深孔镗铰复合刀具设计开题报告.doc

毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院、系：专 业：机械设计制造及其自动化设计题目：深孔镗铰复合刀具设计指导教师:2012年3月13日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一深孔加工技术在制造业中的地位及作用深孔加工技术一般是指加工长径比(即孔全长与孔径之比)很大，因而为通用工具、机床所不能胜任而必须采用的特殊工艺、工具及设备.在机械制造领域中，深孔加工、齿轮加工等都是制造业的重要分支领域，与一般制造工艺技术相辅相成，在机械制造领域中具有举足轻重的地位.近代深孔加工技术是因枪、炮管制造的需要而发展起来的.直到第二次世界大战时期，深孔加工工具与设备90%以上用于兵器制造.外排屑式的枪钻和单刃平头炮钻曾经是有效的深孔刀具.40年代出现了镶硬质合金枪钻和BTA(内排屑)钻头，使深孔加工的效率提高10倍以上，加工质量相应地大幅度提高，为深孔加工技术在煤炭、石油机具制造中的应用，重型机器、冶金机械、电力设备、液压件制造、航天工业等行业的大量应用开阔了道路.到了80年代，深孔加工技术已成为几乎所有制造行业不可缺少的关键工艺技术.在现代机械产品中，深孔零件常常成为决定产品质量水平和效益的关键件.在我国数百家以深孔零件为主要加工对象的大中型企业中，深孔加工技术已是对企业产品质量和效益起决定作用的技术.即在一般制造业中，深孔加工也常常成为“卡脖子”技术.2 我国深孔加工技术的现状我国深孔加工技术的总体水平比一般制造工艺水平还要落后，约与先进工业国60年代的水平相当.以枪炮制造业为例，60、70年代已在国际上普及的“高压”排屑型硬质合金深孔钻(包括单管内排屑(STS或BTA)镶硬质合金深孔钻及深孔镗头，焊接式及整体式硬质合金枪钻、枪铰刀，机夹式多刃及单刃钻头)，虽然在80年代已为少数民用企业引进或仿制，但兵器工业依然沿用高速钢深孔刀具，更谈不上DF深孔钻的应用.深孔加工机床多为自制或仿制西方40年代的机型，已不适用于采用新技术.在民用制造业中，80年代仅有屈指可数的厂家引进国外深孔加工设备，象硬质合金枪钻、镶齿喷吸钻这样的普通刀具还需仰赖进口.少数工具厂有BTA钻和整体硬质合金枪钻、枪铰刀的生产，但品种有限，远远不能满足需求.例如5mm以下的和加工500mm以上深度的硬质合金枪钻，无厂家供货;加工高强度、超硬超深材料的BT且钻头、撞头无供应渠道，兼具高效、精密加工双重功能的深孔刀具几乎完全不见.事实证明，即使引进现成的技术和设备，也不可能一劳永逸地解决不同行业中提出的特定工艺问题(如兵器工业中的深孔加工特殊工艺技术和设备、深孔工具和装备生产的专业化，各种难加工材料的特需刀具和工具研制等)，这就决定了我国的深孔加工技术发展道路必须从开展设计研制工作入手.我们的研究工作，首先从国内(调查研究军民用企业的技术观状和紧迫问题)国外(全面收集国外技术情报，对先进工业国深孔加工技术发展状况和工具设备制造业进行重点考察并了解其发展趋势)调研入手，将移植推广与创新相结合;使设计研制试验面向生产中具有普遍性和紧迫性的实际课题;注意立足于已有旧设备的改造利用，并在此基础上提出创新性的工具、设备、新设计方案;充分考虑成果的多用性(军民生产两用，深孔行业与非深孔行业兼用;将CAD，CAM，GT，NC等新技术移植于深孔加加工领域;逐步增加预研成果储备，使先进技术配套和系列化.因此，推出中国自己的原创性深孔加工技术，建立专业化，现代化的配套深孔加工装备产业，引进国外先进深孔加工装备设计生产体系并实现国产化，创建以先进技术武装的深孔零件制造行业，以满足广大中小企业开发新装备的迫切需求7。三BTA与DF系统的对比孔加工在金属切削加工中占有重要地位, 孔加工刀具的共同特点是由于受孔径限制, 又是在工件内部加工, 刀具的强度及刚度差、排屑及冷却润滑困难. 而深孔加工是指对长径比(即孔深 L 与孔径d 之比) 大于5 10的孔进行加工。 普通的深孔 L/ d 20 100 的特深深孔则须用专用设备、专用机床和刀具进行加工。 在深孔加工时孔为半封闭, 其固有难题是: 断屑、排屑难, 导热差、冷却润滑不易, 还会出现刀具刚性差、易抖动、震动、变形折断等情况。 如何提高深孔的加工精度、提高生产效率是设计和使用深孔加工刀具的首要问题。深孔加工可分为外排屑加工和内排屑加工两大类。外排屑枪钻因受结构限制不能满足高效、精密加工的要求，另一方面，被切下切屑又与加工好的表面直接接触，破坏了表面质量，因此，一般都是采用内排屑深孔钻进行加工。内排屑深孔钻又分为BTA、喷吸钻、DF系统深孔钻三类。实践证明:喷吸钻断屑要求严格，尺寸范围较窄，常用于18mm65mm孔的加工，加工过程中外管无切削液举托，在受进给力的作用后钻杆变形易擦伤已加工好的表面，破坏了表面质量，也难实现精密深孔加工的要求。为此、精密深孔加工要靠BTA、DF系统深孔钻来进行8。由于枪钻不适用于较大直径深孔的加工，Beisner于20世纪40年代初参照枪钻单边刃切削及自导向的两大基本特点，推出一种由钻杆和钻头外部供入切削液，从钻头和钻杆内腔排出切屑的内排屑深孔钻头。由于钻头体和钻杆为空心圆柱体，以方牙螺纹互相连接，易于拆装更换，从而成为大直径深孔钻钻孔的理想钻头。Beisner钻头的切削刃与枪钻十分相似，只有一个出屑口，专用于实体钻孔。后经BTA改进，成为规范化的双出屑口错齿BTA钻，并同时推出了结构功能类似的一种BTA扩钻和一种BTA套料钻，总称BTA钻。但由于BTA实体钻应用最多，所以习惯上将BTA实体钻简称为BTA钻。 BTA深孔钻是内排屑深孔钻的典型结构，是在单刃内排屑深孔钻的基础上改进而成。切削刃呈双面错齿状，使切削力分布均匀，钻削平稳可靠，所钻削的深孔具有良好的直线性，切屑从双面切下，并从双面排屑孔中进人钻杆，将切屑排出孔外，较单刃内排屑深孔钻，切削力分布合理，更易于使切屑分开和折断。内排屑深孔钻适与加工直径在20mm以上，长径比不大于100的深孔，孔加工精度为IT7IT10级，加工表面粗糙度Ra3.21.6um9。DF系统（Double Feeder system，意为双向供油系统）一种在双管喷吸钻基础上改进而成的单管喷吸钻技术。它是在20世纪70年代由日本冶金有限公司推出的。其钻头和钻杆与BTA实体钻完全相同。只是在钻杆后面的走刀箱中加设一对锥形喷嘴副，形成由前后倾斜的圆锥形喷口。切削液分为两液流支：以2/3的流量向前供给切削刃部（其作用与BTA钻相同）；以其余1/3流量提供喷嘴副，在钻杆尾端产生喷射流和负压抽屑效应。采用DF系统时，只是在零件端面位置上，放置一个以推压方式提供冷却液的油压密封装置，即相当于BTA系统的密封装置;而后放一个产生喷射效应的装置。由于发挥推、吸双重作用，使得冷却液流速加快，单位时间内流量增加;相应地切屑排出量增大，因而，在实际深孔加工中效果是可观的。它特别适合于6mm一20mm的小直径深孔加工。直径65mm)，DF深孔加工系统的优点相应减少，因而它主要适用于加工直径为6mm一65mm的深孔。4 深孔加工镗铰复合刀具产生的必要性深孔加工随着我国机械制造业的迅速发展，使得原本局限于军事工业、航空航天等特定领域的深孔加工技术及装备在我国各行业也得到了广泛的应用。深孔加工在孔加工领域中占有非常重要的地位，约占孔加工量的40%以上。随着科学技术的进步，新型高强度、高硬度和高价值难加工孔零件的不断出现，加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不断提高使得原有的传统的加工方法越来越难以满足甚至根本达不到现在在精度、材料、效率的要求。这些问题随着我国机械加工领域的快速发展都要求人们去探索研究利用新的加工工具、新的加工方法去解决这些问题。现代深孔加工技术的基本要求:工效高并可以重复性地进行机械化大批量生产;加工质量较好，批量加工时产品质量具有较高的一致性；废品率低，从而节约原材料和其他消耗；综合加工成本较低。与此相应，现代深孔加工技术的基本标志应当是：能连续自动排屑及冷却润滑;刀具（工具）应具备较好的自导向功能。深孔实体钻削技术被公认为是深孔加工技术的关键技术6。然而迄今为止，国内大直径深孔加工技术，一直沿用多刀镗、铰的传统工艺。存在问题是生产率低，成本高，产品质量保证困难。特别是近年来，随着精密深孔零件的需求量剧增，现代的深孔加工技术面临着尖锐的挑战，使用常规工艺，刀具及材料远解决不了生产率与加工质量的矛盾，因此，寻求一种先进的加工工艺，适合于新工艺的刀具及材料是该领域中急待解决的问题之一14。在机械切削中, 精密孔的加工一直是一个比较困难的问题, 而刚性镗铰刀则是用于加工精密孔的组合加工刀具。它是利用被加工孔的已加工部位导向, 一次完成镗、铰和挤压等工序, 不受毛坯余量分布不均匀的影响, 在孔径余量7mm或更多情况下, 一次加工便能得到HT6级精度的孔, 加工孔的直径范围为870mm, 而且刀具使用寿命长13。镗刀是广泛使用的孔加工刀具。一般镗孔达到精度IT8IT9级，精细镗孔时能达到IT6级，表面粗糙度为Ra1.6um0.8um。镗孔能纠正孔的直线性误差，获得高的位置精度，特别适合箱体零件的孔系加工。镗孔是加大孔的唯一精加工方法。镗刀种类很多，可分为单刃镗刀和双刃镗刀3。 铰刀是对已有的孔进行半精加工和精加工用的刀具。它可以用手操作或在车床、钻床、镗床等机床上工作。由于铰削余量小，切屑厚度薄，因此和钻头或扩孔钻相比，铰刀齿数多导向好，容屑槽浅，刚性增加，所以铰孔的加工精度一般可达H7级H9级，表面粗糙度Ra1.6um0.4um3。孔加工复合刀具是由两把或两把以上同类或不同类的孔加工刀具经复合后同时或按先后顺序完成不同工序（或工步）的刀具。孔加工复合刀具的加工范围很广，它不仅可以从实心材料上加工同轴孔或型面孔，也可以进行扩孔、镗孔、铰孔等。使用孔加工复合刀具，可同时或按先后次序加工几个表面，因此减少机动或辅助时间，提高生产效率。孔加工复合刀具的结构，可以保证加工表面的相互位置精度，如同轴度和端面与孔的垂直度等，因而可加工要求较高的和较复杂的零件。用这种刀具加工时，可减少工件的安装次数或夹具的转位次数，降低了工件的定位误差，使工件的加工余量也较均匀，有利于提高工件的加工质量，此外，因加工时工序较为集中可减少机床的工位数和台数，节约了投资，加工成本也较低。因此，孔加工复合刀具正在不断扩大，它的应用范围，特别在组合机床和自动线加工面，使用范围很广泛。根据以上特点将镗刀，铰刀复合而成的深孔加工刀具，它集镗削、铰削，挤压等工序为一体，能够在加工余量较大的情况下，一次完成粗精加工，它与其他的孔加工刀具相比，有着效率高，几何精度高，孔的直线性好以及低粗糙度等特点。而这些特点都符合现代加工技术的要求，因此将是机械加工行业一种很有前途的深孔加工组合工具。参考文献1 金属切削原理及刀具 吴道全 万光珉 林树兴 主编 重庆大学出版社2 金属切削与刀具实用技术 刘志华 任昭蓉 主编 国防工业出版社3 金属切削原理及刀具 武文革 辛志杰 主编 国防工业出版社4 金属切削实用刀具技术 太原金属切削刀具协会编 机械工业出版社5 复合刀具 何乃纶 主编 中国农业机械出版社6 现代深孔加工技术 王峻 编著 哈尔滨工业大学出版社7 王峻 我国深孔加工技术的现代化发展与前景展望 太原机械学院报 1991.038 樊铁镔 深孔加工技术综述 工具技术 1981.059 张斌 深孔加工的几种工艺方法 机械工人冷加工 2004.0310 叶伟昌 钻深孔的新型刀具DF系统深孔钻11 林哲山 戴达军 刘玉襄 深孔加工刀具刚性镗铰刀的应用 机械工程1994.0412 庞浩 深孔加工的发展综述 浙江农村技术师专学报 1996.0413 曲贵龙 孙林德 吕凤民 刚性镗铰刀在生产中的应 机械工程师 1998.0214 赵波 赵学良BTA刚性镗铰刀加工高强度大直径精密深孔 太原机械学院报 1991.0215 王玲君 杨富明 邓晓晓 错齿BTA钻深孔加工刀具设计 机电技术 2011.0416 阎建军 赵建敏 复合孔加工刀具的创新与应用 机械工人（冷加工）2000.1217 赵家宁 铰刀、镗刀及孔加工复合刀具的选用 金属加工（冷加工）2011.1818 汪国健 自导向镗铰刀及其工艺系统 挑战工程师 2002.219 周国刚 深孔加工刀具的发展 四川兵工学报 2009.8 20 B46.1 (2002) Surface Texture, Surface Roughness, Waviness and Lay, ASME, USA 21 ISO 4287 (1997) Geometrical Product Specifications (GPS) Surface texture: Profile method Terms, definitions and surface texture parameters22 Whitehouse DJ (1994) Handbook of Surface Metrology. Taylor Francis, Institute of Physics Publishing, London23 薛万夫 孙苗琴 孙国忠 深孔加工技术及其应用 陕西机械学院学报 1990.03 24 Machinability data center. 3rd Edition, Volume 2, of the mechanical machining data sheet.1989年 25Machinability data center. Mechanical machining data sheet 3, Volume 1.1989年 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题以研究设计一把深孔镗铰复合刀具为对象，在这其中突出的问题是复合刀具的设计和解决刀具为深孔刀具的问题。在深孔刀具设计的问题中断屑和排屑、冷却与润滑、刀具的导向是主要的问题。复合刀具的设计中刀具材料的选择、强度和刚度、切屑的排出、刀具的导向以及切削用量的选择都是不同于单一刀具的设计问题。（1） 刀具材料的选择 复合刀具切削负荷大，应选用强度较高的刀具材料。如果复合刀具上各刀具直径相差较大，为保证各刀具耐用度大体相同，则切削速度高的刀具可以用硬质合金制造，小直径刀具可以选用高速钢材料。（2） 强度和刚度 由于刀具复合，若同时加工两个或两个以上的加工表面时，作用在刀具上的总切削力及扭矩就较大；若刀具是顺序完成对一个孔的多次加工，由于实际导向位置的变化将使刀具的悬伸量加大，因此在结构设计上应使它有足够的强度和刚度。（3） 切屑的排出 复合刀具同时参加工作的刀齿数多，会产生大量的切屑。同时还会造成前后刀具切下的切屑相互干扰和阻塞，致使刀具损坏。因此各刀齿最好有自己的排屑通道。如果切屑需从同一通道排出，则应适当减少刀齿数，增大容屑槽。必要时可采用高压切削液强迫排屑。（4） 刀具的导向 为保证复合刀具在加工时位置正确，刚性好，切削过程平稳，孔加工复合刀具应具有良好的导向方式。复合刀具可用刀具本身或刀杆在导套中进行导向。（5） 切削用量的选择 切削用量的选择要尽可能达到合理的利用所有刀具，充分发挥其切削性能。因为在组合机床动力刀头上往往工作的刀具种类多，比如钻头、铰刀、镗刀等。其切削用量各有特点，要使各种刀具都能有较为合理的切削用量，一般是采用拼凑法解决。如钻铰复合刀具，其进给量按钻头允许的进给量上限选用。这样使复合刀具的钻和铰都有相对合适的切削用量。此外应注意到，由于复合刀具强度及刚度较差，故切削用量应稍选低一些。对于刀具材料的选择、强度和刚度、切削用量的选择同时还应考虑到加工材料的特性来决定。切屑排出的问题根据深孔钻的类型及其结构特点有外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻、套料钻四种成熟的形式.在设计刀具时会根据深孔孔径的大小，要求达到的表面粗糙度等问题选择合适的方法作为排屑方式。导向问题，因为使用复合铰刀，复合刀具最好带导向部分，当被铰的孔相隔一定距离时，这一点尤其重要。导向部分可以位于刀具的前部、中部或后部，视刀具结构而定，也可以有几个导向部分。因为是镗刀和铰刀的复合，起到的作用是为了孔的半精加工和精加工，近年来，为了提高加工精度和效率，镗刀大多采用装配式结构，做成可调刀头，两种刀的连接方式选择套装式复合刀具的方式，可以提供很好的断屑条件而且易于解决刀具同轴度的问题便于加工制造。 在设计时应该注意按照复合刀具的设计步骤 与单一刀具不同，复合刀具没有成熟的设计步骤。由于复合刀具的种类、特点很多，也不可能有唯一的设计步骤，但对大多数复合刀具来说，可以提出一个一般性的设计步骤，作为具体设计时的参考依据：1.确定与刀具结构参数有关的原始数据，如被加工零件的结构性能，被加工零件的表面形状、精度要求和余量大小，零件毛坯的材料，工艺装备和机床特点、劳动生产率的高低及有无其它同时工作的刀具等。2.确定需要采用的复合刀具类型，是采用复合车刀还是复合铣刀，还是其它类型的复合刀具。3.初步确定切削刃的形状。4.初步确定结构要素：包括刀齿的刃磨角度、选择刃部刀具材料，决定切削力的作用方向和大小。5.计算刀齿形状和刀具切削部分尺寸：包括成形车刀刃形的计算、切齿工具切削刃口形状的计算等。6.对结构要素进行强度计算，并最后确定刀具的形状，以使刀具在切削中获得足够的强度、合理的几何形状及适当的导向和夹持。这些问题可以利用有关手册、刀具生产的工艺资料、有关的设计资料所推荐的数据。7.进行刀具精度、干涉等方面的验算：对不同刀具，验算项目也是不同的，例如，插齿 刀主要验算干涉，花键滚刀则验算齿形的计算精度。8.绘制刀具的设计图，并确定制造和重磨的技术条件。在刀具设计图中，要包括制造该刀具所需的数据，形位和尺寸公差（如切削刃的容许摆差，配合孔相对于端面的不垂直度，两端面的不平行度，形状的允许偏差，齿距的累计误差等），刀具各部分的硬度，打印标记及其位置等。9.根据设计图校验现有结构是否完全符合原始数据的要求，对计算说明书进行相应的复验。设计师应不断观察所设计刀具的使用效果，通过改进设计来解决已出现的问题，使其逐步完善。这些设计步骤，在使用中应灵活掌握，并非任何复合刀具的设计都包括上述内容。方法只是达到一定目的的手段，只要所设计的复合刀具能达到预期的要求，所用的方法就应该说是可行的。当然可行的方法不一定是最佳方案。毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日