日