基于振动钻削的深孔加工研究

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　　振动钻削是一种新的深孔加工方法，效率高，表面质量好，可以取代传统的“钻―扩―铰”工艺，在国内外受到高度重视，并得到广泛应用。下面就对切屑形态变化与切削参数之间的关系进行探讨。
　　一、断屑实验分析
　　1.断屑实验数据
　　振动钻孔的切屑与普通钻孔不同，普通钻孔的切屑是厚度一致的带状切屑，而振动钻孔的切屑可分为四种不同形态［1］（见表1）。
　　由表1可得出如下结论：
　　（2）当2 a/s固定不变，使60 f/n变化时，60 f/n越接近整数，断屑效果越不好。且当频转比f/n增大时，切屑变小。由理论分析可知，此时刀具振动波长减小，切削单元变小，因而有利于断屑。
　　（3）当2 a/s、k（刀具振动一周内完整波形的个数）固定时，使相位角变化，实验中还发现，Ψ=1260、Ψ=2520这两种条件下切屑大小基本相同，由理论分析可知：对称于180°位置，切削路程基本相同，因而切屑大小基本相同。
　　（4）当60 f/n固定不变，2 a/s增大时，切屑变小。由断屑机理可知，振动断屑是由运动造成的，a增大，切削单元将由多波干涉形成，造成切削单元明显减小。
　　2.断屑原因分析
　　（1）切屑厚度的不断变化有利于断屑。振动切削时，切屑厚度方向上留下与振动频率相关的波纹，因而影响切屑厚度变化，切屑厚度的不一，在高压切削液和容屑空间作用、限制下，很容易从切屑的强度较差部位折断，达到断屑效果。
　　（2）刀杆的轴向振动有利于断屑。由于钻头的进给量很小，当轴向的振动双振幅大于进给量时，就实现了分离切削，切屑也就被强制性的切断。
　　二、加工精度分析
　　1.加工精度数据
　　（1）尺寸精度对比
　　普通切削时，圆度：9μ m
　　振动切削，f=20 Hz，a=0．07 mm时，圆度7 μm。
　　振动切削，f=28 Hz，a=0．07 mm时，圆度6 μm。
　　振动切削，f=35 Hz，a=0．07 mm时，圆度4 μm。
　　（2）表面粗糙度对比
　　普通切削时，表面粗糙度Ra：0．69 μm。
　　振动切削，f=20Hz，a=0．07 mm时，表面粗糙度Ra：0．33 μm。
　　振动切削，f=28Hz，a=0．07 mm时，表面粗糙度Ra：0．32 μm。
　　振动切削，f=35Hz，a=0．07 mm时，表面粗糙度Ra：0．30 μm。
　　可见，在其他加工条件相同的情况下，振动切削可以不同程度地提高表面加工质量，选择适当的振动参数可以明显地降低表面粗糙度值，提高尺寸精度。
　　2.原因分析
　　（1）切削扭矩的减小有利于提高表面加工质量。振动切削可以降低切削扭矩，使扭矩减小64％左右，因而使加工时的切削温度相应降低，有利于提高表面加工质量。
　　（2）良好的断屑效果有利于提高表面加工质量。振动切削可以使切屑变得碎小，这种碎小的切屑在高压切削液作用下易被带出已加工的深孔表面，从而减少切屑给已加工表面带来的不利影响，而且避免了打刀，提高了刀具寿命。因此，振动切削可提高加工精度。
　　三、结论
　　振动切削有良好的断屑效果，可以使切屑变得碎小，这种碎小的切屑在高压切削液作用下较易被带出已加工的深孔，从而减小切屑给已加工表面带来的不利影响。深孔加工中难以解决的断屑、排屑问题在运用振动切削技术后加工精度大大提高，生产率可提高6～10倍,根据深入的研究可以得出如下结论：
　　（1）振动钻孔是由刀具运动造成断屑，比其他任何形式的断屑都要可靠，是目前较为有效的断屑方法。
　　（2）振动钻孔的切屑形态可以通过改变切削参数来控制，以达到最佳状态。
　　（3）振动钻孔是改善加工表面质量的最有效途径，振动钻削技术可以广泛适用于深孔、精密孔的加工领域，具有广阔的应用前景。
　　参考文献：
　　韩旭.深孔加工低频振动钻削试验研究［D］.中北大学,2007.
　　（作者单位 广东省机械高级技工学校）
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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