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精密深孔加工扭振装置设计(有cad图).rar

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    编号:20181016173633120    类型:共享资源    大小:1.15MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    精密 加工 装置 设计 cad
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    精密深孔加工扭振装置I摘 要振动钻削是振动切削的一个分支,它与普通钻削的区别在于钻孔过程中通过振动装置使钻头与工件之间产生可控的相对运动。振动方式主要有三种,即轴向振动(振动方向与钻头轴线方向相同)、扭转振动(振动方向与钻头旋转方向相同)和复合振动(轴向振动与扭转振动迭加)。其中,轴向振动易于实现,工艺效果良好,在振动钻削中占主导地位。振动的激励方式主要有超声波振动、机械振动、液压振动和电磁振动。其中,超声波振动的频率通常在 16kHz以上,所以也称为高频振动钻削;其它三种振动方式的频率一般为几百赫兹,故称为低频振动钻削。振动钻削改变了传统钻削的切削机理。在振动钻削过程中,当主切削刃与工件不分离(不分离型振动钻削)时,切削速度、切削方向等参数产生周期性变化;当主切削刃与工件时切时离 (分离型振动钻削) 时 ,切削过程变成脉冲式的断续切削。当振动参数(振动频率和振幅)、进给量、主轴转速等选择合理时,可明显提高钻入定位精度及孔的尺寸精度、圆度和表面质量,减小出口毛刺,降低切削力和切削温度,延长钻头寿命。振动钻削良好的工艺效果已引起国内外研究者的普遍关注。关键词:振动钻削;电机;带传动;偏心轴;主轴IIABSTRACTVibration drilling is a branch of vibratory cutting, and it is the difference between ordinary drilling borehole process through the vibrating device bit with workpiece occurs between the relative motion of controllable. There are three main vibration mode, namely axial vibration (vibration direction and drill axis torsional vibration (same), with bits direction of vibration rotation direction the same) and complex vibration (axial vibration and torsional vibration superposition). Among them, the axial vibration easy to realize and good results, in process of vibration drilling dominant. The incentive ways mainly have the vibration ultrasonic vibration, mechanical vibration, hydraulic vibration and electromagnetic vibration. Among them, the ultrasonic vibration frequency usually 16kHz above, so in high frequency vibration drilling, also called; The other three vibration mode frequency general for hundreds of Hertz so called the low frequency vibration drilling. Vibration drilling has changed the traditional drilling cutting mechanism. In vibration drilling process, when the main cutting edge with workpiece are not isolated (not separated type vibration drilling), cutting speed, cutting parameters such as periodic changes direction produced; When the Lord when the cutting edges and workpiece when separated type cut from (vibration drilling), cutting process into pulsing concentres cutting. When the vibration parameters (vibration frequency and amplitude), feeding, reasonable selection of spindle speed etc, can obviously increase the penetration positioning accuracy and pore size precision, roundness and surface quality and reduce export burr, reduce the temperature of cutting force and cutting, prolong drill life. Good vibration drilling process effect by the domestic and international researchers already popular attention.Key words: vibration drilling; motor; Belt transmission; Eccentric shaft; spindleIII目 录1 绪 论 ......................................................................................................................11.1 振动钻削技术的发展历史 ...........................................................................21.2 振动钻削的机理 ...........................................................................................12 装置设计 ................................................................................................................42.1 装置总体方案 ...............................................................................................42.2 电机的选择 ...................................................................................................62.3 带传动设计 ...................................................................................................82.4 偏心轴及其附件设计 ..................................................................................122.5 主轴及其附件设计 ......................................................................................182.6 底板设计 ......................................................................................................23参考文献 .......................................................................................................................24致 谢 .............................................................25附 录 ............................................................ 2611 绪论1.1 振动钻削技术的发展历史 孔加工是金属切削加工中最常用的加工工艺。据统计,孔加工的金属切除量约占切削加工总金属切除量的 1/3,钻头的产量约占刀具总产量的 60%。目前用于加工微小孔的工艺方法虽然较多,但应用最广泛、生产实用性最强的仍是采用麻花钻钻削加工。随着对孔加工质量和效率的要求不断提高,传统的钻削工艺已显示出极大的局限性,而近年来迅速发展的振动钻削工艺则日益显示出其独特的优势及广阔的应用前景。振动钻削是振动切削的一个分支,它与普通钻削的区别在于钻孔过程中通过振动装置使钻头与工件之间产生可控的相对运动。振动方式主要有三种,即轴向振动(振动方向与钻头轴线方向相同)、扭转振动(振动方向与钻头旋转方向相同)和复合振动(轴向振动与扭转振动迭加)。其中,轴向振动易于实现,工艺效果良好,在振动钻削中占主导地位。振动的激励方式主要有超声波振动、机械振动、液压振动和电磁振动。其中,超声波振动的频率通常在16kHz以上,所以也称为高频振动钻削;其它三种振动方式的频率一般为几百赫兹,故称为低频振动钻削。振动钻削改变了传统钻削的切削机理。在振动钻削过程中,当主切削刃与工件不分离(不分离型振动钻削)时,切削速度、切削方向等参数产生周期性变化;当主切削刃与工件时切时离(分离型振动钻削 )时,切削过程变成脉冲式的断续切削。当振动参数(振动频率和振幅)、进给量、主轴转速等选择合理时,可明显提高钻入定位精度及孔的尺寸精度、圆度和表面质量,减小出口毛刺,降低切削力和切削温度,延长钻头寿命。振动钻削良好的工艺效果已引起国内外研究者的普遍关注,自 1954 年日本宇都宫大学的隈部淳一郎教授提出振动钻削理论以来,各国学者对振动钻削进行了大量理论研究及实验分析,取得了许多有价值的研究成果,其中一些成果已逐步应用于加工领域。低频振动切削技术目前已应用于孔加工(包括钻、扩、铰、锁、攻丝等)和外圆车削加工等领域,解决实际生产中诸如切屑处理、改善切削加工性、提高加工质量、延长刀具寿命等问题,理论上也获得了许多发展。1.2 振动钻削的机理振动切削是在普通切削过程中给刀具或工件人为地加上某种有规律的、可控的振动,从而形成在机理上不同于普通切削的切削方法.振动切削按振动频率,可分为高频振动切削超声振动切削 和低频振动切削 f≤200Hz 实践证明,不论是高频还是低频振动切削,只要振动参数和切削用量选择得当,都能产生普通切削所2无法比拟的切削效果,如改善难加工材料的可加工性,可靠地断屑、排屑,显著减小切削力,降低切削温度,降低表面粗糙度,提高切削液的使用效果,从而大大地提高刀具的耐用度尤其在难加工材料和精密零件的加工中,振动切削已成为一种不可忽视的加工方法.用麻花钻进行振动切削时,振动形式有扭振主切削方向上的振动 、轴向振动进给方向上的振动和复合振动同时进行扭振和轴向振动。一般认为,当钻头进行扭振时,仅仅改变了切削速度,并没有形成切削厚度的变化,因而,从运动学上分析,在认为刀具是刚性的条件下,扭振并无断屑条件,对于复合振动中的扭振成分也是如此.但是,由于扭振是在钻头外缘部分的主切削方向上的振动,能起到减小切削力的作用;另一方面,它所产生的圆周方向上的切削速度的波动,与进给运动合成,仍然形成了切削厚度的变化,也有利于断屑.轴向振动对钻芯部分的切削刃而言,振动方向与切削方向一致,使横刃部分的冲剪作用有规律地进行,从而使作用在横刃上的脉冲力发挥作用,这时,对钻头外缘附近的切削刃而言,就形成吃刀方向振动切削机理.另一方面,振动切削过程中,由于刀具与工件之间断续接触,使得切削温度降低,正应力减小,内摩擦向外摩擦转化,而且刀具的动态冲击力产生了高于静态剪应力的波前剪切应力,这些也是切削力降低,工件材料更容易被破坏的原因.钻削工艺引入振动方式以后,由于受到振动、切削力、冲击等互相作用,加工表面的各种参数呈周期性变化,切屑不像麻花钻钻出来呈带状的切屑,而是片状、颗粒状、线性状等不同的形式。 切屑原理分析:设由于施振系统的作用,刀头产生振动为 1Aptπsin式中:A 1 为振幅,P为振动频率(Hz),t为时间。刀头的轴向位移X (t)X(t)= + (1)ftn60/1Aptπ2si式中: 为走刀量( );frm/为主轴转速( )。nin设 ε 为前后两刀波纹的重迭系数=60 =N+ i (2)εp/式中:N为整数;0≤i<1。设(3)2/)}cos()in2{3110 πiptAfa+当≤ 0,即 ≤ (4)0fi1实现断屑(理论上) 。3实验证明,振动钻削在加工过程中都能断屑,其原理是刀具与工件进行间歇、断续的切削,所形成的切屑在切削力振动挤压,冲击负荷的周期变化的共同作用下形成断裂,所以断屑在振动钻削加工中最易形成。42 装置设计2.1 装置总体方案精密深孔钻削是机械加工中较难的问题,特别是在难加工材料上的钻削小直径深孔,难度更大。一般情况下,用枪钻来加工小直径深孔,虽然冷却润滑和排屑都有较大的改善,但断屑并未解决。振动钻削技术是一种新的钻削方法,在小直径深孔加工中能有效地断屑,有利于深孔钻削中排屑问题的解决。由于振动钻削所具有的特点,国内外已在许多难加工材料的钻削中采用了振动钻削。实现振动钻削的关键之一是振动钻削装置。各种振动钻削装置所能产生的稳定的振动参数差别很大,因此,在实用上都有一定的局限性。枪钻是一种外排屑深孔钻,其结构如图 1 所示。通常切屑是被由刀具孔内流入切削区的高压切削油冲出孔的。如果切屑为连续不断的带状屑,即使增大供抽压力也难以可靠地冲出切屑,因此导致扭断刀头或刀杆的现象,所以枪钻加工深孔时的切屑处理主要是断屑问题。图 1 钻枪一般来说,振动装置应满足下列一些要求:(1).单位功率要大 ,即在一定的功率下具有最小的轮廓尺寸,能够满足尽可能广泛的工艺要求;(2).振动参数 (频率与振幅) 最好能单独无级调节,可调范围要尽可能大,以便使同一种振动装置能满足不同工种、不同工序的特殊需要;(3).频率特性要稳定 ,即要求受负载的影响越小越好;(4).振动部分的质量要适当,即要求附加的振动部分质量不会引起工艺系统的振动,以保证在切削过程中工艺系统能平稳工作;5(5).要有足够长的使用寿命,振动装置中的易损件要便于更换;(6).工作要平稳 ,噪声要小;(7).结构要简单 ,制造要方便,要容易和现有机床配套使用,甚至成为通用的机床部件;(8).和执行机构的连接要简便、可靠,若用螺纹一类的连接方式,必须采取防松措施。振动装置的类型若按振动的能源分类,可分为强迫振动装置和自激振动装置。强迫振动装置可根据实际需要,在一定范围内随机改变振动参数,它受切削过程的影响较小,在切削过程中容易维持振动参数的稳定性,因此应用最多。强迫振动切削装置有机械、电磁、电气、气动和液压等形式;也可以根据具体需要组成各种组合形式的振动装置,如机械-液压、电气-液压等。机械式振动装置结构简单,造价低,使用和维护方便,切削过程中振动参数受负载影响较小,其结构有偏心式、曲柄- 滑块式、四连杆机构等。偏心式振动装置由电动机、振动轴、偏心轮、偏心轮轴等组成。本人设计的是可用在车床上的低频扭振装置。为了使制造简单方便,并考虑到工厂生产时加工工序比较固定,所以本装置采用偏心量不可调的方案,取最常用的 1mm 作为偏心量。结合各种因素初步设计方案如下:在普通车床上,卸下刀架,在小溜板上安装上机械式扭转振动钻削装置。这种装置由偏心式振动机构、枪钻、导向机构和切削液循环系统等组成,车床主轴通过夹盘带动工件作旋转运动(主运动),偏心振动机构带动枪钻作圆周方向振动(扭振), 小溜板带动枪钻作轴向进给运动,高压切削液通过枪钻中心孔注入切削液,通过这种方法实现小径深孔低频扭振钻削加工。如图所示。电动机转速为n1,经一级皮带带动偏心轴产生n2 转速使偏心旋转,利用偏心轴轴端的偏心销钉使摆杆上下摆动,摆杆与振动轴相连接,枪钻夹持在振动轴的中心内,这样枪钻就在圆周方向以 100r/ s左右的振动频率进行扭振钻削加工。调节枪钻扭振频率的方法:一是更换皮带轮改变传动比 ;二是采用调速电机实现无级调速。本装置选用调速电机实现无级调速。6图 2 偏心式振动装置图 3 扭转振动钻削结构件图2.2 电机的选择本装置定为低频扭振,所以取其振动频率 =0~100fHz设偏心轴转速为 n1 则由公式= (5)f60/1n可算出 n1=0~6000rpm
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