JX03-118@大直径辊筒双头镗孔专机承载装置及自定心装置的设计
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JX03-118@大直径辊筒双头镗孔专机承载装置及自定心装置的设计,机械毕业设计全套
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中原工学院毕业译文翻译 1 毕业设计 （ 论文 ） 毕业设计译文 题目名称： 大直径辊筒双头镗孔专机 承载装置和自定心装置的设计 院系名称： 机 电 学 院 班 级： 机 自 072 学 号： 200700314207 学生姓名： 邢 家 坤 指导教师 : 肖 庆 和 2011年 4 月 nts中原工学院毕业译文翻译 2 22.7 钻孔和钻头 当你仔细观察我们身边不同类型的产品时， 我们会意识到大多数产品都带有一些孔。这些孔一般是和像螺栓、螺钉、铆钉（每种零件都需要一个孔）等紧固件一起用于装配，或者是这些孔使得产品内部得以显露。注意，例如，一架飞机机体上的铆钉数量或者发动机箱体上的螺栓以及一台自动装置外壳内的各种各样的零部件。 孔加工是制造业中最重要的操作。在自动化机器生产中，孔加工的成本是生产成本中最高之一。钻孔是一个主要的和常见的孔加工过程；其它加工孔的过程有冲压（第 16.2节）和各种各样的先进加工方法（第 26章）。 22.7.1 钻 头 因为钻头通常有很大的长度与直径比（图 22.22），所以它们能够用于钻相对比较深的孔。 孔的深度有一点灵活，但是这取决于它的直径，并且为了保证钻孔的精度和防止钻头损坏应该小心地使用。另外，工件内部产生的切屑必须朝着与钻头轴线运动的反方向运动。因此，在钻孔过程中切屑的排除和切削液的有效使用将会十分困难。 图 22.22 各种类型的钻头 一般地，由钻孔加工出的孔直径要比钻头的直径略大，正如你所看到的钻头很容易在它刚加工出的孔中移动。孔直径比钻头直径大出的数值取决于钻头的质量和所用的设备，也和工人的操nts中原工学院毕业译文翻译 3 作有关。 一些金属和非金属材料由于钻孔产生的热而剧烈 扩 张 ，因此，最后的孔会比钻头的直径小，这取决于钻头的热性能。已加工的孔为了得到更好的表面光洁度和尺寸精度 或许受制于接下来的操作过程 ，比如铰孔和珩磨。钻孔通常会在工件下表面留下毛刺，一旦钻头穿 破工件， 这就需要去毛刺处理（第 25.10节）。 麻花钻 最常见的钻头 是传统的标准刀尖麻花钻 （图 22.23a），主要的特征是刀尖角，钻缘后角，横刃角和螺旋角。 钻头顶尖的几何形状从钻头的中心到边缘距离不断变化以至于有标准的前角和切削速度。 一般地，两个螺旋槽趋向钻头的全长，产生的切屑通过这些沟槽被指引向前，沟槽也作为通道使 切削液流至切削刃边缘。一些钻头 有内部轴向的孔，切削液流过起到提高润滑和冷却的作用，而且可以冲走切屑。 图 22.23 （ a） 标准的横刃钻有着不同的特征，这对边刃的作用是当钻头进入工件后为紧贴也内壁而提供一个承载面。四刃钻头可以用来提高钻头的导向和钻孔精度。带有分屑槽的钻头也可以使用。 （ b）曲轴尖钻（ c）各种各样的钻头刀尖和设计者： 1.四面分割刀尖，美国高迈特。 2.SE型刀尖，赫特尔。 3.新型刀尖，三菱材料公司。 4.Hosoi 刀尖， OSG Tap & Die 5.螺旋尖 具有分屑沟沿着刀具边缘这一特性的钻头可以 使用。这一特性在使用自动化机器钻孔中是十分重要的，对于没有操作者辅助情况下长切屑的排除，钻头的这一特性是必须的。 在表 22.10中给出了不同工件材料的钻头几何形状规范。这些角度以钻孔操作的经验为依据，被设计来加工有精度高的孔，使钻削力和转矩最小，同时使钻头寿命最长。 钻尖的几何形状 钻头形状的微小改变就会对钻头参数有很大的影响，特别是占钻孔过程大约 50%钻削力的横刃区。例如，太小的钻缘后角（图 22.23 a） 会增加钻削力，产生过量的热而加快钻头磨损。相反地，太大的角度会造成切削刃的剥落或损坏。因此，除了传统 的尖钻，一些其它的钻尖几何形状已经被改善来提高钻头参数并且增加 穿透速度（图 22.23 c） 。 特殊的研磨抛光技术和设备也用于加工这些几何结构。 其它形式的钻 头 如图 22.24 为几种类型的钻尖。阶梯钻头可以加工出两个或更多不同直径nts中原工学院毕业译文翻译 4 的孔。扩孔钻用于扩大已经存在的孔。平底锪孔钻和锥底锪孔钻在工件表面加工出沉槽以容纳螺钉和螺栓的头部。中心钻很短并用于在圆棒料的一端加工孔以至于可以被固定在车床的两个中心（在主轴箱和尾座之间，图 22.2）。定心钻是用来在工件指定的位置冲孔。 表 22.10 高速麻花钻钻头几何结构的一般性建 议 工件材料 刀尖角 钻缘后角 横刃角 螺旋角 刀尖 铝合金 90-118 12-15 125-135 24-48 标准 镁合金 70-118 12-15 120-135 30-45 标准 铜合金 118 12-15 125-135 10-30 标准 钢 118 10-15 125-135 24-32 标准 高强度钢 118-135 7-10 125-135 24-32 曲轴 不锈钢 (低强度 ) 118 10-12 125-135 24-32 标准 不锈钢 (高强度 ) 118-135 7-10 120-130 24-32 曲轴 高温合金 118-135 9-12 125-135 15-30 曲轴 耐热合金 118 7-10 125-135 24-32 标准 钛合金 118-135 7-10 125-135 15-32 曲轴 铸铁 118 8-12 125-135 24-32 标准 塑料 60-90 7 120-135 29 标准 图 22.24 各种类型的钻孔和铰孔 (扩孔 ) 扁钻具有可更换的顶尖或刀头，可以用来加工大而深的孔。它具有更高的刚度（因为在钻头体上没有开槽）这一优势，很容易磨削切削刃的边缘，而且价格低廉。曲柄钻（图 22.23）有很好的对心功能，因为切屑很容易破裂，故这类钻头适用于加工深孔。 深孔钻 主要发展于枪筒的钻孔，深孔钻用于钻深孔并需要一特殊的钻头（图 22.22 e和 22.25 a）。加工的孔深和直径比可达 300:1，甚至更高。这个钻削力（径向力使钻头横向倾斜）被钻头上沿着孔内表面 （图 22.25 a）滑动 的乌金轴瓦平衡掉。 因此，深孔钻可以自定心，当钻深孔直的孔时这是一个重要的性能。 nts中原工学院毕业译文翻译 5 图 22.25 (a)深孔钻的各个特征； (b)钻深孔的方法 来源： Eldorado刀具和制造公司 钻深孔时的钻削速度通常很高，进给量较低。切削液在高压下被迫流过钻头体（图 22.25 b）的轴向孔。除了润滑和冷却之外，切削液也可以冲走将会中断正在钻的深孔而干扰钻孔操作的切屑。没有必要通过退刀来清理切屑。 穿孔 在穿孔中，通过移动盘状的工件使切削刀具（图 22.26 a）加工出孔，这些盘状工件通常是平板。孔的加工是在不分解材 料使之变为切屑完成的，这和钻孔类似。穿孔可以加工直径达150mm（ 6英寸） 的平板 ，也可以用于加工将会替代 O型密封圈的环型槽。 穿孔可以在车床，钻床（图 22.26）或其它机床上完成，可以用单刃刀具或多刃刀具。穿孔的一个变种为深孔穿孔，除了刀具有一个中心外所用刀具和深孔钻类似。 nts中原工学院毕业译文翻译 6 图 22.26 (a)穿孔刀； (b)用架式单刀具穿孔 22.7.2 材料切除率 钻孔过程中材料的切除率是每单位时间内被钻头切除的材料体积。对于一个直径为 D的钻头，它所钻的孔的截面面积为 D2/4。钻头垂直工件方向的速度是进给量 f（ 钻头每转钻入工件的距离）和旋转的速度 N的乘积，此处 N=V/ D。所以 MRR=（ D2/4）（ f）（ N） 我们可以检查这个方程所达到尺寸的精度，就像方程（ 22.1）一样，注意到MRR=(mm2)(mm/rev)(rev/min)=mm3/min，这是单位时间内材料移除量的正确单位。 22.7.3 钻削力和转矩 钻孔中的钻削力作用于孔的轴线方向，如果这个力过大将会使钻头弯曲或损坏。过大的钻削力也会使工件弯曲，尤其是工件没有足够刚度时（例如薄金属片的结构），或者使工件滑入工件夹紧装置。 钻削力范围从用小钻头的 几牛顿到用大钻头钻高硬材料的 100 千牛顿。同样地，钻入转矩也可以达到 4000Nm 。这个钻削力取决于以下几个因素： (a)工件材料的硬度； (b)进给量； (c)转速； (d)钻头直径； (e)钻头的几何形状； (f)切削液。精确计算出钻头上的钻削力是很困难的。但是，实验数据在设计、使用钻头和钻孔设备中是可以做为帮助使用的。 为了估计所需功率的大小，必须知道钻孔过程转矩的大小。过大的转矩会使工件弯曲或使工件滑入工件夹紧装置。钻孔的过程很难计算转矩的大小。可以用所给表 20.1 的数据得知钻孔过程消耗的功率，这个功率是转矩和 转速的乘积。因此，钻头的转矩可以由先计算出来的材料切除率计算出来。 例子：材料切除率和转矩 在一块镁合金上用一个直径为 10mm的钻头以 0.2mm/r的进给量钻孔，主轴转速为 N=800r/min，计算材料切除率和钻头的转矩。 解：首先用方程式 22.3 计算材料切除率 MRR=( )(10)2/4(0.2)(800)=12570mm3/min=210 mm3/s. 查表 20.1，对应镁合金取单位功率的平均值为 0.5Ws/ mm3 因此，所需功率为 P=(210)(0.5)=105W 功率是钻头转矩和转速的乘积，在此转速为 (800)(2 )/60=83.8r/s 注意到 W=J/S， J = Nm 故得 T=105/83.8=1.25 Nm nts中原工学院毕业译文翻译 7 22.7.4 钻头材料和尺寸 钻头通常由高速钢 (M1,M7,M10)制成，为了提高钻头的耐磨性，现在许多钻头表面都镀有氮化钛。硬质合金（图 22.22f,g）或者整体硬质合金钻头可以用于钻铸铁、钢、硬质耐高温金属和研磨材料，如混凝土和砖 (石工钻 )，以及掺有研磨纤维的合成材料，如玻璃，石墨。 表面覆有多晶金刚石的钻头现在广泛用于在加固塑料上加工钮扣孔，如 石墨环氧树脂。因为它们有很高的耐磨性，故钻成千上万个孔对钻头材料的磨损仍很小。 标准麻花钻的尺寸包含以下四个系列： a. 数值的：从 97号 (0.0059 英寸 )到 1号 (0.228 英寸 )； b. 字母：从 A(0.234英寸 )到 Z(0.413英寸 )； c. 分数的：直柄尺寸从 1/64英寸到 5/4英寸 (以 1/64英寸增加 )到 3/2 英寸 (以 1/32英寸增加 )，更大的钻头则有更大的增加量； d. 毫米：从 0.05mm(0.002 英寸 )，以 0.01mm增加。 钻孔 和镗孔的性能列在表 22.11中。 22.7.5 钻孔操作 钻头和类似的孔加工刀具通 常被夹在带或不带键的钻头夹盘，。特殊的卡盘和夹头具有不需要停下主轴就可实现各种钻头的快换，这以特性可以用于机器的生产。 因为钻头没有自定心功能，在钻孔开始时，它在工件表面有游移的趋势。这个问题对于小直径的钻头来说尤其严重，为了使钻孔顺利，钻头需要被指引，用固定装置 (如轴衬 )来防止钻头偏向。 可以用一个中心钻 (通常刀尖角为 60 )来钻一个小起始孔，或者用钻尖类似于 S形的。这种形状的自定心功能减少了钻中心孔的需要，可加工出高精度的孔并提高钻头的寿命。在加工中心自动化生产中这些因素是非常重要的，通常的操作是使用 118刀尖角的定心钻。当定心钻的刀尖角度和钻头相结合使用时钻头游移的现象就更少了。 因为钻头是旋转运动，钻出的孔会有圆周方向的痕迹，相反，冲孔会有轴向的痕迹 (看图16.5a)。考虑到孔的疲劳性能 (第 30.5节 )，上述的不同点有重要的意义。 表 22.11 钻孔和镗孔操作的性能 孔深与直径的比 刀具类型 直径变化范围 (mm) 典型值 最大值 麻花钻 0.5-150 8 50 扁钻 25-150 30 100 深孔钻 2-50 100 300 穿孔钻 40-250 10 100 镗孔钻 3-1200 5 8 nts中原工学院毕业译文翻译 8 表 22.12 钻孔过程速度和进给量的一般性建议 进给量， mm/r(in./r) 表面速度 钻头直径 r/m 工件材料 m/min ft/min 1.5mm(0.060in.) 12.5mm(0.5in.) 1.5mm 12.5mm 铝合金 30-120 100-400 0.025(0.001) 0.30(0.012) 6400-25000 800-3000 镁合金 45-120 150-400 0.025(0.001) 0.30(0.012) 9600-25000 1100-3000 铜合金 15-60 50-200 0.025(0.001) 0.25(0.010) 3200-12000 400-1500 钢 20-30 60-100 0.025(0.001) 0.30(0.012) 4300-6400 500-800 不锈钢 10-20 40-60 0.025(0.001) 0.18(0.007) 2100-4300 250-500 钛合金 6-20 20-60 0.010(0.0004) 0.15(0.006) 1300-4300 150-500 铸铁 20-60 60-200 0.025(0.001) 0.30(0.012) 4300-12000 500-1500 热塑性塑料 30-60 100-200 0.025(0.001) 0.13(0.005) 6400-12000 800-1500 热固性塑料 20-60 60-200 0.025(0.001) 0.10(0.004) 4300-12000 500-1500 注意：随着孔的深度增加，转速和进给量应该减小。转速和进给量的选择也取决 于要求的表面光洁度。 钻孔建议 ：推荐的钻孔速度和进给量范围在表 22.12 给出。速度是钻头边缘的表面速度。因此，一个 0.5 英寸 (12.7mm)的钻头以 300r/min 旋转的表面速度为 (0.5/2 in.)(300r/min)(2rad/r)(1/12ft/ in)=39 ft/min=12m/min.。当钻孔直径比 1mm(0.040英寸 )小时，转速可以达到3000r/min，要由工件材料来定。 钻孔进给量是钻头每转一圈钻头进入工件的长度。例如，表 22.12 建议，对于大多数工件材料直径为 1.5mm(0.06 英 寸 )的钻头进给量应为 0.025mm/r。如果表中的速度一栏表明钻头应该以2000r/min旋转，那么钻头应该以线速度 (0.025mm/r)(2000r/min)=50mm/min=2in./min 进入工件。 钻孔过程排除切屑会比较难，尤其是在软的和易延伸的材料上钻深孔时，钻头应该定时地退回以排除可能已经堵满切屑槽的切屑。而且，钻头可能因为过大转矩而破裂，或者会偏向而钻出异形孔。在钻孔操作中对造成问题的可能原因的说明列在表 22.13中。 钻头的修整 通过人工或特殊装置磨削来修整钻头。钻头的适当修整是重要的，尤 其是在计算机数字控制的自动化生产中，手工磨削是很困难的，而且需要很高的技术以保证匀称的切削刃。在装置上磨削可保证精度并在特殊的计算机控制磨削机上完成。镀有氮化钛的钻头可以重新镀层。 表 22.13 钻孔操作问题检修指南 问题 造成问题的原因 钻头破损 钻头 变钝
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