钻削精密深孔扭振发生装置的设计摘要激振力频率模型的质量。不难看出，当时该式说明时，变化的切削力减小了钻头的振动，使钻头的振幅达到最小值。由式可知，此时瞬时进给量的变化幅度最大，由它引起的瞬时切削力的力幅也最大，最大，钻头振幅最小。同样可以分析出当时，钻头振幅最大，显然，时，将趋于无穷大。由以上分析可得出如下结论当.时，钻头的轴向激振力的幅值最大，所受振动冲击最大当时，钻头轴向激振力的幅值最小，所受振动冲击最小当时，钻头振幅将无限大，即系统达到共振，要设法避开刀柄的振幅越大，钻头的振幅越大。产生横向摆振与钻杆弯曲振动的原因.横向振动由于径向力以及主切削力的周期性变化，使得压向导向块的合力及导向套上的支反力也周期性变化。在轴向位置上，导向块滞后于切削力，这样导向块上形成的支反力形成对力偶，也随周期性地变化。又由于导向块的倒锥量，导向块后部与孔壁间存在间隙，引起变化的力偶就使得钻杆产生横向振动，周期性变化的力偶见图。图周期性变化的力偶导向块的轴向滞后量很小，产生的力偶也很小，所以横向振动般不是太严重，但如果振动频率接近横向振动的固有频率时会发生共振，这是应该避免的。.钻杆的弯曲振动在横向振动中，会引起钻杆的弯曲振动。产生弯曲振动的另个原因是采用了单刃刀具，使轴向力不过轴心见图。图轴向力不过轴心小直径内排屑深孔钻头般都是单刃刀具，单刃切削时轴向力的合力不是作用在钻头中心，偏置的轴向力必然引起钻杆的弯曲，同时由于它周期性地变化，必然也会引起钻杆的弯曲振动。钻杆的弯曲振动是这两种振动的合成。当振动频率接近系统的固有频率时，也会产生共振，当然也应该避免。振幅损失由于钻杆刚性较差，特别是当孔径越小，钻杆越长时，刚性就越差。这就使得钻柄处的振幅传到钻头时变小，即振幅损失。如果用ξ来表示振幅的损失率，则显然，当越接近．，即相位差接近，振幅损失越大，当.时，振幅损失率为最大值令,由此式可知，钻头的振动是由和两部分组成，其中，完全是由变化的切削力引起的附加振动，是由钻柄的振动引起的，二者的相位差为。当时，钻头的振幅最小，当时，钻头的振幅最大。可见，当变化的切削力引起系统的振幅越大，振幅损失就越大。同时由式可看出，减小振幅损失的的途径有减小相位差，但这受到断屑要求的制约增大和，增大太多会使得钻头承受的交变切削力幅值太大，冲击增大，影响钻头寿命。增大必须增大弹性系数，即增大钻杆的刚度。钻杆刚性越好，振幅损失越小。所以，采用内排屑深孔钻的振幅损失将小于采用枪钻的振幅损失。深孔加工的高效解决方案.深孔加工就刀具本身而言，通过提高自身的加工效率延长使用寿命可以降低其在生产成本中所占的比例。为缩减过去占制造成本的切削液成本，干式半干式切削得到逐步推广，开始替代传统的湿式切削。与此同时，刀具制造厂商开始将适应干式半干式切削的刀具商品化，以进步降低零部件的制造成本。在切削刀具中，孔加工用的钻头尤其不易实现干式半干式切削。进行干式加工时，由于不能通过使用冷却剂达到冷却与润滑的效果，致使切削部位的温度会迅速上升，使刀刃急剧磨损，刀具寿命急速缩短。特别是在切削热易蓄积的孔加工中，熔结在刀具上的被加工材料脱落后会造成刀刃的显著损伤，再加上缺乏冷却液的排屑功效，切屑堵塞很容易造成钻头折断，使加工不稳定。令人遗憾的是，至今为止，孔的干式加工的实用化仍未能实现。图深孔加工用硬质合金整体钻头目前，除了铝合金耐热合金材料的加工之外，采用最少量冷却剂的半干式加工正在得到推广和普及，在深孔加工中也已开始得到采用，如至今仍很难加工的以上的深孔已经能够用非步进法进行加工了。以往的深孔加工主要使用高速钢钻头枪钻。为了避免孔弯曲而采用小进给方式加工，为防止切屑堵塞而采用步进方式加工，致使生产效率直很低。现在，这个问题已经得到了解决，三菱公司开发出的可实现高效高质量加工的硬质合金整体钻头如图所示，目前在汽车制造业已经得到应用。图切削性能比较这种硬质合金整体钻头的特点是螺旋排屑槽形状由窄变宽，加工的深孔时不需步进进给，可实现连续进给，次完成加工。当加工球墨铸铁时，如图所示，使用普通钻头切削，当时就会因切屑堵塞钻头发生折断现象而无法继续加工下去。而采用最新的深孔加工用硬质合金整体钻头，的深孔也可用非步进进给方式实现稳定加工，且未见切削动力消耗的上升。图与以往加工方法的比较加工时间图所示的是最新深孔加工用硬质合金整钻削精密深孔扭振发生装置的设计摘要的不锈钢和耐热合金钢，结果使钻头平均寿命提高了,加工效率提高了。他认为，低频轴向振动钻削时刀具与工件切削表面的周期性分离可改善排屑性能，所以提高了钻头寿命。年，前苏联学者Гончаров采用低频扭转振动钻削也获得了切削扭矩降低钻头寿命提高.倍的加工效果。年以来，日本学者新井典久等人对低频振动钻削提高难加工材料的钻削能力进行了较为深入的系统研究。他们用的高速钢麻花钻先后对钛合金镍铬铁耐热合金和奥氏体不锈钢进行了低频振动钻削实验，并与碳素结构钢对比，用压电晶体三相测力仪测量动态切削力，用热电偶测量切削温度，并用有限元法分析温度分布，以主后刀面刃区外缘处的磨损宽度来衡量刀具寿命。实验结果表明振动钻削时钻削轴向力和扭矩静态分量动态力的平均值明显下降，其中钻削时分别下降和，效果最为明显钻削时分别下降和，下降幅度最小振动钻削使切削液冷却润滑作用增强，钻头外缘处切削温度下降磨损宽度减小，钻头寿命延长。因此，新井的实验结果有力地证明了低频振动钻削具有提高难加工材料钻削能力的工艺效果。王立江教授及课题组着重对振动钻削提高微小钻头寿命进行了实验研究，他们根据微小钻头不重磨的特点，以钻头折断前的钻孔个数或钻孔长度作为钻头寿命指标，先后做了超声波振动钻孔和低频振动钻孔实验，实验数据表明，不但低频振动钻削能成倍提高微小钻头寿命，超声波振动钻削提高微小钻头寿命的效果也十分明显，如参数选择合理，寿命可提高.倍以上。三十多年来，国内外学者对振动钻削作了大量理论与实验研究工作，振动钻削能提高钻孔质量延长刀具寿命和改善对难加工材料切削能力等优良工艺效果已在机械加工领域得到普遍承认。综观国内外振动钻削的研究现状，目前主要存在以下问题对振动钻削的理论研究尚不充分，还未形成完整的理论体系，现有理论具有较大局限性，尚需修正和完善，以充分揭示振动钻削的动力学本质对振动钻削工艺效果的研究大多局限于直径大于的孔径区域，而直径小于.的微小孔加工条件最为恶劣，且加工数量与日俱增，所以对振动钻削微小孔的研究更具实际意义，需予以更多关注迄今对振动钻削的研究均属于定参数振动钻削，无法同时满足钻削三区段不同钻削机理的要求，难以达到进步提高钻孔整体加工水平的要求。因此，三区段变参数振动钻削，特别是对微小孔的三区段变参数振动钻削是在定参数振动钻削基础上的次飞跃，是具有重要科研及应用价值的研究课题。.振动钻削的发展趋势当今，随着科学技术的迅猛发展，些具有优良的机械和物理性能的新型材料不断涌现，并逐渐在各个领域开始得到应用，这为振动钻削的发展提供了有利的条件。由于振动钻削是种先进的加工工艺，振动参数对孔加工质量的影响非常大，而且要根据不同的加工对象不同的钻削区段作相应的变化，因此靠以往的钻削设备不能实现这目标，必须增加能进行改变振动参数的自动控制系统，充分实现振动钻削的自动化和智能化。振动钻削的最终目的是适应新型材料的出现，优化切削过程，全面提高孔加工质量，而受实验设备等客观因素的限制不可能在实验中大幅度地随意改变参数，因此用计算机仿真来全方位地分析和优化切削过程是必须的，这就要求在对系统辨识的基础上根据振动理论切削理论控制理论等对系统进行形象的描述并构造振动钻削的仿真模型，实现对振动钻削的动态仿真。近年来，由于材料科学的飞速发展，具有优良机械和物理性能的新型材料不断涌现，并逐渐在各个领域得到应用。高强度高硬度金属材料正交纤维束增强复合材料及涂层材料等的应用日益广泛，尤其是正交纤维束增强复合材料以其优良的比强度比刚度和加工性能被广泛应用于飞机结构中，然而其主要弱点之是层间剪切强度低，采用普通钻削加工时因轴向力较大，使层间容易产生脱层现象，尤其钻出时脱层更为严重。针对这问题，采用振动钻削工艺，并在钻入和钻出时采用不同的加工参数振幅振动频率进给量主轴转速等以减小轴向力，无疑可显著提高孔的加工质量。由多种材料如钛合金铝合金及复合材料组合构成的叠层材料已逐渐应用于新型飞机的制造中，其应用前景十分广阔，但由于其切削性能很差，成为推广应用的主要障碍，因此亟需解决其切削加工难的问题。对于这种材料采用定参数振动钻削的加工方法难以奏效，必须在钻削不同材料层时相应改变加工参数，才能在性能差别悬殊的不同材料层上钻出高质量的孔。极有发展前途的金属基主要是铝基非连续增强复合材料以及最近出现的些具有晶须短纤维和陶瓷颗粒结构的材料，不仅性能优异，而且价格也可与传统金属材料竞争，国外已在导航系统航空发动机汽车连杆活塞汽缸体工业机器人传动齿轮上投入应用。但是这类材料中的增强相纤维晶须或颗粒硬度很高，且在材料中随机分布，故钻削加