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文档简介
1 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系: 机械系 专 业: 机械工程及自 动 化 姓 名: 张晓锋 学 号: 060104262 外文出处: International Journal of Machine Tools & Manufacture 47(2007) 133 -140 附 件: 1.外文 资 料翻 译译 文; 2.外文原文。 指导教师评语: 签名: (用外文写)2 年 月 日 注: 请将该封面与附件装订成册。 振动镗孔与振动钻孔的研究 G.-L.陈省身 、良家明 机械工程系,国际云林理工大学,大学路 123 号,区域 3,斗六,云林 640, 2005 年 8 月 21 日 台湾 收到, 2006 年 1 月 22 日在经修订的形式收到的, 06 年 2月 17 日接受了, 2006 年 4 月 18 日在线发布。 摘要 本文中 ,切削振动 (VC)已应用于我们开发的振动装置上来进行的镗孔和钻孔加工。 根据工件表面粗糙度 ,我们借助田口法和析因研究法( ANOVA)分析了振动对镗孔的影响。实验表明,在镗孔时利用振动切削可以显著地提高表面粗糙度。我们建议可以采用描影区域法作为一个简单有效的方法来分析交叉孔中的毛刺。高频振动镗孔可以有效地减少交叉孔中毛刺的形成。实验结果表明,利用振动切削可以显著地减少交叉孔中的毛刺。 关键词 : 振动切削,钻孔,镗孔,毛刺 ; 交叉孔 1.导言 振动切削是在加工过程中在切削刀具或工件上施加一个高频或低频振动 ,从而获得更好的切削性能的一种技术。这项技术已应用于木材 1, 2和低碳钢 3中精密钻削。在钻削铝材和玻纤增强塑料 4, 5时 ,利用低频振动有利于减小毛刺的尺寸以及延长工具寿命。 Adachi 等 【 4】 开发了最高频率为 100Hz,能产生低频振动的电机伺服系统,利用该系统在铝材上钻孔时, 毛刺尺寸可减小 5%-25%。 Onikura 等人6, 7在钻床上利用压电驱动器使其主轴产生 40kHz 的超声波振动。他们发现超声3 波振动可以减少切屑和前刀面之间的摩擦力,可以使切屑更薄,同时大大的降低了切削力。因此,利用振动切削可以减少孔尺寸过大,减小切屑和前刀面之间的摩擦力,提高表面粗糙度。 Chern 和 Lee8提出另一个新的方法来使工件获得预期的振动。通过用直径为 0.5mm 的麻花钻进行大量的实验,他们发现增大振动频率和振幅可以改善孔尺寸过大、孔中心错位和钻孔内表面粗糙度。 Jin 和 Murakawa9发现利用超声振动切削可以有效的防止切削工具崩刃,从而 延长刀具寿命。山和加藤 【 5】 发现在超声波 VC 下可以大大减少钻孔的平均推力。 钻孔的切屑越薄越容易从孔中脱落。 低切削力可以大大延缓在入口和出口处毛刺的形成。 因此,使用振动切削可以提高钻孔的总体质量。 除了钻孔,车削工作是 VC 应用的另一个领域。在 VC 的帮助下,发现机械加工性能差的玻璃材料可以有效地加工。超声波 VC 方法可运用于加工玻璃 【 10】 和钠钙玻璃 【 11】 的车削工作。通过运用 VC 技术,一个最大为 0.03 微米的表面粗糙度,已经在表面车削加工中获得成功。在切削方向上运用超声振动可以获得超精密玻璃性。 一般情况下,钢铁不能被金刚钻加工是由于过度的刀具磨损。但在超声波 VC下, 不锈钢金刚石车削工作的实现和不锈钢镜片的光学特性是通过在 0.026 微米的 表面粗糙度 而获得的 【 12】 。 Shamoto 和 Moriwaki【 13】 通过引入两个同步方向的振动提出了一个椭圆振动切削的方法。淬硬模具钢用低切削力、高品质的表面和寿命长的刀具可在车削工作试验中有效地加工 【 14】 。 工业阀门的制造往往涉及钻孔和镗孔的操作,产生交叉洞。一个主要问题的引起就是阀门里面形成了毛刺。交叉孔毛刺是许多工业面临的最困难的毛刺任务。许多毛刺进程并非适用于大多数交叉孔案件,特别是参与小直径钻孔工作时。交叉孔毛刺可能阻碍空气和在实际应用中阀的液体流动,导致故障或不良后果。 在这篇论文中,振动钻孔装置的设计和制造。压电驱动器是利用连杆的末端生成所需的轴向振动。对钻孔后的工件表面粗糙度是否与 VC 有关进行了研究。在田口法的帮助下,每个加工参数的影响率和贡献率都可以确定。交叉孔内毛刺的形成定义为是由钻孔和镗孔形成后的毛刺圆形阴影区域。毛刺大小的测量是通过图像处理软件计算黑色素数获得图像。通过实验结果,我们讨论了 VC 在钻孔和镗孔上的影响。 4 2. 振动钻孔装置的设计和制造 运用 VC 在钻孔操作的基本思想,在图 1 作了简要的说明。在镗杆上施加沿工件进给速度方向上的振动。为确保镗杆沿工件轴向振动,两线性导轨对称布置,并与夹持块相联接, 如图 2 所示。在先前的振动切削研究 6-8, 13, 14中使用压电驱动器来产生高频率的振动。压电驱动器具有很好的精确度、灵敏的反应以及大的驱动力。因此在本文中,我们在镗杆的末端附加了一个压电驱动器来产生预期的振动。四个外部块相连接来容纳导轨、夹持块和压电装置。整个镗孔装置见爆炸图 3。装置的照片见图 4。 此振动钻孔设备的设计是基于以下考虑。 1. 由于空间的限制,该设备是专为直径为 12 毫米,长度为 150 毫米的镗杆而设计的。镗杆是通过螺丝钉来实现固定的,如图 Fig.2。 2. 在钻孔操作过程中, 整个结构必须具备足够的刚度来 承受动态负载。 装置的各 个元件是由高强度的不锈钢制成,以提供足够的刚度。图 1 钻孔操作的振动切割 5 图 2 直线导轨和控制装置 图 3 振动钻孔装置的爆炸形式 图 4 振动钻孔装置的图片 6 3.压电驱动器以承受负载来运作。 为了 获得高频率振动,电源必须提供足够的交流电。 在本研究中,我们使用 物理设备公司( PI)的压电驱动器( PI P-244.10) ,以高功率的放大器 (PI P-270.02)。 P-270.02 最高频率是 16 千赫。 P-270.02 输出电压是从 0V 到 -1000V,其 峰值为 50mA, 目前 平均最大输出 是 13mA。 4 P-244.10 的 推力和拉力容量分别 是 2000N 和 300N。显然,压电陶瓷能承受 高的推动负载,但易碎且不能承受高拉力。为了避免在钻孔中,因过度拉力而导致破换发生的可能性,压电执行器预装了弹簧,如图 Fig.4,在外表块和控制装置压缩之间。弹簧的选择是基于钻孔力和拉力,并且能够持续由压电驱动器驱动。因此这项研究选择了一个 1mm 的钢丝弹簧直径。 3.实验设备和方法 实验设备介绍如下。 发动机车床( Victor-500*1000):执行镗孔实验。加工中心( MC-1050P,三菱 520AM 控制器):为了交叉孔实验。激光位移计( Keyence LC-2430):来衡量振动振幅。这种传感器的抽样率为 50kHz。该清晰度为 0.01 m,激光束斑为 12m。在整个测试中振动振幅保持在 2 m。 刀具制造的显微镜( Olympus-STM):来观察在交叉孔的毛刺。在 0.5 m 清晰度下它拥有 200 倍的最大放大率。波形发生器( HP-33120A):提供波形和频率的功率放大器。表面粗糙度测量机( Talyround, series-2):来测量在镗孔后工件表面粗糙度。 镗孔插入: 11的硬质合金 TPMR221, P10 的碳化钨。镗杆:一个直径为 12毫米的硬质合金 S12M-CTFPR11。 1 毫米的钻头, 2 长笛,包括角度 118高速钢( HSS) , 30的螺旋角, 15第一减轻角, 30的第二减轻角。工作材料:铝合金管( AL 6061T6) , 30 毫米的内径和 40 毫米的外径。切割液:矿物油。 3.1.振动镗孔实验 在振动镗孔装置下,我们开发了在发动机车床上处理实验。这个实验涉及到四个参数,因此在这篇论文中我们采用 田口 法来处理多变量影响的反应。 田口 使用信号与噪声( S/N)比率作为参数选择的质量特征。对于较小和更好的特征,S/N可以表示为 7 21/log()SNyn其中 n是实验次数和 y是测量数据。方差的分析( ANOVA)表示为执行分析了工艺参数的影响。基于方差的分析,各参数的贡献率可预测,因此参数组合选择可以优化。如何利用田口法来详细描述实验的计划,可以在参考文献中找到 【 15.16】 ,而不是本文总结。 由于在每三个层次有四个参数,我们采用 L9( 34)正交表来分析它们的影响。振动钻孔实验选择的工艺参
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