钻削性能

钻削性能（精选七篇）

钻削性能 篇1

关键词：钎焊,金刚石,取孔钻,钻削

0 前言

钎焊金刚石工具因具有高金刚石出刃、大容屑空间、高加工效率以及金刚石与基体之间高的结合强度等优点成为超硬材料工具热门的研究领域[1,2,3],近年来受到广泛的关注。钎焊法制备的各种切削、磨削、孔加工金刚石工具不断出现,但目前的研究多限于单层金刚石工具,对多层钎焊金刚石工具的研究较少。

金刚石取孔钻是在陶瓷、玻璃、石材等硬脆材料上进行孔加工的重要工具[1],传统的烧结方法制备的金刚石取孔钻不仅出刃低,金刚石与基体的结合强度也较低;电镀法制备的金刚石取孔钻虽然具有一定的出刃高度,但金刚石与Ni镀层之间的结合属于机械镶嵌作用,金刚石的结合强度更低。而钎焊金刚石工具由于钎料合金与金刚石之间良好的润湿性,且能与金刚石形成化学冶金结合,因此金刚石与基体之间的结合强度比烧结法和电镀法高[3,4,5,6,7,8]。并且目前较为常用的烧结金刚石取孔钻和电镀金刚石取孔钻都不能实现更高速度的加工。本实验使用钎焊法分别制备了单层和多层金刚石取孔钻。通过对硅酸盐玻璃孔加工试验,对比研究了钎焊单层取孔钻和钎焊多层取孔钻的使用寿命及加工效率,并通过扫描电镜对取孔钻的微观形貌进行了观察分析,研究其金刚石脱落及破损方式。

1 实验方法

实验中使用60/80目金刚石,钎料采用200目的Ni-Cr合金(Ni:76wt.%,Cr:14 wt.%,P:10 wt.% )。钎焊在真空度为6.67×10-2的真空炉中进行,取孔钻基体采用45钢,加工面外径10mm,内径8mm。钎焊单层金刚石取孔钻与多层金刚石取孔钻的性能对比试验在YG1-1D钻床上进行,进给方式为手动,被加工材料为硅酸盐玻璃,厚度为5mm,加工时使用的转速为3140rpm,水冷却,使用秒表测量钻单孔所需时间。在钻孔实验的过程中,每钻削50个孔对取孔钻钻头的重量、高度、外径、内径测量一组数据,然后求出其平均磨损量。

在实验过程中,如果持续出现手动加载困难及被加工孔表面质量明显降低的情况,则定义该取孔钻失效。将失效后取孔钻的工作部分切断,在JSM-5910扫描电子显微镜上观察其表面微观形貌。

2 实验结果与讨论

2.1 钎焊单层取孔钻与钎焊多层取孔钻钻削性能比较

从图1可以看出,钎焊多层金刚石取孔钻钻至450个孔时才失效,而钎焊单层金刚石钻头仅钻至150个孔就已经失效,前者的寿命是后者的三倍;但单层取孔钻的加工效率比多层取孔钻略高,如图2所示。这可能是由于在加工过程中多层取孔钻的金刚石出刃高度低于单层取孔钻所造成的,当钎焊多层取孔钻表面高出刃的金刚石被磨损后,下一层金刚石的出刃还不能保证和上一层具有同样的高度,因此其加工效率低于高出刃的单层取孔钻。图3至图7为两种取孔钻在加工过程中的重量磨损,内外径磨损,高度磨损以及加工用时对比。

从图3可以看出,钎焊单层金刚石取孔钻的失重速度明显高于钎焊多层金刚石取孔钻。如图4所示,钎焊多层金刚石取孔钻的高度磨损量略低于钎焊单层金刚石取孔钻。图5和图6表明,加工过程中钎焊多层金刚石取孔钻的内外径磨损量都大于单层金刚石取孔钻。通过图7可以看出加工相同数量的孔,钎焊多层金刚石取孔钻用时比单层取孔钻多,这和图2中得出的结论是一致的。而在失效之前的整个加工过程中,加工用时呈线性增加,也说明钎焊多层取孔钻具有稳定的加工性能。

2.2 钎焊金刚石取孔钻微观形貌分析

图8为钎焊单层金刚石取孔钻和多层取孔钻失效后的表面形貌低倍图像。从图8(a)中可以看出单层金刚石取孔钻表面金刚石脱落严重;而由图8(b)可以看出多层取孔钻表面虽然也有金刚石的脱落,但仍保留着较多量的金刚石,这说明多层钎焊金刚石能够有效承受高强度的加工,从而具有比较长的寿命。由图8(b)还可看出钎焊多层金刚石取孔钻表面有的金刚石已经折断失效,有的才刚刚出刃,这说明多层钎焊的金刚石可以实现连续的出刃以保证其加工的锋利度。

从图9的放大表面形貌图像中可以获得更多的信息。图9(a)和(b)中都可以看出两种取孔钻唇面上大多数金刚石已被折断,破损情况严重;此外两种取孔钻表面都有少数金刚石形状特征的凹坑。两种取孔钻表面有金刚石折断的现象,这说明金刚石与钎料合金之间具有高的结合强度;此外两者表面都发现了少数具有金刚石特征的凹坑,且其表面有很多断裂和磨损特征。这也说明无论是单层还是多层钎焊的金刚石在加工时都会出现一定程度的金刚石脱落,但由于金刚石与钎料合金具有高的结合强度,通常是连同表面的钎料合金一起脱落,所以会形成具有断裂和磨损特征的凹坑。

另外,由图9(b)还可以看出钎焊多层金刚石取孔钻表面既有已经折断破碎的金刚石,也有已经完全出刃还未失效的金刚石,还有还未完全出刃的金刚石,这说明钎焊多层金刚石取孔钻在加工过程中能够实现金刚石的连续出刃。

3 结论

(1)钎焊多层金刚石取孔钻的寿命是钎焊单层金刚石取孔钻的3倍,但因钎焊多层金刚石取孔钻出刃不足,所以其加工效率较钎焊单层金刚石取孔钻略低。

(2)钎焊多层金刚石取孔钻在加工过程中能够实现金刚石的连续出刃,从而保证其具有一定的加工效率和高的使用寿命。

参考文献

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浅析不锈钢的钻削加工 篇2

关键词：不锈钢,钻头,钻削,影响

0 引言

随着加工工艺技术的不断提高,不锈钢材料因其良好的抗腐蚀性及耐用性等优点,在生产、生活领域得到普遍应用,且生产规模还在不断扩展。然而,相比于一般碳钢材料,不锈钢的加工难度更高,且由于其使用的是钻削加工工艺,就更进一 步增加了加工的复杂性。

1不锈钢加工的主要技术难点

因不锈钢材质以Fe、Cr元素为基本组成,塑性较大,导致加工过程中工件的变形程度加大,同时表面接触摩擦力增 大,进而使刀具对工件的切削力也随之增大,长此以往将加剧刀具的磨损程度并产生振动,影响工件的加工质量及精度;其次,不锈钢材料导热性较差,因而加工中产热无法及时散去,这就增加了刀具的温升,使磨损加剧,耐用度降低;另外,不锈钢材 质的元素组成形式特殊,因而其黏附性较强,在高温加工环境中,工件及切屑对刀具的依附能力较高,这就会增加刀具表面的加工难度,同时对刀具也有一定的磨损;此外,不锈钢在加工过程中,其加工表面易发生冷硬现象,表面硬度增加,这就使得钻孔或攻丝工艺较难进行。总之,由于不锈钢加工难度 较大,因而需对钻头的几何参数进行优化设计,并确定合适的切削用 量,从而达到降低钻头 刀具受损 程度的目 的,并提高工 件的加工质量。

2不锈钢加工钻头的选择

在对不锈钢进行钻削加工时,所选择的刀具形状是决定其加工质量的重要因素之一,一般使用标准麻花钻作为主要钻削刀具。然而其顶角过小,且横刃较长,因而扭矩及轴 向力均较大,这就降低了钻头的耐用度。所以,在实际选择标 准麻花钻时,应着重考虑钻头的顶角、后角、螺旋角等参数。

2.1钻头的顶角

麻花钻的顶角对钻 头强度及 耐用程度 等有极大 的影响。顶角值越小,则钻头切削刃越长,轴向力也随之越小,进而增加了钻头的轴向稳定性。一般标准麻花钻钻头的顶角值设计 在118°~120°之间,在实际加工时,这种顶角过小,故而会加重钻头的磨损程度。在对钻头进行加工生产时,应适当地增加其顶角值,尽量在125°~130°之间,从而增加切削深度,避免带状切屑对刀具或工件的缠卷,还可降低不锈钢表面的硬化程度,提高其切削性能。

2.2钻头的后角

钻头的后角对保持钻头的锋利及耐用度也有重要作用,其可通过刃磨获得。后角值的确定需以刀具的直径值d为参考依据,并遵循在钻头外缘处磨小、靠钻芯处磨大的原则。若d≤15mm,后角可取为12°~15°;若d在15~30mm之间,后角可减小为10°~12°;d>30mm时,后角应尽量保持在7°~8°。后角的这种刃磨可使其与切削刃前角的变化相对应,使钻头各位置的楔角维持平衡,不仅能提高钻头的韧性及耐用度,还可降低钻头沿轴向的直线进给运动造成刀刃工作后实际后角值 减小对不锈钢加工质量的影响。

2.3钻头的螺旋角

在选择对不锈钢进行钻孔的刀具时,应优先考虑螺旋角值大的钻头。若所加工的孔 较浅,钻头的螺 旋角应在35°~40°;若所钻的孔较深,考虑到其润滑冷却的难度,应选择比上 述值小的螺旋角;当钻孔深度是工件本身直径的3倍以上时,应选择螺旋角值在32°~36°的钻头,从而避免 切削过程 中切屑的堆堵。

2.4钻头的刃磨及修磨

钻头顶角的刃磨可在通用的磨刀机上进行,但需保证刃边长度相等;因后角的取值比顶角小很多,故其刃磨需在专 用磨床上展开;而修磨棱 边时,后角需保 持在6°~8°,并留约0.3mm的棱边,从而减小棱边与不锈钢孔壁间的摩擦作用,降低产生的切削热;最后,因切削中的轴向力大部分是源于 横刃的作用,因而对横刃进行修磨可有效降低轴向力,并提高钻 头与切削孔的对心度。对横刃修磨可以X形或S形方式进行,如图1所示,采用这2种修磨方式可有效减小横刃的长度,并将修磨部分的前角由负值变为正值,从而达到降低轴向力、固 定轴心的作用。

3不锈钢钻削工艺过程对其加工质量的影响

3.1钻头钻削速度

钻削不锈钢时切削速度对钻头耐用度和孔的 表面粗糙 度有很大影响。图2给出了使用G型短钻头以不同钻削速度加工典型奥氏体0Cr18Ni9Ti不锈钢时其表面硬化情况。从图中可看出,若钻头切削速度增加,则加工表面的硬度也将随 之增加,从而加大了切削难度及钻头的磨损度。因此,为提高钻 头的切削效率及其耐用度,应尽量减小钻削的切削速度,同时增加进给量,从而降低加工表面硬度上升的速度,保障切削 的顺利进行。一般情况下,切削速度控制在8~10 m/min最佳,其有利于减小钻头的磨损并延长其使用寿命。

3.2钻头进给运动速度

实践表明,不锈钢加工中钻头进给运动速度的大小影响着切屑对钻头的缠卷程度。一般而言,切屑对钻头的缠卷多发生于进给量相对较低时,若钻头的进给量在0.083mm/r以下,则切屑较薄并呈螺旋型缠绕住钻头,这就严重影响了钻头对工件的加工精度,可能迫使钻床停机以清除钻头表面的切屑;钻头的进给量大于0.11mm/r时,切屑形状较理想,对钻头的缠卷较弱;若进给量在0.33mm/r以上,切屑的黏附性较大,因而会附在钻沟的槽内或缠绕在钻头上,增加钻头的切削负担,使其容易折断。因此,需根据钻 孔直径大 小合理控 制钻头的 进给量,一般控制在0.12~0.2mm/r最佳。

3.3切削液的选择

切削液对钻头起到润滑、冷却的作用,因而切削 液的选择适合与否将直接影响到钻头的切削效率。针对加工 难度较大的不锈钢材料,可使用S元素含量在1%~1.5%、Cl在3%~5%之间含极压添加剂的硫化、氯化切削液;在加工深 孔时,可采用渗透性较好的水溶性切削液,考虑到水溶液的使用日期较短,可适当地提高液体的浓度,降低其掺水稀释倍数。

4不锈钢工件切削时应注意的几个问题

在对不锈钢进行切削前,需判断钻头的几何形状是否符合钻孔的加工要求,两切削刃在满足对称要求的前提下,一侧需留出部分进给量间隙。需保证钻头得到正确安装及固定,并在高速转动状态下观察钻头尖部是否有重影。

在对不锈钢材料进行钻孔的过程中,应留意钻头主切削刃上切屑的黏附或缠绕情况,并及时清除切屑,以防其影响 钻孔的加工质量,同时应注意到冷却液使用是否连续或对排除切屑是否有阻碍作用。另外,当钻孔加工完成后,钻头开始后退,在未完全退出工件的钻孔前,钻头需继续保持转动,以防遭到 损坏,同时减小其对钻孔加工精度的破坏。此外,应加强对 钻头的维护保养,钻头的磨损程度在0.6~0.8mm时,应停止对其的使用。最后,在进行切削加工时,钻床附近应设 置安全防 护措施,以防切屑乱飞对钻床操作人员造成伤害。

5结语

γ-TiAl深孔钻削技术初探 篇3

γ-TiAl合金是一种新型金属间化合物结构材料。γ-TiAl合金密度低[1] (3.9～4.1g/cm3) , 高温强度与刚度较高, 抗氧化性能优于钛合金且很少出现所谓的“钛火”现象, 这些特征使其极有可能部分取代高温钛基合金和高温镍基合金而成为航空航天和汽车工业等领域的理想材料 (如涡轮叶片、气门、连杆、涡轮增压器、滚子凸轮和活塞销等的材料) 。

虽然γ-TiAl合金有许多优点, 但γ-TiAl合金的断裂延伸率特别低, 加工困难并极易产生裂纹 (尤其在孔即将钻通时, 较高的材料脆性易引起崩碎) 。另外, 加工γ-TiAl合金时产生的切削力和切削热远远大于加工铝、钢和钛合金时产生的切削力和切削热。

深孔钻削属于一种比较特殊的金属切削加工方法, 在机械加工中占有很重要的地位。由于长径比较大, 深孔钻削存在切削热不易散出、切屑不易排出和钻削系统刚性差等缺点[2], 刀具耐用度与加工效率极低。因此, 本文选择γ-TiAl合金的深孔钻削作为研究对象, 通过钻削试验获得有关刀具材料、刀具几何参数和切削用量的最佳参数。

1 γ-TiAl合金的机械性能和切削性能分析

γ-TiAl合金的成分是Ti-44.5Al-0.5Mo-1.0Cu-0.2Si, 通过表1可以清楚地了解γ-TiAl合金的机械特性。

γ-TiAl合金的机械性能特点是:比强度高 (2.3×105～2.43×105m2/s2) 、比刚度高 (4.2×107～4.5×107m2/s2) ;高温性能好;弹性模量小;导热性差;密度低;塑性差, γ-TiAl合金是同时拥有本征脆性和环境脆性的金属间化合物。

γ-TiAl合金的切削加工性主要有:①由于γ-TiAl合金有很高的比强度 (强度/密度) 、很低的延伸率、相对低的导热性能和弹性模量, 故在切削加工γ-TiAl合金时将会产生较大的切削力和切削热;②γ-TiAl合金塑性很差, 加工过程中容易产生表面裂纹, 在孔即将钻通时出口端易出现掉渣现象 (图1) 。

2 用于γ-TiAl合金加工的深孔钻头设计

在深孔钻削系统中, 钻头有着举足轻重的地位, 而钻头设计的首要任务就是刀片材料和刀具角度的选择。

2.1 刀片材料的选用

为了提高γ-TiAl合金的切削加工性, 针对其特点, 可从选择合适的刀片材料、优化切削用量和刀具的几何角度、增加系统刚度以及选择合适的冷却润滑液等方面考虑。以下着重从刀片材料的选择入手, 对γ-TiAl合金进行深孔钻削试验。

我们选择了以下三种不同牌号的硬质合金:YG8、YG813和YW2, 通过钻削试验以获得适合γ-TiAl合金深孔钻削的刀具材料。

(1) YG8硬质合金。

YG8硬质合金刀具是目前国内外加工钛合金时使用最普遍的硬质合金刀具, 它强度较高, 且与钛元素的亲和性差。

(2) YW2硬质合金。

YW2硬质合金刀具使用强度高, 耐高温性能较好, 能承受较大的冲击载荷, 常被称为通用硬质合金, 它主要用于加工难加工材料, 对一些还没有找出合适刀具材料的难加工材料往往有很好的加工效果。

(3) YG813硬质合金。

YG813硬质合金耐磨性好, 有较高的抗弯强度和抗粘结能力, 适用于加工高温合金[4], 对容易产生加工冷作硬化现象的奥氏体不锈钢、高锰钢等, 加工效果优于YW2。

2.2 刀具角度的选择

钻头采用的是单刃内排屑深孔钻头, 它主要由内刃、外刃、钻尖、导向块以及排屑孔等部分组成。考虑到γ-TiAl合金特殊的材料性能会导致较高的刀具负荷, 切削γ-TiAl合金的刀刃不能设计得太锋利。零度或微负前角γo可以大大地提高刀具的耐用度和切削速度。除此之外, γ-TiAl合金相对较低的弹性模量将导致孔内已加工表面与刀具后刀面之间产生剧烈的摩擦, 所以后角αo应尽可能选大一些。图2是用于γ-TiAl合金深孔钻削的单刃内排屑深孔钻头设计图, 钻头直径d=12mm, 前角γo=-1°, 后角αo为10°～12°。

3 试验条件与方法

3.1 试验条件

试验设备采用C630车床改装的深孔钻床和12mm深孔钻头。深孔钻床的最高转速为3000r/min, 最小进给量为0.005mm/r。试验所采用的C630车床改装的深孔钻床如图3所示。图4所示为12mm单刃内排屑深孔钻头。

工件材料为γ-TiAl (Ti-44.5Al-0.5Mo-1.0Cu-0.2Si) ;刀片材料为YG8、YW2、YG813;切削速度v=38m/min;进给量f=0.015mm/r;切削液采用20号机械油;测量仪器采用电阻应变式钻削测力仪和万能工具显微镜。

3.2 试验方法和步骤

(1) 用选出的三种不同硬质合金刀片材料制作成几何参数相同的ϕ12mm单刃内排屑深孔钻头。

(2) 用相同的切削用量和钻削深度对γ-TiAl合金进行深孔钻削试验。

(3) 分别测量使用三种不同材料钻头时的钻削轴向力、刀具磨损量和已加工孔的尺寸。

4 试验结果与分析

为了获知三种不同刀具材料在钻削中对刀具耐用度的影响, 首先对钻削轴向力进行了测量。图5所示为在钻削中测得的YG813、YG8和YW2三种刀具材料钻头的钻削轴向力和平均轴向力。由图5a可知, 使用硬质合金YG8的钻头钻削轴向力最小, 而使用硬质合金YG813的钻头钻削轴向力在入钻后4min内从最小变为最大, 这就意味着这种硬质合金材料的钻头磨损最快。另外通过测量, 在整个钻削过程中YG8钻头的平均轴向力也是最小的。三种材料钻头所产生的平均轴向力如图5b所示。

由图6可发现, 加工γ-TiAl合金后, 由于机械摩擦、切削热和切削力而使钻头出现了磨损。从照片中可以看出, 使用YG813的钻头后刀面磨损带宽度VB最大, 使用YG8的钻头VB最小, 这个结果与钻削轴向力的变化 (图5) 相对应, 即钻头磨损越快, 钻削轴向力增大得越快。对不同材料钻头磨损结果进行分析, 其原因有两个:一是硬质合金YG813 (性能介于K10和M10之间) 和YW2 (M20) 属于M类硬质合金, 这类硬质合金含有TIC成分;刀具材料中的TIC与被加工材料中的TI元素发生化学亲和作用, 使得钻刃的磨损程度远大于不含TIC成分的硬质合金材料YG8 (K20) 。二是硬质合金YG8具有较高的热导率且密度比其他两种材料大[5]。

表2所示的数据为三种不同材料钻头直径、钻削后孔的实际测量值以及计算出的钻削扩张量。这些数据证明, 深孔钻削质量也和刀具材料有一定关系 (出现这种情况的原因可能是由于三种材料钻头所产生的钻削径向力不同) 。使用硬质合金YG8的钻头钻削后孔径的扩张量明显小于其他两种材料。

5 结论

本文从刀具材料的选择出发, 初步研究了γ-TiAl合金的深孔钻削技术。通过试验得知, γ-TiAl合金卓越的机械性能会导致较高的刀具负荷和磨损。 相比YG813硬质合金和YW2硬质合金, 选用YG8硬质合金作为刀具材料可以有效地减小钻削力和减少刀具磨损。另外, 由于γ-TiAl合金低的导热性、低的弹性模量和高的红硬性, 钻头角度应选择零前角或者微负前角 (γo=-1°) 以及尽可能大的后角 (αo为10～12°) , 冷却润滑液应选用切削油。

参考文献

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麻花钻超声振动钻削入钻精度研究 篇4

孔钻削加工是工程中经常采用的加工方式。钻削时存在钻头的刚度低、入钻位置易偏移[1,2]、切屑不易排出、钻头易折断[3,4]等问题。尤其对于难加工材料和深孔钻削, 定位精度差是工程中的难题之一。超声振动钻削是近代出现的一种先进的切削加工方法, 它是在传统的钻削过程中给钻头 (或工件) 加上有规律的高频振动。几十年来, 国内外专家学者对超声振动钻削做了大量的理论与实验研究工作[5,6], 许多实验和研究结果都表明振动钻削可明显提高入钻的定位精度及孔的尺寸精度和表面品质, 降低切削力和切削温度, 延长钻头寿命。

1 超声振动钻削提高入钻精度机理

1.1 普通钻削的入钻机理

钻头入钻过程是横刃进行切削的过程。由于钻头的轴线与工件表面不能保证垂直, 钻尖会受到侧向力的作用而产生偏移, 产生入钻引偏。本文从钻头完全入钻前横刃的滑移趋势来分析入钻引偏的过程。

图1 (a) 是在入钻过程中横刃的滑移轨迹, 其中O点是钻头在自由状态下的回转中心如果钻头是一个刚体, 则横刃应该以O为中心, A0B0为直径的圆弧轨迹进行切削。即旋转切削一定角度后, 横刃在A'B'的位置。然而, 入削过程只有横刃的 来完成, 因此会产生侧向力P, 使钻头发生弯曲变形, 中心点偏移到O', 此时工件的B0BB'区域就不能被切除。

普通钻削是一个连续的切削过程, 所以钻头的偏移误差也是不断累加的, 最终横刃实际切削部分为B0BBnDB0, 残留部分为B0B'BnBB0。

当钻头完全入钻后, 钻头的偏移量达到 , 如图1 (b) 所示, KLMN不能被切除, 所以普通钻削入钻偏移问题不能避免。

1.2 超声纵向振动钻削入钻机理

超声纵向振动实现断续切削的条件是 的斜度大于 的斜度, 也就是满足式 (1) :

其中:A为振幅, r为钻头横刃的回转半径, Wf为钻头每转的振动次数。这时, 每一振动周期内横刃实际切削的时间tc和空切时间ti分别为:

其中:F为振动频率。

横刃每次切削可能产生的最大偏移量是在tc时间内主轴旋转α1产生的。如图3, 超声波纵向振动钻削入钻过程中, 横刃在切入金属时, 在tc时间里产生的侧向偏移OO', 滑移到A'B'位置。

对于超声波振动钻削, Wf值很大, 从而每次钻削的偏移量 很小, 而且ti远大于tc, 这样偏移量 就会有相对较长的时间恢复到原位偏移量A1B1, 从而进行下一轮切削。而其起切削过程如图4, 钻尖接触工件瞬间也会产生横向偏移, 使钻头弯曲;但当钻尖与工件分离时, 钻头以自身的固有频率做弯曲衰减振动, 恢复变直后再重新入钻, 使入钻偏移经过多次校正, 最终使入钻定位精度得到提高。

2 实验

采用如图5实验装置, 用D1.4mm硬质合金钻头对不锈钢进行钻削实验。主轴转速n=1200r/min, 进给量vf=1.5μm/r, 钻头振幅A=0μm、3.5μm、5μm。切削液采用金微油。试件是直径d6mm不锈钢试件, 厚度为2mm, 有中心孔。在工具显微镜 (100倍) 下测量孔入口中心点位置, 计算孔中心位置相对外圆中心位置的最大偏移量, 依此分析定位精度 (偏移量小, 则定位精度高) 。

图6表示主轴转速n=1200r/min, 进给量vf=1.5μm/r, 不同振幅条件下微孔入钻定位精度的对比曲线。从图中可以看出, 普通钻削时, 最大偏移量为14μm左右, 当振幅为5μm, 最大偏移量降低到大约4μm。

由此可见, 振动钻削的入钻定位精度相对普通钻削有很大提高, 当振幅为5μm时, 定位精度提高了约4倍;在一定范围内, 随振幅增大, 定位精度提高。

另外, 还进行了细长麻花钻钻削45#钢的尝试性实验。实验装置如图7所示。刀具为3mm的HSS普通麻花钻, 钻头悬长60mm。钻削参数:转速1000r/min, 进给量0.008mm/r, 超声振动频率19490Hz, 振幅7μm。普通钻削至深度35mm时钻头折断, 而超声振动钻削深55mm至通孔。两个工件入口端面如图8所示。由此实验也表明, 超声振动钻削可以大大提高入钻精度。

3 结语

由于钻头刚性差或材料硬度高, 普通钻削入钻时钻尖易偏移, 定位精度很低。振动钻削入钻, 当钻尖与工件分离时, 钻头以自身的固有频率做弯曲衰减振动, 恢复变直后再重新入钻, 使入钻偏移经过多次校正, 最终使入钻定位精度得到提高。

实验结果也表明:超声振动钻削不锈钢和细长麻花钻钻削45#钢时, 入钻定位精度均有提高。且钻削不锈钢当振幅为5μm时, 定位精度提高了约4倍;在一定范围内, 随振幅增大, 定位精度提高。

摘要：针对难加工材料和深孔钻削存在入钻偏移问题, 提出了超声振动钻削方法。从横刃入钻的切削过程入手, 对普通钻削入钻引偏和超声振动钻削入钻纠偏的机理进行了分析, 并进行了相对应的验证实验。理论分析和实验结果均表明超声振动钻削可以提高钻削入钻精度。

关键词：麻花钻,超声振动钻削,入钻精度,纠偏

参考文献

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加工中心钻削加工常见问题分析 篇5

关键词：钻削,线速度,进给量

1 钻头类型

常见钻头类型有3 种:整体式钻头、焊接硬质合金钻头、可转位刀片钻头。

整体式钻头根据刀具材料又分为碳素钢钻头、高速钢钻头和整体硬质合金钻头。而加工中心相比普通钻床具有更高的转速和精度, 因而能够充分发挥整体硬质合金钻头良好的切削性能。本文只针对整体式钻头中的整体硬质合金钻头进行讨论。

焊接硬质合金钻头一般作为加工较大直径孔的整体硬质合金钻头的补充选择。焊接硬质合金钻头的刀体一般为钢制刀体, 具有一定韧性, 适合于不稳定的工况。焊接硬质合金钻头磨损后, 通过重新磨削后可继续使用。

可转位刀片钻头加工孔的公差和深度不如整体硬质合金钻头, 但其具有更多的功能, 例如插钻、镗孔、螺旋插补铣。

2 针对不同材料的钻削加工

2.1 低碳钢

钻削低碳钢, 切屑往往是棘手的问题。硬度、碳含量和硫含量越低, 钻削产生的切屑越长。通过提高线速度, 降低进给量, 可以很好的控制切屑, 但在钻削普通钢时, 应该增加进给量。

在钻削加工中, 建议使用高压的内部冷却液, 冷却液混合比最好为4% ~ 7%。

2.2 奥氏体和两相不锈钢

钻削奥氏体、双相和超级双相材料时, 常见的问题是排屑困难。使用整体硬质合金钻头钻削钻削时来说, 刀片要具有更好的耐磨性。

在钻削加工中, 建议使用高压的内部冷却液, 冷却液混合比最好为9% ~ 12%, 也可以采用干净的高压机油。

2.3 蠕墨铸铁 (CGI)

钻削蠕墨铸铁相比灰铸铁会产生更大的、易断裂的切屑, 同时产生的切削力也高。使用整体硬质合金钻头钻削时, 刀尖磨损是最常见的磨损, 所以要求钻头具有很好的耐磨性。使用可转位刀片钻头钻削时, 提高线速度并降低进给量, 可以很好的控制切屑, 并减少刀片的磨损。

在钻削加工中, 建议使用高压的内部冷却液, 冷却液混合比最好为5% ~ 7%。

2.4 铝合金

钻削铝合金材料时, 常见的问题是排屑困难, 同时极易产生毛刺。使用整体硬质合金钻头钻削时, 可采用特殊槽形将孔口毛刺的形成降至最低, 并使用高的进给量。对于硅含量可能达到12% 的铝合金来说, 可以选择聚晶金刚石钻头。使用可转位刀片钻头钻削时, 提高线速度并降低进给量, 可以很好的控制切屑。同时, 选择未镀层并且具有锋利刀刃的刀片, 可以减少毛刺形成。

在钻削加工中, 建议使用高压乳化液或雾状冷却液。

2.5 钛合金和耐热合金

使用整体硬质合金钻头钻削时, 最常见的问题是加工硬化和沟槽磨损。钻头要有大的背锥和小的环形刃带减小加工硬化。同时, 钻头要具有凸形切削刃, 使周边刀尖强度达到最大, 防止沟槽磨损。

在钻削加工中, 建议采用高压的冷却液, 推荐最高压力值为70bar。

2.6 硬钢

使用整体硬质合金钻头钻削时, 最常见的问题是周边刀尖上的沟槽磨损。钻头槽型要具有刀尖圆角, 这样可以提高耐磨性, 防止沟槽磨损。同时, 钻头要尽可能的短, 使其扭矩强度达到最大。

3 非平面、交叉孔

3.1 非平面

1) 不规则表面。使用整体硬质合金钻头钻削时, 当钻头进入工件时, 必须将进给量减小至正常值的1/4, 避免刃口崩碎。使用可转位刀片钻头钻削时, 当钻头进入或离开工件表面时, 不规则的表面可能导致切削刃崩裂, 所以应该适当减小进给速度。

2) 凸面。使用整体硬质合金钻头钻削时, 只有凸面半径大于4 倍的钻头直径, 并且被加工孔垂直于凸面半径时, 才可以直接进行钻削加工。当钻头进入工件时, 应该将进给量减小至正常值的1/2。

3) 凹面。使用整体硬质合金钻头钻削时, 只有凹面半径大于115 倍的钻头直径时, 才可以直接进行钻削加工。当钻头进入工件时, 必须将进给量减小至正常值的1/3。使用可转位刀片钻头钻削时, 凹面半径比被加工孔的孔径小, 钻头的周边切削刃首选接触被加工表面, 这可能导致钻头偏移, 所以应该将进给量减小至正常值的1/3。

4) 倾斜表面。使用整体硬质合金钻头钻削时, 当表面倾斜角度小于5°时, 可以直接进行钻削加工, 并且当钻头进入工件时, 必须将进给量减小至正常值的1/3 ;当表面倾斜角度大于5°并小于10°时, 应该首先使用中心钻进行预钻, 再进行正常的钻削加工;当表面倾斜角度大于10°时, 首先需要铣削出一个小平面再进行钻削加工, 不可以直接进行钻削加工。

使用可转位刀片钻头钻削时, 当钻头接触到倾斜表面时, 钻头受力不均导致钻头振动和被加工孔的轮廓变形。当表面倾斜角度大于2°时, 钻头进入工件时, 应该将进给量减小至正常值的1/3。同样, 钻出倾斜表面也需要将进给量减小至正常值的1/3。

5) 非对称曲面。整体硬质合金钻头不能加工非对称曲面。使用可转位刀片钻头钻削时, 当钻头接触到非对称曲面时, 钻头会向外弯曲, 应该将进给量减小至正常值的1/9。

3.2 交叉孔

使用整体硬质合金钻头钻削时, 当钻入和钻开交叉孔时, 应该将进给量减小至正常值的1/4。使用可转位刀片钻头钻削时, 当交叉孔直径大于钻头直径的1/4 时, 钻头钻削交叉孔时, 应该将进给量减小至正常值的1/4。同时, 钻头钻入并钻出交叉孔的过程中, 会经常存在排屑问题, 所以要求钻头具很好的稳定性。

4 可转位刀片钻头的特殊应用

4.1 镗削

当可转位刀片钻头进行镗削加工时, 为了防止钻头偏移, 镗孔的最大深度不应该超过周边刀片宽度的75%。同时, 尽可能使用短的钻头, 这样不仅可以减小振动而且能够以更大的进给量进行加工。

4.2 插钻

可转位刀片钻头可以通过插钻方式对型腔进行粗加工, 尤其是深度较深的型腔。插钻属于断续切削, 而为了获得最佳的稳定性, 要选择尽可能短的钻头, 其刀片要求韧性好并且具有坚固的槽型。为了保证排屑顺利, 钻头应该使用内部冷却液。插钻的切削参数参照可转位刀片钻头正常钻削时的参数。插钻的步距宽度最大值不超过钻头直径的70%。如果加工工况不稳定, 应该将进给量减小至正常值的1/3。

4.3 套料钻

套料钻适用于孔径较大但机床功率有限的场合。因为相比“实心”钻削来讲, 套料钻对机床的功率要求较小。套料钻加工完成后, 会在孔的中心留下一个“芯”, 所以套料钻只能用于通孔加工。在卧式加工中心上, 如果“芯”比较长而重, 需要对“芯”进行支撑, 防止“芯”掉落后损伤刀具内部, 甚至砸碎刀片。

4.4 堆钻

为了保证堆钻顺利进行, 应该尽量减小堆叠板之间的间隙。减少堆叠板间隙的方法有两种:一种方法是将堆叠板夹紧并焊接在一起;另一种方法是将工业纸 (厚度大约为0.5mm ~ 1mm) 放在堆叠板之间, 这样既可以填充不规则的“空隙”还可以减少振动。

4.5 螺旋插补铣

可转位刀片钻头可以通过螺旋插补铣方式对已有孔进行加工, 这种加工方式生产效率不高, 常常用于一次性加工。螺旋插补铣的切削参数可参照可转位刀片钻头正常钻削时的参数, 加工孔的深度最大不超过刀具直径的2 倍。

5 结论

本文是笔者在实际的生产实践中的归纳总结, 有着一定的局限性。由于零件千差万别, 加工要求也不尽相同, 这就需要相关技术人员不断的实践、摸索和积累经验, 选用合理的切削参数和加工方式, 最终保证产品质量并提高生产效率。

参考文献

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[2]杨叔子.机械加工工艺师手册.北京:机械工业出版社, 2000.

[3]袁哲俊, 刘华明.刀具设计设计手册.北京:机械工业出版社, 1999.

玻璃纤维增强复合材料钻削试验研究 篇6

纤维增强复合材料是由两种或多种不同性能的材料用物理和化学方法在宏观尺度上复合而成的一种完全不同于其组成材料的新型材料[1],具有比强度和比刚度高、耐高温、耐腐蚀等优异的特性,被广泛应用于航空航天、兵器、建筑、车辆等领域[2,3]。与传统的金属材料相比,纤维增强复合材料具有各向异性、硬度高、层间强度低、导热性差等特点,属于典型的难加工材料。在钻削过程中,易产生分层、劈裂等缺陷,从而导致复合材料零件报废[4,5]。

国内外学者通过大量的试验,发现分层与钻削过程中的轴向力密切相关,而横刃是产生轴向力的主要原因,因此减小横刃长度可以有效减小轴向力,减少分层缺陷的发生[6,7,8]。普通钻尖麻花钻制孔时,横刃与加工对象的接触为线接触,定心精度较差,很难保证加工孔的位置精度和几何精度;在钻头钻出复合材料的过程中,由于横刃的推挤作用,出口侧加工质量较差,分层缺陷尤为明显。为了减小钻头横刃长度,减小轴向力,改善复合材料的加工质量,人们一直对麻花钻的钻尖进行研究和改进,由此S刃钻尖麻花钻应运而生[9]。目前,对于玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced plastics,GFRP)的加工,鲜有应用S刃钻尖麻花钻的报道。笔者选用S刃钻尖TIN涂层麻花钻对GFRP进行孔加工试验研究。

1 试验条件和试验方法

1.1 试验条件

钻削试验在VMCL600立式加工中心上进行,该加工中心的最高主轴转速为12 000r/min,最大进给速度为10m/min。试件为玻璃纤维层合板,该材料增强体是高强玻璃纤维,基体材料是环氧树脂,正交双向编织,厚度约为15mm;试验中选用S刃钻尖TIN涂层麻花钻和普通钻尖两种刀具。S刃钻尖麻花钻如图1所示,从正面投影可看到钻尖中部突出,呈抛物线状;从端面投影看,钻头横刃被修磨成S形。

轴向力测量系统由YDX-Ⅲ9702压电式传感器(X、Y、Z向测力范围-3000～3000N,Z向灵敏度为±4.26pC/N,X、Y向灵敏度为±8.16pC/N,分辨力为±9.8mN),YE5850电荷放大器,以及自主开发的虚拟仪器构成。文中提取的钻削轴向力为钻头钻出复合材料过程中轴向力的最大值。在钻头钻出复合材料的过程中,出口侧材料变薄、区域刚度减小,最易发生分层缺陷。采用分层因子fd表示复合材料层间的分层情况,这是检测复合材料层间分层综合情况时最常用的评价指标,公式表示如下:

式中,Dmax为出口侧分层区域最大直径;D为孔的直径,这里为钻头直径12mm。

1.2 试验方法

采用预钻导向孔工艺,如图2所示,即先在试件上预钻通孔,排除普通钻尖麻花钻横刃对轴向力的影响;然后在此基础上用钻头直径为12mm的普通钻尖麻花钻继续钻孔,但必须保证两孔的同轴度,研究普通钻尖麻花钻横刃对轴向力的影响。图2中,F为轴向力;d为钻头直径;c为横刃长度;H为试样厚度。

选用S刃钻尖麻花钻,利用单因素试验研究主轴转速、进给速度对钻削轴向力和分层的影响,分析轴向力与分层的关系。通过与普通钻尖比较,研究S刃钻尖横刃对轴向力的影响。试验钻削参数见表1,所有试验均在干切削条件下进行。

2 切削表面微观形态分析

通过SEM对复合材料孔壁表面进行微观观察,分析切削表面微观结构,以及玻璃纤维的断裂形貌和破坏机理。

由图3可以看出,孔壁表面主要由纤维和涂附在纤维周围的树脂组成,左右侧纤维相互垂直,证实纤维为正交双向布置。图3a中,左侧玻璃纤维断口基本与树脂平齐,局部区域甚至很难看清纤维断口,只能看见涂附在孔壁表面的树脂。这主要是由于此处纤维受垂直自身轴线的剪切应力作用,且切削方向是纤维剪切强度最低的方向,比较容易沿孔壁表面切断;但在实际钻削过程中,钻头切削部分处于半封闭状态,切削产生的热量不易散失,导致切削区域温度升高,树脂材料软化最终黏附在断口表面,致使不能完全看清纤维断口,影响孔加工表面的表面粗糙度。从图3a右侧可以看见大量纤维断口和黏附在孔壁表面的纤维断屑,纤维断口形貌呈多样化,但基本与纤维轴线成一定的角度。

观察发现,采用S刃钻尖麻花钻加工后的玻璃纤维断裂形貌主要有3种典型断口。图3b中,纤维断口较平整,基本由一个平面组成,表面质量理想。因此,可将这种纤维断口称为平滑断口,其断裂原因可能是垂直于纤维自身轴线的剪切应力超过了纤维的抗剪强度而产生破坏。图3c中,纤维断口表面基本由两个平面组成,一般称这种断口为弯曲断口,弯曲应力是造成这种断口的主要原因。图3d中的纤维断口并不与自身轴线垂直,而呈倾斜断裂状态,该纤维断口可能是因剪切和拉伸应力共同作用而造成破坏造成,一般把这种断口称为倾斜断口。从对玻璃纤维断口形貌的观察分析可看出,纤维断口没有明显颈缩现象,即玻璃纤维断裂时截面积没有显著缩小,可见玻璃纤维呈脆性断裂。

从上面分析可看出,S刃钻尖麻花钻钻削GFRP时,孔壁表面没有发现由于纤维断口高度不一或纤维被从基体拔出留下的空洞,且纤维断口比较集中,孔加工质量理想。

3 试验结果与分析

3.1 轴向力的结果分析

在孔加工过程中,轴向力变化有相似的规律:钻头切入试件后,轴向力急剧增大,当主切削刃完全参与切削时,轴向力达到最大值。在钻头未钻出试件前,轴向力处于稳定状态,变化不大;随着钻头钻出复合材料,轴向力开始减小,主切削刃完全钻出后,轴向力下降为零。

3.1.1 不同钻尖的影响

图4为主轴转速n=1000r/min时,不同钻尖关于进给速度vf与轴向力关系图,具体数值见表2。表2中,F为无预钻导向孔普通钻尖钻削轴向力;Fs为无预钻导向孔S刃钻尖钻削轴向力;Fo为有预钻导向孔普通钻尖钻削轴向力,即排除横刃影响的轴向力。

由图4可以看出,无论是普通钻尖还是S刃钻尖麻花钻,进给速度vf越大,轴向力愈大,这主要由于进给速度提高,单位时间里切削量增加,刀具克服被加工材料变形抗力增加,因此轴向力增大。进给速度相同时,S刃钻尖钻削轴向力明显小于普通钻尖钻削轴向力。分析认为有两方面原因:一是S刃钻尖改善了钻头的切削性能,且主切削刃的外圆周处为圆弧过渡,在钻削中,纤维和树脂被瞬间切断,变形抗力较小;二是S刃钻尖钻削轴向力小,钻头磨损较轻,切屑对前刀面以及后刀面对已加工表面的摩擦阻力较小。

由表2可以看出,普通钻尖横刃引起的轴向力大约占整个轴向力的50%～70%;而S刃钻尖麻花钻可以有效减小轴向力,与普通钻尖相比,减小范围在30%～40%之间。分析认为其主要原因是,普通钻尖麻花钻横刃较长,且为负前角切削,在钻削过程中更多地表现为推挤作用而非切削,因此轴向力较大;而S刃钻尖麻花钻横刃为曲线刃,基本消除了负前角,在实际切削过程中与试件的接触为点接触,这样就避免了横刃的推挤作用,减小了钻削轴向力,改善了钻头的切削性能。

3.1.2 主轴转速n与进给速度vf的影响

图5为S刃钻尖麻花钻钻削GFRP时主轴转速n、进给速度vf与轴向力的关系图。

由图5可以看出,进给速度vf越大,轴向力愈大。主轴转速n较高时,轴向力随进给速度的变化越明显,在n=3000r/min时,进给速度为120mm/min时的轴向力较30mm/min时的轴向力增加了约2.5倍。vf一定时,随主轴转速n增大,轴向力有增加的趋势。在vf=90mm/min,120mm/min时,随着主轴转速n增大,轴向力明显增加;而在vf=30mm/min时,轴向力变化不显著。从上述分析知道,减小进给速度和主轴转速可以有效减小轴向力。但进给速度减小,会降低孔的加工效率,不符合生产实际需要,所以选择最优钻削参数时,还需考虑效率因素。

3.2 分层结果分析

玻璃纤维层合板层间强度较低,在钻削力和钻削热共同作用下,当纤维层之间产生的层间应力超过了复合材料层间黏结强度时,树脂断裂,层间界面脱粘,产生分层。

3.2.1 主轴转速n、进给速度vf与分层因子fd

图6为S刃钻尖麻花钻钻削GFRP时主轴转速n、进给速度vf与分层因子的关系图。

由图6可以看出,进给速度vf越大,分层因子越大,即出口表面分层缺陷越大。主轴转速n较大时,随着进给速度的增加,分层因子增速加快,这与轴向力随进给速度的变化趋势相仿。主轴转速n越大,出口侧的分层缺陷越大。在vf=30mm/min时,分层因子随主轴转速变化很小;而进给速度较大时,随着主轴转速n增大,分层因子急剧增大。由图5与图6分析比较可以看出,轴向力与分层因子随钻削参数的改变具有相似的变化规律,这充分说明出口侧的分层缺陷与钻削轴向力有关。

3.2.2 轴向力F与分层因子fd

图7为S刃钻尖麻花钻钻削GFRP时轴向力与分层因子变化关系图。

由图7可以看出,轴向力F越大,分层因子愈大,且分层因子值基本集中在一条直线附近,呈线性增加趋势。图7证实了轴向力是引起分层缺陷的主要原因。选用S刃钻尖麻花钻钻削GFRP,可以有效减小轴向力,因此可以减小分层缺陷的大小,甚至可以避免分层缺陷的发生;同时刀具磨损减慢,刀具寿命延长,真正实现优质、高效加工。

4 结论

(1)切削加工表面主要由纤维和涂附在纤维周围的树脂组成;玻璃纤维断口呈明显脆性断裂特征,主要有平滑断口、弯曲断口和倾斜断口3种典型形貌。

(2)采用S刃钻尖麻花钻可以有效减小钻削轴向力,与普通钻尖麻花钻相比,减小幅值为30%～40%。

(3)进给速度vf、主轴转速n越大,轴向力和分层因子越大。轴向力越大,分层因子越大。

(4)S刃钻尖麻花钻头完全可以胜任玻璃纤维增强复合材料的钻孔加工,可以有效减小轴向力,减少分层缺陷的发生,提高孔的加工质量。

参考文献

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基于深孔钻削稳定性研究及应用 篇7

关键词：深孔钻削,稳定性,应用实例

0 引言

深孔钻削加工技术是机械加工生产中被广泛应用的一种加工技术, 深孔钻削加工技术的应用促进了我国机械加工行业的发展, 在许多的机床、设备、工具、零件的生产加工时, 都需要使用深孔钻削加工技术, 使其在需要加工的产品上钻削出符合人们需要的、与设计图纸大小、深度相符的孔洞, 从而更加方便的将各种零件组装起来, 供人们使用。但是, 目前深孔钻削加工技术在使用中仍然存在许多的问题, 其中最主要的问题就是深孔钻削加工技术中使用的钻头的稳定性不足, 由于在机械加工中使用的都是高硬度的金属或者合金材料, 才能够保证生产出来的产品的质量, 但是, 也因此导致了深孔钻削加工的难度的增大, 如果钻头的强度低于机械设备或者与机械设备的材料的硬度相同, 那么, 在深孔钻削加工的钻头就会非常容易断裂, 从而影响机械加工的质量, 因此, 本文主要对深孔钻削加工技术的稳定性进行研究, 希望能够解决在深孔钻削加工技术中存在的问题, 提高机械加工的质量。

1 深孔加工现状及发展

深孔钻削加工技术在十八世纪时就已经被人们发明出来并逐渐在机械加工中得到越来越多的应用, 而深孔钻削加工技术被发明的最初目的是应用于武器的生产, 自从火药被发明以来, 人们一直致力于对大规模杀伤性武器的研究, 希望人们能够依靠武器的力量让自己变得更加的强大, 而随着越来越多的武器被研发出来, 且人们对枪炮的需求量的逐渐的增大, 以前的人工生产武器的技术已经不能够满足人们的需求, 为了提高机械的生产效率, 人们发明了深孔钻削加工技术。在机械生产中, 人们不可能将体积巨大、形状复杂的机械一次性的生产出来, 因此, 人们将机械分为多个零件, 等到零件生产出来后, 经过适当的加工组装后就能够得到人们想要的产品, 深孔钻削技术就是零件加工中的必要的技术之一。

深孔钻削加工技术最初使用的钻头是扁钻, 但是扁钻的可变性较低, 不能够达到人们的要求, 因此, 麻花钻代替了扁钻, 相比于扁钻来说, 麻花钻拥有两种钻头, 结构简单, 制造方便, 切削液也容易导入, 适宜加工大尺寸范围的孔洞。但是, 麻花钻也有一定的缺点, 比如说当加工深孔时, 麻花钻不利于冷却和废屑的排出, 刚性也很低, 不适宜大量的加工, 因此生产效率较低。为了提高机械加工的生产效率, 人们一直在不断的对深孔钻削加工技术进行研究, 进而发明了枪钻、内排屑深孔钻、单管内排屑喷吸钻等更加适合当前机械加工生产的深孔钻削加工技术的钻头, 钻头的研究的最主要的目的就是提高钻头的稳定性, 提高钻头的刚度, 提高深孔钻削加工的生产效率, 才能够更好的促进深孔钻削加工技术的发展。

2 机床切削颤振控制的研究现状

切削颤振是机械加工过程中机床、工件和刀具之间发生的是一种复杂的动态不稳定现象。在进行机床切削时产生的颤振会加大机床的磨损程度, 缩短机床的使用寿命, 因此, 人们一直在对机床切削进行研究, 希望能够减少甚至消除颤振, 但是, 在目前的机械加工中还没有可以彻底消除机床切削颤振的方法, 只能够通过采取一定的措施来控制机床切削颤振, 而控制措施主要可以分为主动控制、被动控制、半主动控制、调整切削参数控制等。主动控制就是采用反馈控制的原理, 检测出系统的某一状态量的变动, 然后把与状态量同频率和幅度但反相的控制量加到这个状态量本身或作相应变动后加在其它状态量上去。目前的机械加工所采用的机床设备大都已经实现了计算机化, 甚至一些技术先进的企业已经实现了智能化, 因此, 机床在工作时各个部分的具体的情况都会在计算机上进行显示, 人们可以根据计算机所输出的机床的工作时的数据, 查找出具体的产生颤振的部位, 以及颤振的频率和幅度, 再根据这些信息采取相应的解决措施, 这种由人们主动的对机床切削颤振进行干预控制的措施为主动控制。

而被动控制主要是在机床的制造时添加吸振部件, 在机床工作时, 吸振部件会对机床切削时产生的颤振产生消弱的作用, 但是, 吸振部件所能够起到的作用较小, 而且不同的机床需要在不同部位安装不同强度的吸振部件, 所以, 被动控制在机床切削颤振控制中取得的效果不是很理想。半自动控制结合了主动控制和被动控制的优点, 是在机床内安装了可控制调节的、响应速度快的介质, 从而达到更好的对颤振进行控制的目的, 因此在当前的机械加工中的应用较为广泛。但是, 目前的机床切削颤振控制仍然存在许多的问题, 需要人们继续的研究, 才能够更好的对机床切削颤振进行控制[1]。

3 深孔钻削稳定性研究

3.1 机床结构分析

目前在机械加工中使用的机床根据其加工的产品的不同其组成结构也有所不同, 但是其主体的结构组成却大同小异, 因此, 本文主要对机床的总体结构进行介绍, 并以应用较为广泛的枪钻为钻头。机床系统总体为工件固定、高速主轴动力头进给的枪钻加工形式。其高速主轴自动进给动力头由可调速变频电机带动高速主轴实现, 以满足枪钻加工时钻头所需的转速要求;动力头的进给由伺服电机驱动滚珠兹杠完成, 可达到进给自动, 稳定和持续;动力头前端联接枪钻钻柄, 传递钻头的旋转和进给运动;动力头后端联接高压授油器[2]。

3.2 枪钻系统钻削中的稳定分析

提高枪钻系统钻削稳定性是深孔钻削加工技术研究的最主要的目的, 只有枪钻系统钻削的稳定性足够才能够保证产品的加工质量, 减少产品表面因为枪钻系统钻削稳定性不足而出现的划痕。由于枪钻系统切削加工时处在半封闭或者全封闭的状态下, 因此加工运动的方式较为多变, 只有稳定性足够才能够提高加工的质量。所以, 人们为了提高枪钻系统钻削的稳定性, 对其在运动时的各个受力情况进行了分析, 每一种力都有可能改变枪钻的运行的轨迹, 而掌握受力方向并使各个力之间达到稳定的平衡, 就能够提高枪钻钻削的稳定性。因此动力学方程的建立, 对于提高枪钻系统钻削稳定性有重要的意义[3]。

4 枪钻系统钻削模型实例

枪钻系统钻削模型的建立主要分为两个部分, 分别为切削力分析和枪钻系统转速的选择, 而切削力分析主要分为切削力均量、切削力动态波动成分, 其中切削力动态波动成分对于枪钻系统的振动及稳定性有很大的影响, 因此, 在建立枪钻系统钻削模型时, 需要对切削力动态波动成分进行全面的分析, 并根据分析结果采取相应的措施, 保证钻杆的受力平衡。其次就是枪钻系统转速的选择, 选择转速的时候要充分考虑加工零件时系统钻削的稳定性。由于建立模型前都需要先建立动力学方程, 而动力学方程的运算会得出最适合的转速的范围, 以此来作为模型选择转速的依据[4]。

5 结语

综上所述, 深孔钻削加工的稳定性对于提高机械加工的质量有很大的作用, 但是, 在目前的深孔钻削加工中仍然存在许多的问题, 只有通过建立钻削模型、运用动力学方程的方法, 计算出最适合的机床结构, 并对原有的机床进行改造, 才能够很好的提高深孔钻削加工的稳定性。

参考文献

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