深孔加工工况分析
深孔加工在封闭或半封闭的空间内进行,产生大量切屑在一定的空间内易形成堵塞,切削热不易传递出去,其加工难度高、排屑难且工作量大。 BTA 深孔钻排屑的主要动力是由高压油提供的压力,如果切屑过长,即使在高压油的作用下仍然难以排出。为解决深孔加工过程中排屑难的问题,通过分析振动切削原理、设计振动断屑装置、给刀具施加轴向周期振动,实现钻头瞬时切削厚度的改变和钻头轴向振动,从而有效控制切屑的形态,使切屑顺利排出,提高高速深孔加工的效率。 振动钻削机理分析
振动钻削的基本原理是通过振动装置施加给刀具或工件一定方向、一定频率和一定振幅的可控振动,使钻头和工件之间产生规律性的接触和分离,从而使普通钻削变成间歇式钻削。 图1 振动钻削类别 针对不同的振动方向将振动钻削分为三类(见图1) ,其中,轴向振动方向与钻头的轴线方向一致,扭转振动方向与钻头的旋转方向一致,复合振动是轴向振动与扭转振动的相互叠加。由于轴向振动比较容易实现且加工效果较好,因此应用最广,其钻削机理见图2。 图2 轴向振动钻削机理 振动钻削是间歇性切削,钻削过程中钻头在极短的时间进行切削,其余时间钻头与工件都处于分离状态; 钻头间歇式的切削使之获得极大的瞬时速度和瞬时加速度,对被加工工件形成冲击,使塑性金属脆性化,同时降低摩擦系数和切削力,进而提高钻头的相对刚度。在振动钻削过程中,由于钻头和工件间的接触是间歇式的,因此振动钻削产生的切削热少且散热快; 振动钻削可以使切削力降低,并在一定程度上避免刀瘤的产生,提高加工工件的表面质量。 振动装置建模及分析
在设计机械式振动钻削的振动装置时,一般采用偏心机构、四连杆机构和曲柄滑块机构等,综合分析深孔加工的特点,拟采用偏心凸轮结构来建立模型。偏心式振动机构建模的基本原理见图3。 图3 偏心凸轮机构 根据计算绘出如图 4 所示的断屑区域图。 图4 切削区域图
振动断屑装置实验分析
1.振动发生装置设计 振动钻削装置中必不可少的是振动发生器,其结构设计如图 5 所示。由图可知,内凸轮与转轴采用紧配合的方式连接在一起,当转轴转动时,内凸轮随之转动; 为了实现振动振幅的调节,需要使内凸轮和外凸轮之间可以转动,则外凸轮与内凸轮之间的配合方式为可动连接; 螺母可用来控制外凸轮与内凸轮之间何时可相对转动,即当螺母松开时,外凸轮与内凸轮可以相互转动。 图 5 振动发生器简图 图 6 相对位置关系图 2.振动断屑装置整体设计 振动断屑装置整体结构见图 7。由于钻杆的不稳定性,振动发生装置不容易固定,可将振动直接加载到联结器上。为了使联结器沿直线运动,设计安装小导轨,其配合结构见图 8。 图7 振动断削装置原理图 图8 小导轨与联结器配合关系图 为防止联结器与小导轨脱离,设计安装导轨挡于小导轨后端,可避免联轴器掉落; 通过弹簧支柱把弹簧固定在弹簧挡板与联结器之间,且弹簧处于压缩状态,其弹力足以推动联结器移动。振动发生器的两端支撑在拖板上,当凸轮转动时,便会推动联结器与钻杆一起移动。振动断屑装置的特点包括: ①振动发生器可通过电机直接控制,则其振动频率可通过调节电机的转速实现控制; ②通过调节内外偏心轮的相对位置,可连续调节振幅大小,适应性强;③应用小导轨可保证钻杆沿直线运动,从而保证了直线度; ④结构紧凑,易于安装与操作,寿命长,性能稳定。 因字数限制,内容不完整,详细的请自行搜索。
(来源夹具侠)
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