开题报告-深孔实体钻削附件的设计

PAGE2西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目：深孔实体钻削附件的设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级B070203姓名学号导师2010年11月30日1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景及研究意义所谓深孔加工，一般规定孔深L与孔径d之比大于5，即L/d>5的孔称为深孔。而一般的深孔多数情况下深径比L/d≥100。如油缸孔、轴的轴向油孔，空心主轴孔和液压阀孔等等。深孔加工难度高，加工工作量大，已成为机械加工中的关键性工序。随着科学技术的进步，产品的跟新换代十分频繁，新型高强度、高硬度的难加工零件不断出现，无论是对深孔加工的质量、加工效率，还是刀具的耐用度都提出了更高的要求。深孔加工技术已在国防工业、石油采掘、航空航天、机床、汽车等行业获得相当广泛的应用，且由于其高效、高精度等优越性，深孔加工技术也在某些零件的浅孔加工中得到应用。深孔加工是机械制造技术中的难点之一。由于深孔加工的特殊性从而形成了其经典难题，排屑难、冷却难、润滑难、工具系统刚度低。这些问题长期困扰着深孔加工行业，他们限制了深孔加工的工艺范围，也限制了深孔加工理论及技术向其他领域拓展的能力，使深孔加工成为制造技术门类中成本最昂贵的技术之一。1.2深孔加工发展概况1.2.1国外深孔加工的发展18世纪后期，由于制造的枪管和炮管要求有较精密的孔，开始人们用扁钻进行加工，直到1860年美国发明了麻花钻，这在钻孔领域中迈出了重要的一步。尽管麻花钻是扁钻的一种改进，但还不能作为一种极好的精加工工具，在实践中，人们发现麻花钻的这些缺点可以通过采用自导式单刃钻孔工具来克服，在这种情况下产生了枪钻，枪钻的名称是因加工枪孔而得名的。在我国枪钻称为外排屑钻孔工具。由于枪钻的钻杆为非对称形，因而枪钻只适用于加工小孔零件。所以，在第二次世界大战前和战争期间由于战争的需要，枪钻方式加工设备已不能满足军工生产的需要，因而在1943年在德国由毕斯涅耳研究出毕斯涅耳加工系统(即我国常称的内排屑钻孔法)。此后，毕斯涅耳又经不断发展和改进，到1951一1955年见基本定型，推广应用于生产。二战后，以德国海勒公司和瑞典卡尔斯德特为主导，成立了国际深孔加工协会(BoringandTrepanningAssociation)。推出了一种具有单边刃、自导向和高压切削液的内排屑深孔钻头，这就是迄今仍用于钻直径020mm以上深孔的BTA钻。与枪钻相比，BTA钻采用圆形空心钻杆和高压密封装置，将大量高压切削液输入钻杆和工件孔壁之间的间隙中，冲向切削区，除了起到冷却润滑和支撑钻杆的作用外，还带着切屑从钻杆内孔排出。它具有刚性好、精度高、效率高以及刀具系统性能好等优点。虽然工本费用较大，但其生产效率比一般加工方法高4～10倍，又可取消一般精加工工序。所以总的看来，还是一种经济的加工方法。由于BTA钻系统存在密封装置制造复杂，为克服BTA系统存在的不足之处。1963年瑞典Sandvik公司发明了喷吸钻系统。喷吸式深孔钻是在内排屑深孔钻基础上发展起来的新型实心深孔加工方法。它是利用流体的喷吸效应原理，当高压流体经过一个狭小的通道(喷嘴)高速喷射时，在这股喷射流的周围形成一个低压区，可以将喷嘴附近的流体吸走。它比较巧妙的解决了BTA系统的复杂压力头及密封问题。它不需要专用的深孔钻床，只要求普通机床具有足够的功率，必要的切削速度与机床结构的稳定性就能使用。但是喷吸钻本身也存在的缺点，由于采用内外钻杆，排屑空间受到限制，所以钻削直径一般大于018mm，同时冷却润滑液供给方式不能控制刀杆振动，刀杆易擦伤，因而刚性与加工精度略低于BTA系统。为了补偿喷吸钻的不足，日本冶金股份有限责任公司发展了DF(Double．feederSystem)系统。DF系统综合了BTA系统和喷吸钻系统的优点，对双管喷吸钻去伪存精，淘汰了双管的衬管，恢复了BTA的已有简单结构，并借用了双管喷吸钻的负压抽屑机理，在钻杆末端设置产生负压作用的喷嘴，将推吸排屑加以结合，大大提高了排屑能力。DF系统在简化双管喷吸钻结构方面是一个明显的进步，但在其抽屑器设计上还不很成熟。1.2.2国内深孔加工的发展由于我国机械制造业的迅速发展，深孔技术在我国得到了广泛的应用，江西量刃具厂、成都工具研究所、中北大学、西安理工大学、西安石油大学、北京科技大学、大连理工学院等单位在深孔加工技术研究方面处于领先水平。20世纪50年代群钻的研制成功，使钻孔效率大为提高。1958年BTA钻头在我国开始使用，70年代初，我国开始研制和推广喷吸钻，到1978年df法已在我国开始设计完成并与1979年正式用于生产，现代广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。国内几家中型机械制造厂相继研制和采用了钻孔套料钻，已成功的加工出13m长的发电机转子内孔。西安石油大学于1989年成功的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深孔钻，使深孔钻削的稳定性和耐用度大大提高；中北大学研制成功的单管内排屑喷吸钻加工技术(SingleTubeInnerChipremovelEjectorDrilling)简称“SIED技术"，它是一个以单边刃切削，单管内排屑喷吸加工和刀具自导向为共有特性的SIED刀具系列和一个多功能、全方位的SIED深孔加工装备体系，特点是克服了内排屑深孔钻不能钻小直径深孔的障碍，使机床可兼容枪钻、BTA钻的钻孔范围，在同一机床上，可完成实体钻孔、扩孔、套料、绞孔、镗孔以及珩磨等各种加工，结构简单，易于实现柔性化、专业化、国产化生产；这些科研成果的出现，把我国的深孔加工水平推向一个更高的层次。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施主要研究内容本设计根据深孔加工中排屑的需要，设计一套打孔附件，包括受油器，排屑器和负压抽屑装置。需要对其进行方案选择，作相应的结构设计和计算，并利用三维CAD进行零件模型设计及装配体结构设计。研究方案（一）授油器作用及原理：将高压切削液由钻杆和钻孔之间的间隙高速进入钻头切削刃，然后带动切屑进入钻头的排屑孔由钻杆内孔排出，可以完成冷却、润滑和排屑三重使命；对工件定心和实行轴向夹紧；对钻头进行导向。后两项功能可由钻套来完成。钻套的外部与车床的尾顶尖相似，加工出60度锥面，而内腔为钻头导向孔。（二）排屑器和负压抽屑装置作用及原理：切削液分为两部分进入钻削系统，大部分由授油器压入钻削处，少部分由负压抽屑装置经由类似月牙形的小孔，沿排屑管轴线成20到30度、并且与轴向反进给反向射入排屑管，这样形成负压效应，利用负压吸屑效应可以顺利的排出切屑。在此，排屑器和负压抽屑装置总为一个装置，使整体结构紧凑简单，排屑更加顺利。研究方法及措施通过调研及查阅国内外资料，深入了解深孔加工的发展，并且知道每种加工方法的优缺点，去其糟粕，取其精华，融入创新，思维开放。先进行整体结构设计，由主到次，逐步接近最终方案，并计算相应尺寸，最后用三维软件进行零件模型设计及装配体结构设计。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本课题研究的重点如何设计一套附件，使这套附件能方便的改装到普通机床上，以更加经济的方式来实现深孔加工。核心设计是授油器内部结构，使得切削液能更加流畅的进入切削区，减少压力损耗,提高排屑效率；负压抽屑装置反向射流口的角度设计，射口角度是有效排出切屑的重要因素；其次是整个装置的密封设计。已经大量阅读图书馆及网上相关资料，对深孔加工有了初步认识，通过以后的不断学习及老师的指导，最终达到设计要求。4.完成本课题的工作方案及进度计划本设计在金花校区进行，进度如下：查阅资料，翻译英文资料；（两周）确定设计方案；（两周）SOLIDEWORKS软件学习；（两周）做三维装配图；（四周）二维零件图和装配图；（两周）论文撰写。（两周）参考文献：《深孔加工技术》西北工业大学出版社王世清.《现代深孔加工技术》哈尔滨工业大学出版社王峻.《JB3477-3493钻床辅具》1985.《DF深孔钻削技术及其负压抽屑系统》汪志明1989(04).《一种新型的深孔负压装置研究》关世玺.程峰期刊论文-机械设计与制造2009（2）.《深孔钻削双锥面负压系统研究》李文亮.王爱玲期刊论文-现代制造工程.《钻削技术的新进展》徐年富.周国华期刊论文-南京工业职业技术学院学报2001（1）.《BTA深孔钻削过程试验研究（J）》李琦.裴宏伟.于勇波.郭成.机械设计与制造.2004（1）：105-106.《深孔加工的几种工艺方法（J）》张斌.机械工人（冷加工）.2004（3）：22-24.《20世纪深孔加工技术的兴衰及新突破》期刊论文-机械管理开发.2004（4）：1-3.《液压与气压传动》姜继海高等教育出版社2002（8）:50-60.《喷射器》索科洛夫等科学出版社1977.《Processadaptedstructureoptimizationofdeepholedrillingtools

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CIRPAnnals-ManufacturingTechnology,Volume58,Issue1,2009,Pages89-92.

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