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精密深孔加工扭振装置设计【7张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 精密深孔加工扭振装置设计 cad图纸

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精密深孔加工扭振装置设计

29页 8500字数+说明书+中期检查表+开题报告+7张CAD图纸【详情如下】

中期检查表.doc

主轴A3.dwg

偏心轴A3.dwg

大轴承底座A3.dwg

小轴承底座A3.dwg

底板A1.dwg

弹性夹头A3.dwg

精密深孔加工扭振装置设计开题报告.doc

精密深孔加工扭振装置设计说明书.doc

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QQ截图20150228221205.gif

大轴承底座A3.gif

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偏心轴A3.gif

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小轴承底座A3.gif

主轴A3.gif

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摘要

振动钻削是振动切削的一个分支,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16ｋＨｚ以上,所以也称为高频振动钻削;其它三种振动方式的频率一般为几百赫兹,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时离(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。

关键词：振动钻削；电机；带传动；偏心轴；主轴

ABSTRACT

Vibration drilling is a branch of vibratory cutting, and it is the difference between ordinary drilling borehole process through the vibrating device bit with workpiece occurs between the relative motion of controllable. There are three main vibration mode, namely axial vibration (vibration direction and drill axis torsional vibration (same), with bits direction of vibration rotation direction the same) and complex vibration (axial vibration and torsional vibration superposition). Among them, the axial vibration easy to realize and good results, in process of vibration drilling dominant. The incentive ways mainly have the vibration ultrasonic vibration, mechanical vibration, hydraulic vibration and electromagnetic vibration. Among them, the ultrasonic vibration frequency usually 16kHz above, so in high frequency vibration drilling, also called; The other three vibration mode frequency general for hundreds of Hertz so called the low frequency vibration drilling. Vibration drilling has changed the traditional drilling cutting mechanism. In vibration drilling process, when the main cutting edge with workpiece are not isolated (not separated type vibration drilling), cutting speed, cutting parameters such as periodic changes direction produced; When the Lord when the cutting edges and workpiece when separated type cut from (vibration drilling), cutting process into pulsing concentres cutting. When the vibration parameters (vibration frequency and amplitude), feeding, reasonable selection of spindle speed etc, can obviously increase the penetration positioning accuracy and pore size precision, roundness and surface quality and reduce export burr, reduce the temperature of cutting force and cutting, prolong drill life. Good vibration drilling process effect by the domestic and international researchers already popular attention.

Key words： vibration drilling； motor； Belt transmission； Eccentric shaft； spindle

1 绪论1

1.1 振动钻削技术的发展历史2

1.2 振动钻削的机理1

2 装置设计4

2.1 装置总体方案4

2.2 电机的选择6

2.3 带传动设计8

2.4 偏心轴及其附件设计12

2.5 主轴及其附件设计18

2.6 底板设计23

参考文献24

致谢25

附录 26

1 绪论

1.1 振动钻削技术的发展历史

孔加工是金属切削加工中最常用的加工工艺。据统计,孔加工的金属切除量约占切削加工总金属切除量的1/3,钻头的产量约占刀具总产量的60%。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一个分支,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。1.2 振动钻削的机理

振动切削是在普通切削过程中给刀具或工件人为地加上某种有规律的、可控的振动,从而形成在机理上不同于普通切削的切削方法.振动切削按振动频率,可分为高频振动切削超声振动切削和低频振动切削f≤200Hz实践证明,不论是高频还是低频振动切削,只要振动参数和切削用量选择得当,都能产生普通切削所无法比拟的切削效果,如改善难加工材料的可加工性,可靠地断屑、排屑,显著减小切削力,降低切削温度,降低表面粗糙度,提高切削液的使用效果,从而大大地提高刀具的耐用度尤其在难加工材料和精密零件的加工中,振动切削已成为一种不可忽视的加工方法.用麻花钻进行振动切削时,振动形式有扭振主切削方向上的振动、轴向振动进给方向上的振动和复合振动同时进行扭振和轴向振动。

一般认为,当钻头进行扭振时,仅仅改变了切削速度,并没有形成切削厚度的变化,因而,从运动学上分析,在认为刀具是刚性的条件下,扭振并无断屑条件,对于复合振动中的扭振成分也是如此.但是,由于扭振是在钻头外缘部分的主切削方向上的振动,能起到减小切削力的作用;另一方面,它所产生的圆周方向上的切削速度的波动,与进给运动合成,仍然形成了切削厚度的变化,也有利于断屑.轴向振动对钻芯部分的切削刃而言,振动方向与切削方向一致,使横刃部分的冲剪作用有规律地进行,从而使作用在横刃上的脉冲力发挥作用,这时,对钻头外缘附近的切削刃而言,就形成吃刀方向振动切削机理.另一方面,振动切削过程中,由于刀具与工件之间断续接触,使得切削温度降低,正应力减小,内摩擦向外摩擦转化,而且刀具的动态冲击力产生了高于静态剪应力的波前剪切应力,这些也是切削力降低,工件材料更容易被破坏的原因.

钻削工艺引入振动方式以后,由于受到振动、切削力、冲击等互相作用,加工表面的各种参数呈周期性变化,切屑不像麻花钻钻出来呈带状的切屑,而是片状、颗粒状、线性状等不同的形式。　　

参考文献

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[2] 刘鸿材料力学[M] 第三版高等教育出版社 2007 年 35～58

[3] 马晓湘.钟均祥. 画法几何及机械制图[M] 第二版华南理工大学出版社 2000年117～125

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[5] 王光斗.王春福.机床夹具设计手册[M] 上海科学技术出版社 1980年 120～140

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[7] 张耀宸. 机械加工工艺设计实用手册 [M] 航空工业出版社 1993年

[8] 隈部淳一郎. 精密加工振动切削基础与应用 [M] 机械工业出版社 1985年 179～226

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[10] 姜大志.孙俊兰. 振动切削技术与零件加工表面完整性工具技术[J] 200221(5)19～22

[11] 姜大志.孙俊兰.振动切削与加工表面完整性机械工艺师[J].99(6)5～8

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[14] 温任林.颜景平.超声波振动切削技术与误差补偿技术的综合应用工具技术.199731(8)3～6

内容简介：: 湖南工学院毕业设计(论文)工作中期检查表题目精密深孔加工扭振装置学生姓名杨志伟班级学号214070136专业机械设计制造及其自动化指导教师填写学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计（论文）原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计（论文）过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“”认真一般较差尚存在的问题及采取的措施：指导教师签字：年月日系部意见：负责人签字：年月日湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表题目精密深孔加工扭振装置学生姓名杨志伟班级学号214070136专业机械设计制造及其自动化评阅教师姓名职称工作单位评分内容具体要求总分评分开题情况调研论证能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。10外文翻译摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。10设计质量论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。35创新工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。10撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。15综合能力能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。20总评分评阅教师评阅意见评阅成绩总评分20%评阅教师签名日期湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表题目精密深孔加工扭振装置学生姓名杨志伟学号214070136专业机械设计制造及其自动化指导教师罗清红内容综述（对毕业设计或论文的研究步骤和方法、主要内容及创新之处进行综述，提出答辩申请）：本人设计的是用于车床上的低频扭振装置。研究的方法是根据振动切削的原理设计这个精密深孔加工扭震装置。振动切削的原理是在普通切削过程中给刀具活工件人为地加上某种有规律的、可控的振动，从而形成在机理上不同于普通切削的切削方法。具体的研究方法是在普通的车床上，卸下刀架，在小溜板上安装上机械式扭转振动钻削装置。这种装置由偏心式振动机构、钻枪、导向机构和切削液循环系统等组成，车床主轴通过夹盘带动工件做旋转运动偏心振动机构带动枪钻作圆周方向振动，小溜板带动枪钻作轴向进给运动高压切削液通过枪钻中心孔注入切削液，通过这种方法实现小径深孔低频扭振钻削加工。研究步骤：1方案设计；2设计电机；3带传动设计；4偏心轴及其附件设计；5主轴及其附件设计；6底板设计。主要内容：电机选用Z2-11型电机；带传动采用一根V带，V带轮设计是：小轮结构为实心式，大轮结构为腹板式；偏心轴轴端偏心位置安装销钉，销钉选用的是槽销，偏心轴轴承选用的是深沟球轴承6204；主轴的右端利用轴肩和螺母见摆杆固定，主轴轴承选用的是圆锥滚动轴承30210 GB/T29794；摆杆为一中间开有滑槽的长条。本装置的创新之处在于在偏心轴轴端的偏心位置安装偏心销钉，通过偏心轴旋转动偏心销钉旋转，在带动摆杆绕主轴轴心线作往复扭转，最终主轴便带动筋骨在弹性夹头上的钻头做扭转运动，从而实现所需的扭振。申请人签名：日期：资格审查项目是否01工作量是否达到所规定要求02文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）03是否完成任务书规定的任务04完成的成果是否达到验收要求05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）指导教师签名：毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：符合答辩资格，同意答辩不符合答辩资格，不同意答辩审查小组成员签名：年月日湖南工学院2011届毕业设计（论文）课题任务书(一)系：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化指导教师罗清红学生姓名杨志伟课题名称精密深孔加工扭振装置内容及任务1结构特征、装配性能要求；2.机械加工工艺方案设计；3.装配图、零件工作图设计；4.撰写设计说明书（论文）。拟达到的要求或技术指标1.完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合1号图幅以上的图纸用手工绘制；2.按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书，且“中文摘要”不少于400字；3.至少翻译一篇本专业外文文献（10000个以上印刷符号），并附译文；4.查阅到10篇以上与题目相关的文献；5.要求设计的夹具总体方案先进、合理，符合国家标准；设计计算、校核正确无误；6.可调整夹具中可调整、可更换元件精度要求高，位置要准确，安装、调整和检验要方便；7.制定出合理的装配工艺规程，确保产品质量、提高生产效率、降低生产成本。进度安排起止日期工作内容备注2.28-3.11（2周）3.14-3.25（2周）3.28-6.3（10周）6.6-6.10（1周）毕业设计调研集中实习毕业设计答辩时间主要参考资料1 濮良贵.纪名刚.机械设计M.第七版.高等教育出版社.2001年 1251972 刘鸿.材料力学M.第三版.高等教育出版社.2007年35583 马晓湘.钟均祥. 画法几何及机械制图M 第二版华南理工大学出版社 2000年1171254 上海电器科学研究所. 中小型电机产品样本M 机械工业出版社1994年27565 王光斗.王春福.机床夹具设计手册M.上海科学技术出版社 1980年 1201406 杨黎明.黄凯李.恩至陈.仕贤.机械零件设计手册 M国防工业出版社1993 年 87957 张耀宸. 机械加工工艺设计实用手册 M 航空工业出版社 1993年8 隈部淳一郎. 精密加工振动切削基础与应用 M 机械工业出版社 1985年 1792269 李祥林, 薛万夫 ,张日升振动切削及其在机械加工中的应用 M 北京科技出版社 1985年 659810 姜大志.孙俊兰.振动切削技术与零件加工表面完整性工具技术J 200221(5)1922教研室意见年月日系主管领导意见年月日湖南工学院2011届毕业设计（论文）指导教师评阅表系：机械工程系学生姓名杨志伟学号214070136班级机本0701专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名罗清红课题名称精密深孔加工扭振装置评语：（包括以下方面，学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；检索和利用文献能力、计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）是否同意参加答辩：是否指导教师评定成绩分值：指导教师签字：年月日湖南工学院2011届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表系（公章）：学生姓名杨志伟学号214070136班级机本0701答辩日期课题名称精密深孔加工扭振装置指导教师罗清红成绩评定分值评定小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合计100答辩评分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 60最终评定成绩：分数：等级：答辩委员会主任签名：年月日说明：最终评定成绩a+b，两个成绩的百分比由各系自己确定，但应控制在给定标准的10左右。湖南工学院毕业设计(论文)开题报告题目精密深孔加工扭振装置学生姓名班级学号专业机械设计制造及其自动化提纲(开题报告2000字以上)：1. 对指导教师下达的课题任务的学习与理解2. 阅读文献资料进行调研的综述3. 根据任务书的任务及文献调研结果，初步拟定的执行（实施）方案（含具体进度计划）精密深孔加工扭振装置设计开题报告一、文献调研孔加工是金属切削加工中最常用的加工工艺。据统计,孔加工的金属切除量约占切削加工总金属切除量的1/3,钻头的产量约占刀具总产量的60%。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。振动切削加工是20世纪60年代发展起来的一种先进制造技术,它通过在常规的切削刀具上施加高频振动,使刀具和工件发生间断性的接触,从而使传统切削模式发生了根本性的变化。由于此变化解决了传统切削加工中固有的难题,如切削中的振动和切削热变形等,从而得到了优良的切削效果。迄今为止世界各国虽然在振动切削某些现象的解释上,某些参数的选择上还有一些差别,但对它的工艺效果是一致公认的。作为精密机械加工和难加工材料加工中的一种新技术,它已经渗透到各个加工领域,出现了各种复合加工方法,使传统的加工技术有了一个飞跃。研究表明,由于其在一定范围内能够有效地解决难切削材料的加工及其精密切削加工方面的问题并在加工中具有一系列的特点,因而越来越引起人们的重视而受到世界各国的瞩目。在普通切削中,切削是靠刀具与工件的相对运动来完成的。切屑和已加工表面的形成过程,本质上是工件材料受到刀具的挤压,产生弹性变形和塑性变形,使切屑与母体分离的过程(见图1)。在这种刀具始终不离开切削的普通切削中,刀具的作用包括两个方面:一个是刀刃的作用;一个是形成刀刃的刀面的作用。由于刀刃与被切物接触处局部压力很大,从而使被切物分离。刀面则在切削的同时撑挤被切物,促进这种分离。普通切削中,伴随着切屑的形成,由于切屑与刀具之间的挤压和摩擦作用,将不可避免地产生较大的切削力,较高的切削温度,使刀具磨损和产生切削振动等有害现象。基于这种思想,在和有害的自激振动现象作斗争中产生了一种新的切削方法振动切削。二、对课题任务的学习理解振动削即是通过在切削刀具上施加某种有规律的、可控的振动,使切削速度、背吃刀量发生周期性的改变,从而得到特殊的切削效果的方法。振动切削改变了工具和被加工材料之间的空间与时间存在条件,从而改变了加工(切削)机理,达到减小切削力、切削热,提高加工质量和效率的目的。振动切削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动,低频振动仅仅从量上改变切屑的形成条件,主要用来解决断屑问题以及与此相关的一系列问题。而超声振动(高频振动)切削已经使切屑形成机理产生重大变化,可以提高被加工材料的可加工性,提高刀具寿命和工件加工质量。超声加工的工艺效果来自刀具和工件之间的分离运动,即它是一种脉冲式的断续切削过程。所以,作为精密加工和难加工材料加工中的一种新技术,它的切削效果已经得到世界各国的一致公认,认为它是传统加工技术的一个飞跃。振动切削技术是在研究了切削加工本质的基础上所提出的一种精密加工方法,它弥补了普通切削加工的不足,但并不能完全取代普通切削加工,而有一定的适用范围,主要有以下几方面:(1)难切削材料的加工不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石材等非金属材料由于力学、物理、化学等特性而难以加工,如采用超声振切削则可化难为易。例如用硬质合金刀具振动车削淬硬钢(3545HRC)外圆、端面、螺纹与镗孔时,不但提高了平行度、垂直度与同心度,而且可达到“镜面”的表面粗糙度,也可用金刚石刀具进行振动精密加工。又如钛历来只能以磨削和研磨作为精加工,现用硬质合金刀具振动车削时,其端面上的最大表面粗糙度值可达Ra=23m,最佳时可达Ra=0.5m。此外,用普通切削加工石墨与氧化铝等材料时得不到平整的加工表面,只有采用超声振动才能产生微粒式的切削分离并得到整齐的加工表面。国外用超声振动能顺利地切削富铝红柱石,如果将超声波能源切断,工件会马上损坏,根本无法加工。(2)难加工零件的切削加工如易弯曲变形的细长轴类零件,小径深孔、薄壁零件,薄盘类零件与小径精密螺纹以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件,用普通切削与磨削加工很困难,用振动切削,既可提高加工质量,又可提高生产效率,例如用硬质合金车刀超声振动精车细长的退火调质铝棒(7.2mm,长220mm)的外圆,振动频率为F=21.5kHz,振幅为A=15m,f=0.05mm/r,ap=0.01mm,用全损耗系统用油作为切削液,加工后可获得工件直径精度为4m,最大表面粗糙度值Ra=1m。又如超声振动精镗有特殊钢制成的薄壁圆筒(工件长70mm,孔径15mm,壁厚1mm),在镗过的50mm长度上可测出内孔精度为4m,最大表面粗糙度值Ra=3m。(3)高精度、高表面质量工件的切削加工与普通切削相比,振动切削时切屑变形与切削力小,切削温度低,加工表面上不产生积屑瘤、鳞刺与表面微裂纹,再加上表面硬化程度较大,表面产生残余压应力小,切削过程稳定,容易加工出高精度与高表面质量的工件。例如前述的超声振动车削软铝制成的细长轴(长200mm,7mm)时可得到圆度2m、圆柱度3m/170mm的加工精度。超声车削5mm的电动机整流器铜线时,可得到Ra=0.05m的镜面,用其他加工方法是不可能达到的。(4)排屑、断屑比较困难的切削加工钻孔、铰孔、攻螺纹、剖断、锯切、拉削等切削加工时,切屑往往处于半封闭或封闭状态,因而常不得不由于排屑断屑困难而降低切削用量,这时如果用振动切削则可比较顺利地解决排屑断屑,保证加工质量与提高生产效率。随着科学技术的发展和进步,超声波振动切削作为一种新技术正在逐步渗透到各个领域,对超声波振动切削的研究和开发也越来越受到人们的普遍重视。我国在振动切削技术研究利用方面和国外相比有较大差距,大力加强高速超高速磨削加工技术的研究、推广和应用,对提高我国机械制造业的加工水平和加快新产品开发具有十分重要的意义。三、初步拟定执行方案（1）完成毕业设计的选题和开题报告；（2）进行毕业设计课题任务的调研调研；（3）进行工艺及结构设计，完成数据的计算工作；（4）绘制零件图和装配图；（5）对整个设计进行合理性检查；（6）撰写设计说明书(论文)及毕业答辩的准备；（7）毕业设计答辩。指导教师批阅意见指导教师(签名)：年月日 2011 届毕业设计（论文）精密深孔加工扭振装置系、部：机械工程系学生姓名：指导教师：职称：讲师专业：机械设计制造及其自动化班级：机本0701 学号： 2011 年 6 月摘要振动钻削是振动切削的一个分支,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16以上,所以也称为高频振动钻削;其它三种振动方式的频率一般为几百赫兹,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时离(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。关键词：振动钻削；电机；带传动；偏心轴；主轴ABSTRACTVibration drilling is a branch of vibratory cutting, and it is the difference between ordinary drilling borehole process through the vibrating device bit with workpiece occurs between the relative motion of controllable. There are three main vibration mode, namely axial vibration (vibration direction and drill axis torsional vibration (same), with bits direction of vibration rotation direction the same) and complex vibration (axial vibration and torsional vibration superposition). Among them, the axial vibration easy to realize and good results, in process of vibration drilling dominant. The incentive ways mainly have the vibration ultrasonic vibration, mechanical vibration, hydraulic vibration and electromagnetic vibration. Among them, the ultrasonic vibration frequency usually 16kHz above, so in high frequency vibration drilling, also called; The other three vibration mode frequency general for hundreds of Hertz so called the low frequency vibration drilling. Vibration drilling has changed the traditional drilling cutting mechanism. In vibration drilling process, when the main cutting edge with workpiece are not isolated (not separated type vibration drilling), cutting speed, cutting parameters such as periodic changes direction produced; When the Lord when the cutting edges and workpiece when separated type cut from (vibration drilling), cutting process into pulsing concentres cutting. When the vibration parameters (vibration frequency and amplitude), feeding, reasonable selection of spindle speed etc, can obviously increase the penetration positioning accuracy and pore size precision, roundness and surface quality and reduce export burr, reduce the temperature of cutting force and cutting, prolong drill life. Good vibration drilling process effect by the domestic and international researchers already popular attention.Key words： vibration drilling； motor； Belt transmission； Eccentric shaft； spindle目录1 绪论11.1 振动钻削技术的发展历史21.2 振动钻削的机理12 装置设计42.1 装置总体方案42.2 电机的选择62.3 带传动设计82.4 偏心轴及其附件设计122.5 主轴及其附件设计182.6 底板设计23参考文献24致谢25附录 26III1 绪论1.1 振动钻削技术的发展历史孔加工是金属切削加工中最常用的加工工艺。据统计,孔加工的金属切除量约占切削加工总金属切除量的1/3,钻头的产量约占刀具总产量的60%。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一个分支,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16以上,所以也称为高频振动钻削;其它三种振动方式的频率一般为几百赫兹,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时离(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1954年日本宇都宫大学的隈部淳一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,其中一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。1.2 振动钻削的机理振动切削是在普通切削过程中给刀具或工件人为地加上某种有规律的、可控的振动,从而形成在机理上不同于普通切削的切削方法.振动切削按振动频率,可分为高频振动切削超声振动切削和低频振动切削f200Hz实践证明,不论是高频还是低频振动切削,只要振动参数和切削用量选择得当,都能产生普通切削所无法比拟的切削效果,如改善难加工材料的可加工性,可靠地断屑、排屑,显著减小切削力,降低切削温度,降低表面粗糙度,提高切削液的使用效果,从而大大地提高刀具的耐用度尤其在难加工材料和精密零件的加工中,振动切削已成为一种不可忽视的加工方法.用麻花钻进行振动切削时,振动形式有扭振主切削方向上的振动、轴向振动进给方向上的振动和复合振动同时进行扭振和轴向振动。一般认为,当钻头进行扭振时,仅仅改变了切削速度,并没有形成切削厚度的变化,因而,从运动学上分析,在认为刀具是刚性的条件下,扭振并无断屑条件,对于复合振动中的扭振成分也是如此.但是,由于扭振是在钻头外缘部分的主切削方向上的振动,能起到减小切削力的作用;另一方面,它所产生的圆周方向上的切削速度的波动,与进给运动合成,仍然形成了切削厚度的变化,也有利于断屑.轴向振动对钻芯部分的切削刃而言,振动方向与切削方向一致,使横刃部分的冲剪作用有规律地进行,从而使作用在横刃上的脉冲力发挥作用,这时,对钻头外缘附近的切削刃而言,就形成吃刀方向振动切削机理.另一方面,振动切削过程中,由于刀具与工件之间断续接触,使得切削温度降低,正应力减小,内摩擦向外摩擦转化,而且刀具的动态冲击力产生了高于静态剪应力的波前剪切应力,这些也是切削力降低,工件材料更容易被破坏的原因.钻削工艺引入振动方式以后,由于受到振动、切削力、冲击等互相作用,加工表面的各种参数呈周期性变化,切屑不像麻花钻钻出来呈带状的切屑,而是片状、颗粒状、线性状等不同的形式。切屑原理分析:设由于施振系统的作用,刀头产生振动为式中:1为振幅,为振动频率(),为时间。刀头的轴向位移()()= + （1）式中:为走刀量();为主轴转速()。设为前后两刀波纹的重迭系数=60=+ （2）式中:为整数;01。设（3）当0,即（4）实现断屑(理论上)。实验证明,振动钻削在加工过程中都能断屑,其原理是刀具与工件进行间歇、断续的切削,所形成的切屑在切削力振动挤压,冲击负荷的周期变化的共同作用下形成断裂,所以断屑在振动钻削加工中最易形成。2 装置设计2.1 装置总体方案精密深孔钻削是机械加工中较难的问题,特别是在难加工材料上的钻削小直径深孔,难度更大。一般情况下,用枪钻来加工小直径深孔,虽然冷却润滑和排屑都有较大的改善,但断屑并未解决。振动钻削技术是一种新的钻削方法,在小直径深孔加工中能有效地断屑,有利于深孔钻削中排屑问题的解决。由于振动钻削所具有的特点,国内外已在许多难加工材料的钻削中采用了振动钻削。实现振动钻削的关键之一是振动钻削装置。各种振动钻削装置所能产生的稳定的振动参数差别很大,因此,在实用上都有一定的局限性。枪钻是一种外排屑深孔钻，其结构如图1所示。通常切屑是被由刀具孔内流入切削区的高压切削油冲出孔的。如果切屑为连续不断的带状屑，即使增大供抽压力也难以可靠地冲出切屑，因此导致扭断刀头或刀杆的现象，所以枪钻加工深孔时的切屑处理主要是断屑问题。图1 钻枪一般来说,振动装置应满足下列一些要求:(1).单位功率要大,即在一定的功率下具有最小的轮廓尺寸,能够满足尽可能广泛的工艺要求;(2).振动参数(频率与振幅)最好能单独无级调节,可调范围要尽可能大,以便使同一种振动装置能满足不同工种、不同工序的特殊需要;(3).频率特性要稳定,即要求受负载的影响越小越好;(4).振动部分的质量要适当,即要求附加的振动部分质量不会引起工艺系统的振动,以保证在切削过程中工艺系统能平稳工作;(5).要有足够长的使用寿命,振动装置中的易损件要便于更换;(6).工作要平稳,噪声要小;(7).结构要简单,制造要方便,要容易和现有机床配套使用,甚至成为通用的机床部件;(8).和执行机构的连接要简便、可靠,若用螺纹一类的连接方式,必须采取防松措施。振动装置的类型若按振动的能源分类,可分为强迫振动装置和自激振动装置。强迫振动装置可根据实际需要,在一定范围内随机改变振动参数,它受切削过程的影响较小,在切削过程中容易维持振动参数的稳定性,因此应用最多。强迫振动切削装置有机械、电磁、电气、气动和液压等形式;也可以根据具体需要组成各种组合形式的振动装置,如机械-液压、电气-液压等。机械式振动装置结构简单,造价低,使用和维护方便,切削过程中振动参数受负载影响较小,其结构有偏心式、曲柄-滑块式、四连杆机构等。偏心式振动装置由电动机、振动轴、偏心轮、偏心轮轴等组成。本人设计的是可用在车床上的低频扭振装置。为了使制造简单方便，并考虑到工厂生产时加工工序比较固定，所以本装置采用偏心量不可调的方案，取最常用的1mm作为偏心量。结合各种因素初步设计方案如下：在普通车床上,卸下刀架,在小溜板上安装上机械式扭转振动钻削装置。这种装置由偏心式振动机构、枪钻、导向机构和切削液循环系统等组成,车床主轴通过夹盘带动工件作旋转运动(主运动),偏心振动机构带动枪钻作圆周方向振动(扭振),小溜板带动枪钻作轴向进给运动,高压切削液通过枪钻中心孔注入切削液,通过这种方法实现小径深孔低频扭振钻削加工。如图所示。电动机转速为1,经一级皮带带动偏心轴产生2转速使偏心旋转,利用偏心轴轴端的偏心销钉使摆杆上下摆动,摆杆与振动轴相连接,枪钻夹持在振动轴的中心内,这样枪钻就在圆周方向以100/左右的振动频率进行扭振钻削加工。调节枪钻扭振频率的方法:一是更换皮带轮改变传动比;二是采用调速电机实现无级调速。本装置选用调速电机实现无级调速。图2 偏心式振动装置图3 扭转振动钻削结构件图2.2 电机的选择本装置定为低频扭振，所以取其振动频率=0100设偏心轴转速为n1 则由公式= （5）可算出n1=06000图4 偏心轴与电机如上图：中间轴为偏心轴，右端为电机，它们之间用带传动，当偏心轴以n1=06000 的速度高速旋转时设电机转速为n, 取带传动公比i=0.5由公式（6）可得n=03000；调速电机有直流调速和交流调速两大类。因为在工件加工时，主切削力由机床主轴提供，所以本装置只是使夹持钻头的振动轴产生很微小的振动，所需功率很小。本着造价经济，实用简单的原则，查阅相关资料后，决定选用Z2-11型电机。该电机参数和样本图如下：型号：Z2-11额定功率：0.4kW额定电压：220V额定电流：2.68A弱磁调速时最大转速：3000 r/min效率：68%飞轮力矩：0.012 GD2/kgf.m2重量：30 kg图5 Z2-11型电机表1 Z2-11型电机外形尺寸2.3 带传动设计带传动是由联于主动轴上的带轮1（主动轮），固联于从动轴上的带轮3（从动轮）和紧套在两轮上的传动带2组成的（如图）。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。图6 带传动示意图(1) 确定计算功率计算功率Pca是根据传递的功率P，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定的。即（7）式中：计算功率，单位为kW；传递的额定功率（如电动机的额定功率），单位为kW；工作情况系数查相关资料，取 =1.3 则(2) 选择带型根据计算功率和主动轮转速，查相关资料选用窄V带SPZ(3) 确定带轮的基准直径由于本装置是用带传动增速，故主动轮为大带轮，从动轮为小轮，已知传动比=0.5，以结构紧凑为指导原则，参考相关标准，取主动轮125取从动轮67 验算带的速度=18.5 合理(4) 确定中心距a和带的基准长度初步估计中心距，由公式（8）代入 =125 =67得 134 384取 =200 取定后，根据带传动的几何关系，按下式计算所需的基准长度 = （9）代入相关数值后，得= 705 参考相关标准，取V带基准长度 =710 ，再根据来计算实际中心距。由于V带传动的中心距一般是可以调整的，故可采用下式作近似计算，即 (10) 代入数据得考虑安装调整和补偿预紧力的需要，中心距的变动范围为：综合考虑，取 = 210(5) 确定轮上的包角大于120度，合理(6) 确定V带的根数 (11) 式中：考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数单根V带的基本额定功率计入传动比的影响时，单根V带额定功率的增量查表得：=0.96;=0.84;=2.15;=0.8;所以；=0.52/(2.15+0.8)X0.96X0.84因此取V带根数=1(7) 确定带的预紧力由公式： (12)查表再代入其它已知的数据，算得：(8) 计算带传动作用在轴上的力（简称压轴力）由公式： (13)代入数据得 =92(9) V带轮设计设计V带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造应力；质量分布均匀；转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减小带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较均匀等。带轮材料可用铸铁，铸钢和铸铝。本装置因带轮转速较高，故采用铸钢。由设计标准：小轮结构为实心式，大轮结构为腹板式。它们的结构图如下所示：图7 实心式小V带轮图8腹板式大V带轮(10) V带传动的张紧装置各种材质的V带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使预紧力F0降低。为了保证带传动的能力，应定期检查预紧力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。如下图，电机安装在滑槽上，张紧装置为一焊在底板上的钢块，钢块上开有螺纹孔，装上一螺栓后，调节螺栓即可调节电机的位置。图9 V带传动张紧装置2.4 偏心轴及其附件设计.图10 偏心轴及其附件偏心轴是本装置最关键的零件，如上图所示：在轴端偏心位置安装有销钉，当V带轮带动该轴旋转时，销钉便以偏心轴中心线为中心作圆周运动，其运动轨迹的圆周半径即是偏心量，V带轮的固定方法是轴肩加螺母，整个轴在两端装上轴承后安装在轴承座上。偏心轴转速最高为6000 r/min，所以其制造精度要求较高。偏心轴的结构图如下：图11 偏心轴的结构图轴的强度校核：偏心轴只受径向力，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12 偏心轴简化图选取坐标系如图所示，任意横截面上的弯矩为M= -P（L-x）由公式 (14)得挠曲线的微分方程为积分得 (15) (16)在轴承端A，转角和挠度均应等于零，即当x=0时=0=0把边界条件代入公式（15），代入公式（16），得C=0D=0再将所得积分常数C和D代回2.11和2.12式，得转角方程和挠曲线方程分别为 (17) (18)以截面B的横坐标x=L代入以上两式，得截面B的转角和挠度分别为= (19)= (20)为负，表示截面B的转角是顺时针的。也为负，表示B点的挠度下，令P=92N, E=210GPa, L=45mm, I=d4/64=7850mm4,得=-0.0000565=0.00167查资料验证，刚度合格(1) 轴承的选用轴承的选取依据是：a 轴承的载荷，包括大小，方向和性质b 轴承的转速c 轴承的调心性能d 轴承的安装和拆卸已知偏心轴只受径向力，主要是V带轮附加的压轴力，该压轴力为92N，轴的转速最高为6000 r/min，偏心销钉绕轴心线旋转时以0100Hz的频率与摆动杆碰撞，具有冲击性质。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 =30000 已知载荷=92N 转速=6000 =3则所需轴承应具有的基本额定动载荷C（单位为N）可根据公式计算得出： (20)代入数据，算出=2034由轴承内径d ，基本额定动载荷C ，转速n参考相关标准后选用深沟球轴承6204 标准摘自GB/T276-94 参照ISO-15-1981单位(mm)轴承代号: 6204尺寸d: 20尺寸D: 47尺寸B: 14额定动载荷C(kN): 10.0额定静载荷C0(kN): 6.30极限转速(rpm): 14000(脂润滑) 18000（油润滑）重量(kg): 0.098图13 深沟球轴承6204(2) 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，轴承座一般是用铸铁铸造，其中与轴承配合接触的内孔壁有较高的尺寸公差要求。偏心轴轴承座结构图如下：图14 偏心轴轴承座结构图(3) 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一端。它们都是使用镙钉固定在轴承座上。图15透盖图16 端盖(4) 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，一般用于有严重振动和冲击载荷的场合。图17 槽销2.5 主轴及其附件设计图18 主轴及其附件主轴为一空心轴，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。(1) 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：图19 主轴结构图强度校核：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 (20)设d0=8,=0.008 加工材料为中碳钢，查资料：=0031; =2.0; =0.8 ; =1.0所以： M=9.81X0.031X8X2.0X0.008X0.8X1.0 =0.03 可见该扭矩很小，由于设计的主轴最小厚度已有11，远远能满足扭转强度要求。(2) 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20 弹性

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