【毕业设计】钻削精密深孔扭振发生装置毕业设计说明书

约占所有金属切削加工工序的。

我国每年生产钻头用的高速钢消耗量约占刀具生产中高速钢消耗总量的。

可见，在机械加工中孔加工占有很重要的地位，尤其是航空航天汽车电子和计算机等行业，孔加工更显示出其得天独厚的地位。

例如，架波音约有万个连接孔，机械连接工作量不包括总装约占机械加工工作量的。

随着现代化进程的不断推进，高科技产品层出不穷，孔加工的数量与日俱增，孔加工的地位也在不断地上升。

同时对孔加工质量的要求也越来越高，这无疑给孔加工带来巨大挑战。

目前用来加工微小孔的方法很多，但在国内外应用最广泛生产实用性最强的要数麻花钻的钻削加工。

然而，以往的大量实验结果证明，普通钻削很难承担起这历史使命，非传统的振动钻削新工艺越来越显示出其独特的优势。

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以上，所以也称为高频振动钻削其它三种振动方式的频率般为几百赫兹，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，自年日本宇都宫大学的隈部淳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。

无锡太湖学院学士学位论文振动钻削的国内外研究状况年代中期，在人们发现了振动钻削具有的些优良工艺效果之后，为寻求科学的支持，国内外些学者开始从理论上对振动钻削的机理与特性进行探索，至今多年来，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。

隈部淳郎教授在他的著作精密加工振动切削基础与应用中，率先提出了超声波振动钻削的钻头刚性化效果理论。

在他构造的钻头动力学模型中，把钻头抽象为自由端具有集中等效质量相互垂直的两个方向向和向上的等效刚度为和等效阻尼系数为和的悬臂梁，并受到脉冲宽度为周期为两个垂直方向幅值分别为和的脉冲力作用使钻头产生横向位移和，从而构造出钻头在两个方向上的运动微分方程，并进行了求解和分析。

年开始，王立江教授和他的课题组对高频和低频振动钻削都进行了系统的研究。

他在研究中还提出了低频振动提高钻入定位精度的新观点，指出振动钻入时虽然由于种原因产生的横向力作用使钻头产生横向偏移，但由于振动的存在，使钻头迅速退回脱离工件，并在再次钻入前的段时间内受阻尼力的作用横向偏移迅速衰减，待衰减近平衡位置时再次钻入，故明显地提高了钻入定位精度，即具有钻入偏移退回恢复重新钻入的动力学特性。

这特性的发现无疑丰富了刚性化理论，推动了振动钻削理论研究的进程。

年刘华明教授在自制的超声波振动钻床上进行了实验研究，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受力简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无锡太湖学院学士学位论文在轴承端，转角和挠度均应等于零，即当时把边界条件式代入式，式代入式，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，表示点的挠度向下，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。

钻削精密深孔扭振发生装置的设计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ε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。

无锡太湖学院学士学位论文偏心轴轴承座结构图如下图轴承底座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。

图透盖和端盖钻削精密深孔扭振发生装置的设计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弹性夹头摆动杆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，为了保证加工时深孔的精度，对主轴的旋转精度要求较高。

主轴的结构图如下无锡太湖学院学士学位论文图主轴强度校核由于钻削时，钻头主要受轴向力和扭矩，轴向力对主轴的变形基本无影响，因此主轴只需校核扭转强度。

钻削时，钻头所受扭矩设，加工材料为中碳钢查资料所以可见该扭矩很小，由于设计的主轴最小厚度已有，远远能满足扭转强度要求。

弹性夹头弹性夹头已有相关的设计标准，本装置所设计的弹性夹头如下图弹性夹头材料钻削精密深孔扭振发生装置的设计轴承的选用主轴主要承受的是加工时工件对钻头的作用力，附加给轴承时主要是轴向力。

轴向力查相关资料所以由于振动钻削时，所加工的孔般都是小孔，因此钻头所受作用力都比较小，般的轴承都可以满足要求。

由轴承选用规则确定选用圆锥滚子轴承，并根据主轴直径查相关资料确定轴承型号最后选用圆锥滚子轴承该轴承尺寸如下图圆锥滚子轴承表圆锥滚子轴承型号轴承型号外形尺寸轴承重量新代号老代号额定动载荷额定静载荷极限转速脂润滑油润滑无锡太湖学院学士学位论文轴承座轴承座结构图如下图轴承座结构图夹紧螺母夹紧螺母是与弹性夹头配合使用的，当螺母往轴轴向拧进时，螺母内的斜面与弹性夹头的外斜面紧紧贴合，同时螺母内斜面对弹性夹头外斜面施加作用力，螺母越往里拧，这个作用力越大，弹性夹头受这作用力影响，便发生弹性形变以夹紧中心孔内的钻头。

夹紧螺母的结构图如下图夹紧螺母结构图钻削精密深孔扭振发生装置的设计轴承盖主轴两端都要外伸，因此两端的轴承盖都为透盖，使用毛毡圈作为密封件，具体介绍可参考偏心轴上的透盖。

摆杆摆杆为中间开有滑槽的的长条块，端通过键与主轴联接，另端通过滑槽与偏心轴上的槽销连接。

图摆杆底板设计电机，偏心轴和主轴最后都要用螺栓安装在底板上，这样便成为了个完整的装置。

电机，偏心轴和主轴之间有相互位置关系。

滑槽图底板无锡太湖学院学士学位论文由于整个装置最终是通过底板与机床固定，这便要求安装时底板底面为平整面，所以，用螺栓将主轴轴承座，偏心轴轴承座和电机固定在底板时，宜采用底部锪孔，将螺栓头隐藏在底板内。

钻削精密深孔扭振发生装置的设计致谢历时将近两半年的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和问题，都在老师和同学的帮助下度过了。

尤其要强烈感谢我的论文指导老师范圣耀老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和完善。

另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。

在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢，感谢这篇论文所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多关键素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和