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轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计【9张图/16500字】【优秀机械毕业设计论文】

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轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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2010-ETH6.dwg

ETH14-简.dwg

主轴.dwg

主轴箱总图.dwg

带轮.dwg

总装图.dwg

轴I.dwg

齿轮.dwg

齿轮2.dwg

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关键词：: 轴盘类件超声自动探伤数字样机设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份，54页，16500字左右。
任务书一份。
开题报告一份。

图纸共9张，如下所示
2010-ETH6.dwg
ETH14-简.dwg
主轴.dwg
主轴箱总图.dwg
带轮.dwg
总装图.dwg
轴I.dwg
齿轮.dwg
齿轮2.dwg

轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计
目录
前言 1
1.超声和轴盘类件加工技术的发展趋势 3
1.1 超声振动加工技术发展趋势 3
1.2 轴盘类件加工发展状况 9
2.机床主要参数的确定 12
2.1 电机功率的确定 12
2.2 主运动参数的确定 12
2.3 标准公比值和标准转速数列 14
3.确定结构式和绘制转速图 18
3.1 求级数z 18
3.2 确定结构式 18
3.3 绘制转速图 19
4.确定各级传动副齿轮的齿数 21
4.1 确定齿轮的齿数 21
4.2 验算传动比 25
4.3 各轴及齿轮的计算转速的确定 26
5.传动零件的初步计算 29
5.1 传动轴直径初定 29
5.2 主轴主要结构参数的确定 30
5.3 齿轮模数计算和齿轮中心距的计算 30
5.4 皮带的相关计算 31
6.主要零件的验算 36
6.1 齿轮的强度验算 36
6.2 主轴的验算 37
6.3 花键的验算 43
致谢 46
参考文献： 47

摘要
该设计是设计一超声轴盘类件钻床，利用超声震动加工轴盘类件。振动切削与普通切削相比，在降低切削力和切削热方面有明显的效果，尤其在难加工材料的加工和精密加工中，振动切削具有普通切削无法比拟的工艺效果。因此，作为精密机械加工和难加工材料加工的一种新技术，振动切削已经逐步渗透到多种机械加工领域，振动钻削就是比较成功的应用实例。
振动钻削，即在钻头(或工件)正常工作进给的同时，对钻头(或工件)施加某种有规律的振动，使钻头在振动中切削，形成脉冲式的切削力波形，使切削用量按某种规律变化，以达到改善切削效能的目的。根据实际加工的需要，适当选择振动参数(频率v，振幅A以及频率v与工件转速n的比例关系)，可以控制切屑的大小和形状，得到满意的切屑，避免切屑堵塞。可提高生产效率几倍到十几倍，提高加工精度1—2级，且加工表面质量也有较大改善。
超声振动轴盘类件加工钻床是利用超声振动系统对钻头施加振动，使钻头在振动中切削，使切削用两按规律变化，从而达到改善切削效能的目的。
关键词：超声振动，轴盘类件加工，枪钻车床。

Abstract
This design is designs a supersonic deep hole drilling machine, the use supersonic vibration processes the deep hole. The vibration cutting and the ordinary cutting compares, in reduces the cutting force and cuts the hot aspect to have the tangible effect, difficult to be processing the material especially in the processing and the precise processing, the vibration cutting has the craft effect which the ordinary cutting is unable to compare. Therefore, took the precision machinery processing and difficult to process the material processing one kind of new technology, the vibration cutting already gradually seeps to many kinds of machine-finishing domain, the vibration drills truncates compares the successful application example.
The vibration drills truncates, namely while the drill bit (or work piece) normal work to feed, (or work piece) exerts some kind of orderly vibration to the drill bit, causes the drill bit to cut in the vibration, forms the pulse -like cutting force profile, causes the cutting specifications according to some kind of rule change, achieves the improvement cutting potency the goal。According to the actual processing need, chooses the vibration parameter suitably (frequency v, oscillation amplitude A as well as frequency v with the work piece rotational speed n proportional relationship), may control the scrap the size and the shape, obtains satisfaction scrap, avoids the scrap jamming. May enhance production efficiency several times to several times, enhances the processing precision 1-2 level, also the processing surface quality also has improves greatly.
The ultrasonic vibration deep hole processing drilling machine is the use ultrasonic vibration system to the drill bit infliction vibration, causes the drill bit to cut in the vibration, causes the cutting with two according to the rule change, thus achieves the improvement cutting potency the goal.
Key words: The ultrasonic vibration, the deep hole processing, butts the lathe.

1．毕业设计课题的任务和要求：
该同学承担“轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计”任务。
设计要求：设计出轴盘件超声自动检测装置三维装配模型并进行运动学和动力学仿真。该检测装置能实现工件旋转，探头沿工件的径向和轴向进给扫描，超声的耦合采用水浸耦合方式。
2．毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
技术要求：
（1）系统功能
实现一定尺寸范围内各种轴、盘类金属零件自动超声检测的功能，重点实现各种型号小汽车变速箱各种规格齿轮、轴的毛坯和成品内部缺陷检测。它可以发现齿轮和轴类毛坯中各种缺陷及缺陷的位置，按规范要求自动判别是否报废或返修，并予以显示。除了装、卸料外和更换探头外，全部操作过程在计算机的控制下自动完成。
（2）被测工件的基本技术参数：
1>盘类零件：外径<ф250mm，厚度<50mm.
2>轴类零件：长度<400mm，直径ф20mm～ф50mm
（3）检测要求的运动方式及运动参数
1> 运动方式：工件旋转（C 轴），探头沿工件的径向（X 轴）和轴向进给（Z 轴）扫描；
2> C 轴和X 轴、C 轴和Z 轴可以实现联动；
3> 探头径向和轴向最大进给量：盘类250mm×400mm和250mm×100mm
轴类250mm×400mm和100mm×450mm
4> 主轴转速范围为：5～60r/min；
5> 进给速度：0.5~10mm/r(这里的每转是指工件旋转一周的进给量)
（4）其它要求
超声检测要用水进行耦合，工件和探头都要浸在水中，要有供水和排水机构，也要考虑防锈问题。
具体工作内容：
（1）制定总体方案；
（2）设计工作台装配图
(3) 设计工作台外观图
(4) 设计重要非标零件
（5）设计重要零件工程图；
（6）翻译外文资料。

3．对毕业设计课题成果的要求〔包括毕业设计、图纸、实物样品等)：
（1）三维装配体图 1张
（2）二维工程装配图 1张
（3）零件图 5张
(4) 外观图 1张
（5）设计说明书 1份
（6）英文翻译资料 1份
4．毕业设计课题工作进度计划：
起迄日期工作内容
2011年
2月21日 ~ 3月18 日
3月19日 ~ 5月31 日
6月01日 ~ 6月10 日
6月 11日 ~ 6月20 日
撰写开题报告，确定技术方案
完成具体设计
撰写设计说明书
毕业设计答辩

轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计

内容简介：: 中北大学毕业设计任务书学院、系：专业：学生姓名：魏岳学号：设计题目：轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计起迄日期 : 2011年 2 月 21日 2011 年 6 月 20 日设计地点 : 指导教师 : 系主任 : 发任务书日期 : 2011 年 2 月 21 日毕业设计任务书 1毕业设计课题的任务和要求：该同学承担“轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计”任务。设计要求：设计出轴盘件超声自动检测装置三维装配模型并进行运动学和动力学仿真。该检测装置能实现工件旋转，探头沿工件的径向和轴向进给扫描，超声的耦合采用水浸耦合方式。 2毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：技术要求：（ 1）系统功能实现一定尺寸范围内各种轴、盘类金属零件自动超声检测的功能，重点实现各种型号小汽车变速箱各种规格齿轮、轴的毛坯和成品内部缺陷检测。它可以发现齿轮和轴类毛坯中各种缺陷及缺陷的位置，按规范要求自动判别是否报废或返修，并予以显示。除了装、卸料外和更换探头外，全部操作过程在计算机的控制下自动完成。（ 2）被测工件的基本技术参数： 1盘类零件：外径轴类零件：长度运动方式：工件旋转（ C 轴），探头沿工件的径向（ X 轴）和轴向进给（ Z 轴）扫描； 2 C 轴和 X 轴、 C 轴和 Z 轴可以实现联动； 3 探头径向和轴向最大进给量：盘类 25040050100类 25040000450 主轴转速范围为： 5 60r/ 5 进给速度： 0mm/r(这里的每转是指工件旋转一周的进给量 ) （ 4）其它要求超声检测要用水进行耦合，工件和探头都要浸在水中，要有供水和排水机构，也要考虑防锈问题。具体工作内容：（ 1）制定总体方案；（ 2）设计工作台装配图 (3) 设计工作台外观图 (4) 设计重要非标零件（ 5）设计重要零件工程图；（ 6）翻译外文资料。毕业设计任务书 3对毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图纸、实物样品等 )：（ 1）三维装配体图 1 张（ 2）二维工程装配图 1 张（ 3）零件图 5 张 (4) 外观图 1 张（ 5）设计说明书 1 份（ 6）英文翻译资料 1 份 4毕业设计课题工作进度计划：起迄日期工作内容 2011 年 2 月 21 日 3 月 18 日 3 月 19 日 5 月 31 日 6 月 01 日 6 月 10 日 6 月 11 日 6 月 20 日撰写开题报告，确定技术方案完成具体设计撰写设计说明书毕业设计答辩学生所在系审查意见：系主任：年月日毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名：学号：专业：设计 (论文 )题目：轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计指导教师 : 系主任：毕业设计（论文）开题报告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计 ,轴盘件超声自动检测装置三维装配模型并进行运动学和动力学仿真。该检测装置能实现工件旋转，探头沿工件的径向和轴向进给扫描，超声的耦合采用水浸耦合方式。。 1 引言随着现代科技快速发展，技术进步。超声仪器数字化，探头品种类型增加，使得超声波检测工艺可以更加完善，检测技术更为成熟。但众所周知：超声波探伤中人为因素对检测结果影响甚大；工艺性强；故此对超声波检测人员的素质要求高。检测人员不仅要具备熟练的超声波探伤技术，还应了解有关的焊接基本知识；如焊接接头形式、坡口形式、焊接方法和可能产生的缺陷方向、性质等。针对不同的检测对象制定相应的探伤工艺，选用合适的探伤方法，从而获得正确的检测结果。 2 研究内容（ 1）系统功能实现一定尺寸范围内各种轴、盘类金属零件自动超声检测的功能，重点实现各种型号小汽车变速箱各种规格齿轮、轴的毛坯和成品内部缺陷检测。它可以发现齿轮和轴类毛坯中各种缺陷及缺陷的位置，按规范要求自动判别是否报废或返修，并予以显示。除了装、卸料外和更换探头外，全部操作过程在计算机的控制下自动完成。（ 2）被测工件的基本技术参数： 1盘类零件：外径轴类零件：长度运动方式：工件旋转（ C 轴），探头沿工件的径向（ X 轴）和轴向进给（ Z 轴）扫描； 2 C 轴和 X 轴、 C 轴和 Z 轴可以实现联动； 3 探头径向和轴向最大进给量：盘类 25040050100类 25040000450 主轴转速范围为： 5 60r/ 5 进给速度： 0mm/r(这里的每转是指工件旋转一周的进给量 ) 3 研究方案合剂：在超声波直接接触法探伤中，探头和被检物之间不加入合适的耦合剂，探伤是无法完成的。耦合剂可以是液体、半液体或粘体。并应具备下列性能： a. 在实际检测中能提供可靠的声耦合； b. 使被检物表面与探头表面之间润湿，消除两者之间的空气； c. 使用方便； d. 不会很快地从表面流溢； e. 提供合适的润滑，使探头在被检物表面易于移动； f. 耦合剂应是均匀的，且不含有固体粒子或气泡； g. 避免污染，并且没有腐蚀、毒性或危害，不易燃； h. 在检测条件下，不易冻结或汽化； i. 检测后易于清除。常用耦合剂有机油；糨糊；甘油；润滑脂（黄油）；水。机油不利于清除，还给焊缝返修带来不利。糨糊更有利于垂直、顶面探伤。耦合剂的另一重要特性是其声阻抗值应介于探头晶片与被检材料声阻抗值之间（ 3 ，薄层介质声阻抗为两侧介质阻抗几何平均值时，声强透射率等于 1，超声全透射）。操作者的技术对良好的耦合是重要因素，整个过程对探头施加均匀、固定压力，有助于排除空气泡和获得均匀的耦合层厚度。伤面：清除焊接飞溅、氧化皮、锈蚀、油漆、凹坑（用机械、化学方法均可）检测表面应平整，便于探头扫查移动。表面粗糙度 m。一般应打磨。 a. 检测区宽度焊缝本身加上焊缝两侧各相当于母材厚度 30%的一段区域（ 510 b. 探头移动区宽度：（ P=2 一次反射法检测，应大于或等于直射法检测，应大于或等于 c. 母材检测： C 级检测有要求（较重要工件或图纸有要求时）应进行母材检测。仅作记录，不属于母材验收。看其是否有影响斜探头检测结果的分层类缺陷。母材检测要求： . 25片直径 1025 . 检测灵敏度：无缺陷处第二次底波调为屏幕满刻度的 100%； . 缺陷信号幅度超过 20%时，应标记记录。测方向选择根据工件结构；坡口角度、形式；焊接中可能出现缺陷的方向性以及危害性缺陷。选用主声束尽量与其垂直的入射方向。 B 级检验： 46，单面双侧（一种射波和一次反射波法）检测； . T46120，双面双侧（一种 K 值，直射波法）检测。如受几何条件限制，也可在双面单侧或单面双侧采用两种 . T120400，双面双侧（两种射波法）检测。两探头折射角相差 100 。 b. 横向缺陷检测：束轴线与焊缝中心线夹角 10200作斜平行探测（正反两个方向）；在焊缝及热影响区上作两个方向的扫查； . 电渣焊易出现人字形横裂纹，可用头以 450 夹角在焊缝两侧，作正反两个方向的斜平行扫查。 C 级检验： a. 应将焊缝余高磨平；焊缝两侧的斜探头扫查区域之母材用直探头进行检测； b. T=846，单面双侧（两种头折射角相差 100，其中一个为 450；一次反射法）检测； c. T46400，双面双侧（两种头折射角相差 100，一次反射波）检测；对于单侧坡口小于 50的窄间隙焊缝，如有可能应增加对与坡口表面平行缺陷的有效检测方法（如串列扫查）； d. 应进行横向缺陷检测。参考文献 1 美国无损检测学会美国无损检测手册超声波卷 ( 上 ) M 北京：世界图书出版公司， 1 9 9 6 2 A P I S P E C 5 L ： 2 0 0 4，管线钢管规范第 4 3 版 s 3 G B T 9 7 1 1 2 ，石油天然气工业输送钢管交货技术条件第 2部分： s 4 胡天明超声波探伤 ( 、级教材 ) M 北京：中国锅炉压力容器安全出版社， 1 9 9 5 5 陈发任主编 . 现代组合机床的发展趋势 M. 重庆：重庆大学出版社， 1993. 6 韦彦成 . 组合机床设备改装 M防工业出版社， 1995. 7 徐灏主编 . 机械设计手册 M. 北京 :机械工业出版社， 1986. 8 谢家瀛 M械工业出版社， 1994. 9 王爱玲等主编 M. 北京：兵器工业出版社 , 1999. 10 迟建山，丛凤庭 . 组合机床设计 M海科学技术出版社， 1993. 11 李峻勤主编 M. 北京：国防工业出版社， 2000. 12 戴曙主编 . 金属切削机床 M. 北京：机械工业出版社， 1993. 13 李庆余，张佳主编 . 机械制造装备设计 M. 北京：机械工业出版社， 2003. 14 吴宗泽 . 机械结构设计 M械工业出版社， 1988. 15 濮良贵 . 机械设计 M高等教育出版社， 1982. . 毕业设计（论文）开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题是：轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计，发现齿轮和轴类毛坯中各种缺陷及缺陷的位置，按规范要求自动判别是否报废或返修，并予以显示。除了装、卸料外和更换探头外，全部操作过程在计算机的控制下自动完成。通过对参考文献的阅读和学习，针对任务书要求，对涉及内容做了一些初步地了解，分为以下几个步骤进行 : (1) 首先查阅箱体相关文献了解国内外现状。 (2) 制定总体方案。 (3) 经过综合讨论确定合理方案，工作台装配图，重要零件工程图。 (4) 整理设计成果，撰写毕业设计说明书。毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日 1 轴盘类件超声自动探伤机数字样机设计目录前言 . 错误 !未定义书签。盘类件加工技术的发展趋势 . 9 超声振动加工技术发展趋势 . 9 轴盘类件加工发展状况 . 15 . 18 电机功率的确定 . 18 主运动参数的确定 . 19 标准公比值和标准转速数列 . 21 . 25 求级数 z . 25 确定结构式 . 25 绘制转速图 . 26 . 28 确定齿轮的齿数 . 28 验算传动比 . 32 各轴及齿轮的计算转速的确定 . 33 . 36 传动轴直径初定 . 36 主轴主要结构参数的确定 . 37 齿轮模数计算和齿轮中心距的计算 . 37 皮带的相关计算 . 38 . 43 2 齿轮的强度验算 . 43 主轴的验算 . 44 花键的验算 . 50 致谢 . 53 参考文献： . 54 3 摘要该设计是设计一超声轴盘类件钻床，利用超声震动加工轴盘类件。振动切削与普通切削相比，在降低切削力和切削热方面有明显的效果，尤其在难加工材料的加工和精密加工中，振动切削具有普通切削无法比拟的工艺效果。因此，作为精密机械加工和难加工材料加工的一种新技术，振动切削已经逐步渗透到多种机械加工领域，振动钻削就是比较成功的应用实例。振动钻削，即在钻头 (或工件 )正常工作进给的同时，对钻头 (或工件 )施加某种有规律的振动，使钻头在振动中切削，形成脉冲式的切削力波形，使切削用量按某种规律变化，以达到改善切削效能的目的。根据实际加工的需要，适当选择振动参数 (频率 v，振幅 A 以及频率 v 与工件转速 n 的比例关系 )，可以控制切屑的大小和形状，得到满意的切屑，避免切屑堵塞。可提高生产效率几倍到十几倍，提高加工精度 1 2 级，且加工表面质量也有较大改善。超声振动轴盘类件加工钻床是利用超声振动系统对钻头施加振动，使钻头在振动中切削，使切削用两按规律变化，从而达到改善切削效能的目的。关键词：超声振动，轴盘类件加工，枪钻车床。 4 is a in to to be in is to to of to of or to (or of to to in to of to v, as as v n to -2 is to to in to 5 1 引言随着现代科技快速发展，技术进步。超声仪器数字化，探头品种类型增加，使得超声波检测工艺可以更加完善，检测技术更为成熟。但众所周知：超声波探伤中人为因素对检测结果影响甚大；工艺性强；故此对超声波检测人员的素质要求高。检测人员不仅要具备熟练的超声波探伤技术，还应了解有关的焊接基本知识；如焊接接头形式、坡口形式、焊接方法和可能产生的缺陷方向、性质等。针对不同的检测对象制定相应的探伤工艺，选用合适的探伤方法，从而获得正确的检测结果。 2 研究内容（ 1）系统功能实现一定尺寸范围内各种轴、盘类金属零件自动超声检测的功能，重点实现各种型号小汽车变速箱各种规格齿轮、轴的毛坯和成品内部缺陷检测。它可以发现齿轮和轴类毛坯中各种缺陷及缺陷的位置，按规范要求自动判别是否报废或返修，并予以显示。除了装、卸料外和更换探头外，全部操作过程在计算机的控制下自动完成。（ 2）被测工件的基本技术参数： 1盘类零件：外径轴类零件：长度运动方式：工件旋转（ C 轴），探头沿工件的径向（ X 轴）和轴向进给（ Z 轴）扫描； 2 C 轴和 X 轴、 C 轴和 Z 轴可以实现联动； 3 探头径向和轴向最大进给量：盘类 25040050100类 25040000450 6 4 主轴转速范围为： 5 60r/ 5 进给速度： 0mm/r(这里的每转是指工件旋转一周的进给量 ) 3 研究方案合剂：在超声波直接接触法探伤中，探头和被检物之间不加入合适的耦合剂，探伤是无法完成的。耦合剂可以是液体、半液体或粘体。并应具备下列性能： a. 在实际检测中能提供可靠的声耦合； b. 使被检物表面与探头表面之间润湿，消除两者之间的空气； c. 使用方便； d. 不会很快地从表面流溢； 7 e. 提供合适的润滑，使探头在被检物表面易于移动； f. 耦合剂应是均匀的，且不含有固体粒子或气泡； g. 避免污染，并且没有腐蚀、毒性或危害，不易燃； h. 在检测条件下，不易冻结或汽化； i. 检测后易于清除。常用耦合剂有机油；糨糊；甘油；润滑脂（黄油）；水。机油不利于清除，还给焊缝返修带来不利。糨糊更有利于垂直、顶面探伤。耦合剂的另一重要特性是其声阻抗值应介于探头晶片与被检材料声阻抗值之间（ 3 ，薄层介质声阻抗为两侧介质阻抗几何平均值时，声强透射率等于 1，超声全透射）。操作者的技术对良好的耦合是重要因素，整个过程对探头施加均匀、固定压力，有助于排除空气泡和获得均匀的耦合层厚度。伤面：清除焊接飞溅、氧化皮、锈蚀、油漆、凹坑（用机械、化学方法均可）检测表面应平整，便于探头扫查移动。表面粗糙度 m。一般应打磨。 a. 检测区宽度焊缝本身加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区域（ 510 b. 探头移动区宽度：（ P=2 一次反射法检测，应大于或等于直射法检测，应大于或等于 c. 母材检测： C 级检测有要求（较重要工件或图纸有要求时）应进行母材检测。仅作记录，不属于母材验收。看其是否有影响斜探头检测结果的分层类缺陷。母材检测要求： . 25探头，晶片直径 1025 8 . 检测灵敏度：无缺陷处第二次底波调为屏幕满刻度的 100%； . 缺陷信号幅度超过 20%时，应标记记录。测方向选择根据工件结构；坡口角度、形式；焊接中可能出现缺陷的方向性以及危害性缺陷。选用主声束尽量与其垂直的入射方向。 B 级检验： 46，单面双侧（一种 K 值探头，直射波和一次反射波法）检测； . T46120面双侧（一种射波法）检测。如受几何条件限制，也可在双面单侧或单面双侧采用两种 . T120400 面双侧（两种射波法）检测。两探头折射角相差 100 。 b. 横向缺陷检测：束轴线与焊缝中心线夹角 10200作斜平行探测（正反两个方向）；在焊缝及热影响区上作两个方向的扫查； . 电渣焊易出现人字形横裂纹，可用头以 450 夹角在焊缝两侧，作正反两个方向的斜平行扫查。 C 级检验： a. 应将焊缝余高磨平；焊缝两侧的斜探头扫查区域之母材用直探头进行检测； b. T=846，单面双侧（两种 K 值，探头折射角相差 100，其中一个为 450；一次反射法）检测； 9 c. T46400，双面双侧（两种头折射角相差 100，一次反射波）检测；对于单侧坡口小于 50的窄间隙焊缝，如有可能应增加对与坡口表面平行缺陷的有效检测方法（如串列扫查）； d. 应进行横向缺陷检测。盘类件加工技术的发展趋势超声振动加工技术发展趋势超声波是指频率高于人耳听觉上限的声波。一般来说，正常人听觉的频率上限在 l 6 20间，随年龄、健康状况等有所不同。值得注意的是，人们习惯上常把以工程应用为目的，而不是以听觉为日的的某些对听卢的应用亦列人超卢技术的研究范围。因此，在实际应用中，有些超声技术使用的频率可能在 16下。而超声波频率的上限是1410个频率范围是相当宽广的，如图 1 1 所示 10 超声波是声波的一部分，因此它遵循声波传播的基本规律。但超声波也有与可听声不同的一些突出特点。例如，超声波由于频率可以很高，因而传播的方向件较强，同时超声设备的几何尺寸可以较小；超声波传播过程中，介质质点振动的加速度非常大；在液体介质中，当超声波的强度达到一定值后便产生空化现象，等等。正是这些特点，决定了超声波具有与可听声不同的、领域相当广阔的各种用途。起声加工技术发展概况超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或于磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或工件沿一定介向施加超声频振进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。超声波发生器的作用是将 22080能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动；变幅杆的作用是将换能器的振动振幅放大，超声波的机械振动经变幅杆放大后传给工具，使工具以一定的能量与工件作用，进行加工。超声加工技术是超声学的一个重要分支。超声加工技术是伴随着超声学的发展而逐渐发展的。早在 1830 年，为探讨人耳究竟能听到多高的频率， F 5用一多齿的齿轮，第一次人工产生了 2 4410超声波， 1876 年加尔顿 (F 气哨实验产生的超声波的频率达到了 34改用氢气时，其频率达到了 84N 11 z。这些实验使人们开始对超声波的性质有了一定的认识。对超声学的诞生起重大推进作用的是 1912 年豪华客轮泰坦尼克 (在旨航中碰撞冰山后沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家提出用声学人法来探测冰山。这些活动启发了第一次世界大战期间侦察德国潜艇的紧张册究。 1916 年以法国著名物理学家郎之万 (首的科学家升始究产生和运用水下超声作为侦察手段，并在 1918 年发现压电效应可使石英板振动，制成了可用作超声源的石英压电振荡器。这就是现代超声学的开端。 1927 午，美国物理学家怔德 (R W 卢米斯 (A E 早做了超声加工试验，利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔，们当时并未应用在工业上。 1951 年，美国的科思制成第一台实用的超声加工机，并引起广泛关注，为超声加上技术的发展奠定了基础。日本是较早研灾超声加工技术的国家， 20 世纪 50 午代，日本已经设立专门的振动切削研究所，许多大学和科研机构也都设有这个研究课题。日本研究超声加工的主要代表人物有两位：一位是中央大学的岛川正晖教授，超音波工学理论和实际是他的代表作；另一位是宇都官大学的隈部淳一郎教授，精密加工、振动切削基础和应用是他的代表作。日本研究人员不但把超声加上用在普通设备上，而且在精密机床、数控机床中也引人了超声振动系统。 l 977 年日本将超声振动切削与磨削用于生产，可对直径为 6型船用柴油机缸套进行镗孔。原苏联的超声加工研究也比较早， 20 世纪 50 年代末 60 年代初已经发表过很有价值的论文。在超声车削、钻孔、磨削、光整加工、复合加工等方面均有生产应用，并取得了良好的经济效果。为了推动超声加工的应用， 1973 年原苏联召开了一次全国性的讨论会，充分肯定了超声加工的经济效果和实用价值，对这项新技术在全国的推广应用起到了积极的作用。到 80 年代末期，当时苏联已经生产系列超声振动钻削装置。 20 世纪 70 年代中期，美国在超声钻中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等 12 方面已处于生产应用阶段，超声车削、钻孔、镗孔巳处于试验性生产设备原型阶段。1979 年通用超声振动切削系统已供应工业界应用。德国和英国也对超声加工的机理和工业应用进行了大量的研究，并发表了许多有价值的论文，在生产中也得到了积极的应用。例如，英同十 1964 年提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法，克服了一般超声加工轴盘类件时加工速度低和精度差的缺点，取得了较好的效果。我国超声加工技术的研究始于 20 世纪 50 年代末， 60 午代末开始了超声振动车削的研究， 1973 年上海超声波电子仪器厂研制成功 2 型超声研磨机。 1982年，上海钢管厂、中国科学院声学研究所及上海超声波仪器厂研制成功超声拉管设备，为我国超声加工在金属塑性加工中的应用填补丁空白。 1983 年 10 月，机械电子丁业部科技司委托机械工艺师杂志编辑部在西安召开了我国第一次“振动切削专题讨论会”，会议充分肯定了振动切削在金属切削中的重要作用，交流了研究和应用成果，促进了这项新技术在我国的深入研究和推广应用。 1985 年，广西大学、南京电影机械厂和南京刀具厂联合开发了我国第一套“ 250A 型”超声振动切削系统。同年，机械电子工业部第 11 研究所研制成功超声旋转加工机，在玻璃、陶瓷、光晶体等硬脆材料的钻孔、套料、端铣、内外圆磨削及螺纹加工中，取得了良好的工艺效果。 1987 年，北京市电加工研究所在国际上首次提出了超声频调制电火花与超声波复合的研磨、抛光加工技术，并成功应用于聚晶金刚石拉丝模的研磨和抛光。 1989 年，我国研制成功超声珩磨装置。 1991 年研制成功变截面细长杆超声车削装置。 20 世纪末到本世纪初的十几年间，我国的超声加工技术发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究，尤其是在金刚石、陶挠、玛淄、玉石、淬火钢、模具钢、花岗岩、大理石、石英、玻璃和烧结永磁体等难加工材料领域解决了许多关键性问题，取得了良好的效果。 13 超声加工技术发展趋势和未来展望超声加工技术已经涉及到许多领域，在各行各业发挥了突出的作用，但有关工艺与设备的相关技术有待于进一步研究开发。 (1)超声振动切削技术随着传统加工技术和高新技术的发展，超声振动切削技术的应用日益广泛，振动切削研究日趋深入，主要表现在以下几个方面。 1 研制和采用新的刀具材料。在现代产品中，难加工材料所占的比例越来越大，对机械零件加工质量的要求越来越高。为了更好地发挥刀具的效能，除了选用合适的刀具几何参数外，在振动切削中，人们将更多的注意力转为对刀具材料的开发与使用上，其中天然金刚石、人造金刚石和超细晶粒的硬质合金材料的研究和应用为主要方向。 2 对振动切削机理深入研究。当前和今后一个时期对振动切削机理的研究将主要集中在对振动切削中刀具与工件相互作用的力学分析和振动切削机理的微观研究及数学描述两个方面。 3 超声椭圆振动切削的研究与推广。超声椭圆振动切削已受到国际学术界和企业界的重视。美国、英国、德国和新加坡等国的大学以及国内的北京航空航大大学和上海交通大学已开始这方面的研究工作。日本企业界如日立、多贺和司等已开始这方面的实用化研究工作。但是，超声椭圆振动切削在理论和应用方面还有许多工作要做。尤其是对硬脆性材料的超精密切削加工、微细部品和微细模具的超精密切削加工等方向还需要进一步研究。超声铣削加丁技术。基于分层去除技术思想的超声铣削加工技术正在被更多的学者所关注。大连理工大学研制了超声数控铣削机床，提出了一种新的利用超声铣削加工技术数控加工工程陶瓷零件的途径。基于分层去除思想的超声铣削数控加工技术解决了传统超声加工中工具损耗严重且不能在线补偿的难题，使加工带有尖角和锐边的复杂型面三维工程陶瓷零件成为可能，为工程陶瓷和其他超硬材料的广 14 泛应用提供了有力的技术支持。 (2)超声复合加工技术目前，超声电火花机械三元复合加工技术已经得到较快的发展。哈尔滨工业大学利用超声电火花磨料三元复合加工技术对不锈铜进行加工，解决了电火花小孔加工中生产率和表面质量不能兼顾的矛盾，具合较好的应用前景。针对现代模具手动光整加工的弊端，华南理工大学采用超声电解磨粒复合加工技术对形状复杂的模具型腔光整加工进行了研究，并利用工神经网络对加工表面粗糙度进行了预测，取得了良好的效果。超声电解磨粒复合加工技术是一项新的复合加工技术，能较好地用于形状复杂的模具型腔光整加工。但包括材料去除机理的许多方面的内容有待进一步研究。近年来，日本东京农工大学对气体介质中的电火花脉冲放电加工技术进行了开创性的研究，为电火花脉冲放电加工技术开辟了一条新的途径。但该技术在加丁过程中短路频繁，山东大学的研究人员将超声振动引入气中放电加工技术，并对工程陶瓷进行了加工实验研究，加工效率提高了近 3 倍。但该工艺的加工机理有待于进一步研究。在微小三维型面的加工中，利用简单形状电极、基于分层制造原理的微细电火花铣削技术正在受到重视，哈尔滨工业大学研究了超声辅助分层去除微细电火花加上技术，对电极袖向施加的小幅超声振动对活化极间状态、拉大极间间隙、增加排屑能力、提高有效脉冲利用率和放电稳定性等方面起到广重要的作用但是该工艺尚有待于进一步完善以达到实用化。出于新材料 (尤其是难加工材料 )的涌现和对产品质量苟生产效益的要求不断提高，新的加丁方法也不断出现。可以预见，超声复合加工将日靛显现出其独特的魅力，并将拓展其更加广阔的应用领域。 (3)微细超声加工技术随着以微机械为代表的工业制品的日益小型化及微细化，特别是随着晶体硅、 15 光学玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微机械中的广泛应用，硬脆材料的高精度三维微细加工技术己成为世界各国制造业的一个重要价究课题。目前可适用于硬脆材料加工的手段主要有光刻加工、电火花加工、激光加工、超声加工等特种加工技术。超声加工与电火花加工、电解加工、激光加工等技术相比，既不依赖于材料的导电性又没有热物理作用，与光刻加工相比又可加工高深宽比三维形状，这决定了超声加工技术在陶瓷、半导体硅等非金属硬脆材料加下方而有着得天独厚的优势。东京大学生产技术研究所对微细工具的成功制作及微细工具装夹、工具回转精度等问题的合理解决，采用工件加振的工作方式在工程陶瓷材料上加工出了直径最小为 5m的微孔，从而使超声加工作为微细加工技术成为可能。同其他特种加工技术一样，起声加工技术在不断完善之中正向着高精度、微细化发展，微细超声加丁技术合理成为微电子机械系统 (术的有力补充。此外，超声加工技术在迅猛发展的汽车工业中已有非常广泛的应用，目前超声加工技术主要用于精密模具的型孔、型腔加工，难加工材料的超声电火花和超声电解复合加工，塑料件的焊接，以及对具有小孔窄缝而清洁度要求较高的零件的清洗。可以预测，超声加工技术在世界汽车工业中将发挥越来越重要的作用。轴盘类件加工发展状况最早用于加工金属的轴盘类件钻头是扁钻它发明干 18 世纪初， 1860 年美国人对扁钻做了改进，发明了麻花钻，在钻孔领域迈出了重要的一步。但用麻花钻钻探孔时，不便于冷却与排屑生产效率根低。随着枪炮生产的迅速发展，在 20 世纪初期，德、英、美等国家的军事工业部门先后发明了单刃钻孔工具，因用于加工枪孔而得名枪钻。枪钻也称为月牙钻、单刃钻及外排屑轴盘类件钻。枪钻钻杆为非对称形，故扭转强度差。只能传递有限扭矩，适用于小孔零件加工生产，效率较低。在第二次世界大战前和战争期间，由于战争的需要枪钻已不能满足高生产效 16 率的要求，在 1943 午德国诲勒公司研制出毕斯涅耳加工系统 (即我国常称的内排屑轴盘类件钻削系统 )。战后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会等联合组成了轴盘类件加工国际孔加工协会 (简称会。经过他们的努力，这种特殊的加工方法又有了新的发展，并被定名为，在世界各国普遍应用。后来瑞典的山特维克公司首先设计出可转位轴盘类件钻及分屑多刃错齿轴盘类件钻，侵又有了新的飞跃。存在着切削液压力较高，密封困难等缺点为克服这些不足， 1963 年山特维克公司发明了喷吸钻法。这是一种巧妙应用喷吸效应的方法，可以采用较低的切削液压力，使切屑在推、吸效应下容易排出有利于系统的密封。但是喷吸钻法本身也有缺点，它使用两根钻管，使排屑空间受到限制，加工扎径般不能小于 18于特殊的切削液供给方式缺乏了中切削液对钻杆振动的抑制作用，刀杆易擦伤其系统刚性和加工精度要赂低于。 20 世纪 70 年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出的为单管双进油装置，它是把与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内徘屑探孔钻削。出于我国机械制造业的迅速发展，轴盘类件加工技术在我国也得到了广泛的应用。 20 世纪 50 年代群钻的研制成功使钻孔效率大为提高。 1958 年头在我国开始使用，在此之后， 70 年代初，我国开始研制和推广喷吸钻，到 1978 年己在我国设计完成并于 1979 年正式用于生产现广泛应用于中、小直径内排屑探孔钻削。国内几家重型机器制造厂相继研制和采用于轴盘类件套料钻已成功地加工出 12m 长的发电机转子内孔。西安石油大学于 1989 年成功地将喷吸效应原理应用到外排屑枪钻系统使枪钻的加工性能大大提高 ;1994 年又研制成功多尖齿内排屑探孔钻，使轴盘类件钻削的稳定性和耐用度大大提高。随着生产与科技的进步，轴盘类件零件在材质及毛坯制造、刀具树料、轴盘类 17 件加工机床、基础理论研究、检测等方面都有了较大的进展。轴盘类件零件的材质，过去多采用碳索结构钢、低合金钢和高强度合金钢。新型工程材料如钛合金、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、陶瓷、塑料、碳素纤维塑料、复合材料等，开始在轴盘类件零件上采用。新材料的逐步采用对轴盘类件加工提出了新的技本难题。除了轴盘类件零件的材质外零件的毛坯质量也有了很大的改观。现在轴盘类件零件的毛坯除了采用般的铸、锻、轧制毛坯外，对于机械性能要求高的轴盘类件零件采用真空冶炼、电渣重熔等方法获得高质量的铸锭后，进行压力加工。在管坯生产中，除了一般的热轧、冲轧无缝管才外现已采用精轧无缝管材。冶金技术的进步提高了材料的机械性能使材料的加工性能发生了显著的变化；锻造及压力加工技术的进步。使得毛坯材料的去除率大为降低由产热处理技术的发展，轴盘类件工件经过热处理后，在机械性能、结晶与显微组织上都有了较大的改善。这直接影响着材料的再加工性。随着新材料发展及材料机械性能的提高，促进了新刀具材料的不断发展。轴盘类件加工刀具所使用的刀具材料多为高速钢、的硬质合金。目前 ,已开始试验和采用新型高速钢材料、超细晶粒硬顶合金、徐层刀片、陶瓷 (金届陶瓷、4、立方氮化硼 (金刚石等新型刀具材料。轴盘类件加工机床现在多采用常规机床，有轴盘类件钻镗床、轴盘类件磨床、珩磨机及通用车床改造成的轴盘类件钻镗床。近年来，已出现数控轴盘类件钻镗床( 现代轴盘类件加工技术的发展，面临着多品种、小批量、新型工程材料及愈来愈高的精度要求的挑战。由于机械工业产品多品种、小批量的比重日益增加，提高劳动生产率、降低生产成本成为轴盘类件加工技术的中心课题。发展成组技术和开展计算机辅助设计及计算机捕助制造 (实现自动化生产是提高轴盘类件加工劳动生产率和经济效益的根本途径。新型工程材料对轴盘类件加工技术的 18 挑战，在于要求提高传统轴盘类件加工方法的水平开发新的制造技术与工艺方法。愈来愈高的精度要求，需要发展轴盘类件精密加工技术，并相应地发展精密测量及精密机械设汁。在实现轴盘类件加工自动化生产中，需要解决加工中异常情况的监控及自动检测。日前轴盘类件加工中的这些问题、虽然落后于车削、铣削，但已有一些国家在开发研制，进行解决。随着轴盘类件加工技术的发展轴盘类件加工技术的基础理论研究也在不断加强并取得了有价值的成果。电机功率的确定机床功率与钻孔直径的关系如图 2示： 19 图 2孔直径0p 的关系图根据设计要求我们要对材料是硬度 220低合金钢，长为 500径 D 为 50工件加工出直径为 10通孔。所以机床的功率为 4 主运动参数的确定主运动为旋转运动时，机床的主运动参数是主轴转速 n（ r/ 1000n d 式 1v 切削速度， m/ d 工件（或刀具）直径，有表 1 可知切削速度为 40 120m/以表 1 工件材料与切削速度的关系 20 21 m i nm i nm a xm a 0 0 0 4 0 1 2 7 3 . 9 / m i 1 4 1 01000 1 0 0 0 9 0 2 8 6 6 . 2 / m i 1 4 1 0 变速范围a xm i 6 6 . 2 2 . 2 51 2 7 3 . 9n 标准公比值和标准转速数列规定标准公比 1，并且规定相对速度损失的最大值大于 50%，则相应不大于 2，所以12。为了简化机床设计和使用规定了几个标准值，这些数值是选取 2 或 10 的某次方根见表 2。这些公比的特性如下。表 2 标准公比 1)公比是 2 的某次方根其数列每隔若干项增加或缩小 2 倍，如3 2，数列为 10、 l 2 5、 16、 20、 25；、 32、 40 等，每隔三项增大 2 倍。这样使 22 表 3 标准数列表 23 续注： 1 大于 1000 和小于 1 的数列，可将表中数值乘或除以 1000。 24 厂采用双速电动机，因为双速电动机的两个转速比值是 2，例如 3000/1500 或1500/750 等，同时也便于记忆和写出等比数列。 2)公比是某次方根，其数列每隔若干项增大或缩小 10 倍。这特性符合常用十进制习惯，如5 10，数列为 10、 16、 25、 40、 63、 100、 160、 250、 400、630 等，每隔五项增大 10 倍使数列整齐好记。当选定标准公比之后从表 3 可查出转速数列。表 3 适用于转速、双行程数和进给系列而且可以用于机床尺寸和功率参数等数列。从使用性能考虑，选取公比最好小一些，以便减少相对速度损失，但小一些，级数 z 增多会使机床的结构复杂化。公比选取的一股原则如下： 1 用于大批大量生产的自动化与半自动比机床，因为要求较高的生产率，相对转速损失要小，因此，要小些，选取 1 25。 2 大型机床加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的切削速度对提高生产 2 可由标准数列中选用具有某一公比的数列，组成派生系列，例如=派生系列为 132、 190、 265、 375 等。率作用较大，应小些，取 1 12、 1 25。 3 中型通用机床，万能性较大，因而要求转速级数 z 要多些，但结构又不能过于复杂，公比常选取 1 25 或 4小型机床切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简单一些，机动时间短变速级数 z 也不多，公比常取 1 58 或 1 78。根据以上叙述选= 25 求级数 z 由等比级数规律可知 1 公式中变速范围；公比。由前面=以 lg l g 2 . 2 51 1 8l g l g 1 . 1 2 确定结构式选择一个比较好的结构式，一般要遵照下列的原则：传动副的“前多后少”原则传动副数较多的变速组安排在传动顺序前面，传动副数较少的变速组安排在后面。这是因为机床的电动机往往比主轴变速的大多数转速高，因此，变速系统以降速传动居多。传动系统中，若按传动顺序排列，在前面的各轴转速较高，依次类推。根据转矩公式 / 9 5 5 0 / m i nP k m 当传动功率 p 一定时转速 n 较高的铀所传递的转矩就较小，在其他条件相同时，传动件 (如铀、齿轮 )的尺寸就较小因此常把传动副数较多的变速组安排在前面高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。以 18 级变速系统为例，应选择结构式 18 3 3 2。传动副的“前紧后松”原则 26 变速组的扩大顺序应尽可能与传动顺序一致当0 1 2 nZ p p p p 时。要求 012 即在传动顺序中按基本组在前，然后依次排第一扩大组、第二扩大组第

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