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题目:斜孔摆动式钻削试验研究

关键词:微小斜孔;摆动式钻削;振动钻削;入孔偏移量;出孔钻削力

  摘要


微小斜孔是目前航空航天中应用范围相当广的一种孔,这些孔不但工件材料难加工,加工数量多,而且质量要求较高。目前微小斜孔的加工存在诸多的困难,而加工微小斜孔的方法刀具寿命和效率都难以满足大批量的生产的要求。针对难加工材料的微小斜孔钻削问题,结合现有振动加工的优势,本文提出了摆动式钻削方式,并且对摆动式斜孔钻削的机理、钻削力等特性进行了理论分析和实验验证。本文的主要内容有以下几个方面。

首先,研究了斜孔摆动式钻削理论。分析了微小斜孔钻削存在的问题,提出了斜孔加工的主要难点集中在入钻和出钻两个阶段,本文以此作为出发点展开研究。针对入钻阶段径向偏移问题,分析了普通斜孔钻削入钻及横刃切削过程,提出了摆动式钻削入钻过程及运动轨迹,得出了钻削直孔所需的条件。建立了斜孔摆动式入钻径向力模型,得出了入钻过程中钻削力的变化规律。分析了振动钻削横刃的切削机理,提出摆动式斜面入钻具有“角度微化”的特性,降低了斜面入钻的难度。针对出钻阶段平稳性问题,建立了斜孔出钻的模型,分析了出钻的特点,研究了振动钻削在出孔的分离切削特性及变形恢复作用,提出了振动钻削降低切削力,提高了出口稳定性,可以有效避免钻头折断。

其次,研制了斜孔摆动式钻削实验装置。针对摆动式钻削的复合运动的特点,分别研制了微小孔振动钻削系统和旋转工作台系统。并且设计出了分别用于入孔和出孔的工件以及专用夹具。

 最后,根据斜孔理论研究成果进行了斜孔钻削实验。针对入钻过程中入孔偏移量的大小进行相关实验。得出了采用振动钻削时,摆动式入孔偏移量要小,同时入孔偏移量的大小随着振动的频率、振幅和转速的增加而减小,同时随着钻削进给速度的增加也会减小,而随着工件旋转速度的增加而增大。针对出钻钻削力的大小进行了出钻实验,得出振动钻削在斜孔出钻时的分离切削及变形恢复,降低了径向力和扭矩,同时出钻时的钻削力随着振动振幅和频率的增加而减小,同时随着转速的增大径向力也会增大,而扭矩则先减后增,而随着进给量的增大径向力和扭矩都会增大。并且进行了锁丝孔的寿命实验,表明摆动式钻削可以有效地提高刀具寿命。