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（优秀毕业全套设计）精密深孔加工扭振装置设计

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,刀头产生振动为式中为振幅,为振动频率,为时间。刀头的轴向位移式中为走刀量为主轴转速。设ε为前后两刀波纹的重迭系数式中为整数。设当,即实现断屑理论上。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。装置设计.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。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,在实用上都有定的局限性。枪钻是种外排屑深孔钻，其结构如图所示。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。图钻枪般来说,振动装置应满足下列些要求.单位功率要大,即在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.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,以便使同种振动装置能满足不同工种不同工序的特殊需要.频率特性要稳定,即要求受负载的影响越小越好.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.要有足够长的使用寿命,振动装置中的易损件要便于更换.工作要平稳,噪声要小.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.和执行机构的连接要简便可靠,若用螺纹类的连接方式,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,经级皮带带动偏心轴产生转速使偏心旋转,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。图偏心式振动装置图扭转振动钻削结构件图.电机的选择本装置定为低频扭振，所以取其振动频率设偏心轴转速为则由公式可算出图偏心轴与电机如上图中间轴为偏心轴，右端为电机，它们之间用带传动，当偏心轴以的速度高速旋转时设电机转速为,取带传动公比.由公式可得调速电机有直流调速和交流调速两大类。因为在工件加工时，主切削力由机床主轴提供，所以本装置只是使夹持钻头的振动轴产生很微小的振动，所需功率很小。本着造价经济，实用简单的原则，查阅相关资料后，决定选用型电机。该电机参数和样本图如下型号额定功率.额定电压额定电流.弱磁调速时最大转速效率飞轮力矩重量图型电机表型电机外形尺寸.带传动设计带传动是由联于主动轴上的带轮主动轮，固联于从动轴上的带轮从动轮和紧套在两轮上的传动带组成的如图。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦或啮合，便拖动从动轮起转动，并传递定动力。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。图带传动示意图确定计算功率计算功率是根据传递的功率，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即式中计算功率，单位为传递的额定功率如电动机的额定功率，单位为工作情况系数查相关资料，取.则选择带型根据计算功率和主动轮转速，查相关资料选用窄带确定带轮的基准直径由于本装置是用带传动增速，故主动轮为大带轮，从动轮为小轮，已知传动比.，以结构紧凑为指导原则，参考相关标准，取主动轮取从动轮验算带的速度.合理确定中心距和带的基准长度初步估计中心距，由公式代入得取取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需的基准长度代入相关数值后，得参考相关标准，取带基准长度，再根据来计算实际中心距。由于带传动的中心距般是可以调整的，故可采用下式作近似计算，即代入数据得考虑安装调整和补偿预紧力的需要，中心距的变动范围为综合考虑，取确定轮上的包角大于度，合理确定带的根数式中考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数单根带的基本额定功率计入传动比的影响时，单根带额定功率的增量查表得所以.因此取带根数确定带的预紧力由公式查表再代入其它已知的数据，算得计算带传动作用在轴上的力简称压轴力由公式代入数据得带轮设计设计带轮时应满足的要求有质量小结构工艺性好无过大的铸造应力质量分布均匀转速高时要经过动平衡轮槽工作面要精细加工，以减小带的磨损各槽的尺寸和角度应保持定的精度，以使载荷分布较均匀等。带轮材料可用铸铁，铸钢和铸铝。本装置因带轮转速较高，故采用铸钢。由设计标准小轮结构为实心式，大轮结构为腹板式。它们的结构图如下所示图实心式小带轮图腹板式大带轮带传动的张紧装置各种材质的带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使预紧力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查预紧力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。如下图，电机安装在滑槽上，张紧装置为焊在底板上的钢块，钢块上开有螺纹孔，装上螺栓后，调节螺栓即可调节电机的位置。图带传动张紧装置.偏心轴及其附件设计.图偏心轴及其附件偏心轴是本装置最关键的零件，如上图所示在轴端偏心位置安装有销钉，当带轮带动该轴旋转时，销钉便以偏心轴中心线为中心作圆周运动，其运动轨迹的圆周半径即是偏心量，带轮的固定方法是轴肩加螺母，整个轴在两端装上轴承后安装在轴承座上。偏心轴转速最高为，所以其制造精度要求较高。偏心轴的结构图如下图偏心轴的结构图轴的强度校核偏心轴只受径向力，主要是皮带轮附加的压轴力，由于偏心轴转速较高,轴的微变形都会产生较显著的影响，因此需要校核轴的刚度，因为轴的两端用轴承支承，两轴承间的轴部分无载荷，因此只需计算皮带轮到其最近轴承上的部分轴的刚度。该轴段可简化为下图图偏心轴简化图选取坐标系如图所示，任意横截面上的弯矩为由公式得挠曲线的微分方程为积分得在轴承端，转角和挠度均应等于零，即当时把边界条件代入公式，代入公式，得再将所得积分常数和代回.和.式，得转角方程和挠曲线方程分别为以截面的横坐标代入以上两式，得截面的转角和挠度分别为为负，表示截面的转角是顺时针的。也为负，表示点的挠度下，令得查资料验证，刚度合格轴承的选用轴承的选取依据是轴承的载荷，包括大小，方向和性质轴承的转速轴承的调心性能轴承的安装和拆卸已知偏心轴只受径向力，主要是带轮附加的压轴力，该压轴力为，轴的转速最高为，偏心销钉绕轴心线旋转时以的频率与摆动杆碰撞，具有冲击性质。由偏心轴的工作性质，并按轴承的选用原则，参考相关的资料后，决定选用深沟球轴承。由相关资料，设轴承预期寿命已知载荷转速则所需轴承应具有的基本额定动载荷单位为可根据公式计算得出代入数据，算出由轴承内径，基本额定动载荷，转速参考相关标准后选用深沟球轴承标准摘自参照单位轴承代号尺寸尺寸尺寸额定动载荷.额定静载荷.极限转速脂润滑油润滑重量.图深沟球轴承轴承底座轴承座用来支承轴承和轴，要求刚度足够，工作时稳定振动小，轴承座般是用铸铁铸造，其中与轴承配合接触的内孔壁有较高的尺寸公差要求。偏心轴轴承座结构图如下图偏心轴轴承座结构图端盖和透盖为了阻止灰尘，水，酸气和其它杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而必需对轴承进行密封，本装置采用毡圈油封形式。具体方法是在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形或带形，放置在梯形槽中以与轴密合接触。如下图，透盖是中间开有孔的轴承盖，以使轴可以伸出来，孔壁上开有梯形槽，用来安放毛毡圈。端盖是中间不通孔的轴承盖，安装在偏心轴不需伸出的另端。它们都是使用镙钉固定在轴承座上。图透盖图端盖偏心销钉偏心销钉选用槽销，该类销上辗压或锻出的三条纵向的沟槽，打入销孔后与孔壁压紧，不易松脱，能承受振动和变载荷，销孔不需铰制，可多次装拆，般用于有严重振动和冲击载荷的场合。图槽销.主轴及其附件设计图主轴及其附件主轴为空心轴，如上图，在右端利用轴肩和螺母将摆动杆固定在轴上，摆杆和轴之间通过键来传递力轴的左端装有弹性夹头，可将钻头夹紧。当偏心轴旋转使摆杆绕主轴轴心线作微小往复扭转时，整个主轴便带动紧固在弹性夹头上的钻头作扭转运动，即实现了本装置所要求的扭振。主轴主轴上装有钻头，钻削加工时，钻头所受的扭矩要附加在主轴上，所以要求主轴具有足够的扭转强度。另外，为