毕业论文设计深孔钻削装置的设计.docx
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毕业论文设计深孔钻削装置的设计
毕业论文（设计）深孔钻削装置的设计
诚信声明
本人郑重声明:
本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名:
年月日
毕业设计任务书
设计题目:
深孔振动钻削装置的设计系部:
机械工程系专业:
机械电子工程学号:
112012321学生:
指导教师（含职称）:
（副教授）、（助教）专业负责人:
（课题意义及目标1
由于深孔加工是在封闭或半封闭的状况下进行，因此不能直接观察刀具的切削情况，切削热不易传散，而且排屑困难，工艺系统刚性差，切削效果不理想，特别是08mm以下，长径比大于10,IT7以上的精密深孔的加工，是目前国内外的技术难题。
本课题在对振动钻削进行深入研究的基础上，设计深孔振动钻削装置。
2（主要任务
（1）确定深孔钻削装置的总体设计方案。
（2）对深孔转削装置的设计方案进行设计计算。
（3）绘制相关机械结构图。
（4）撰写毕业设计说明书。
（5）撰写毕业论文。
3（主要参考资料
[1]王峻.现代深孔加工技术.哈尔滨:
哈尔滨工业出版社，2005.2.
[2]胡凤兰，何铮.深孔振动钻削.湖南湘潭:
湘潭电化科技股份有限公司，2009
[3]吴金妹.振动钻削装置的研究概况.牡丹江大学报，2012，21（9）:
139-142
[4]韩旭,吴伏家.振动钻削在深孔加工中的应用[J].山西机械管理开发,2007.5.
4（进度安排
设计各阶段名称起止日期1查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告12月1日~12月31日2完成深孔钻削装置的整体设计方案1月1日~3月1日3设计计算，绘制相关图纸，完成中期检查3月1日~4月30日4撰写毕业设计说明书5月1日~5月15日5撰写毕业论文，准备答辩5月16日~6月18日
审核人:
年月日
深孔钻削装置的设计
摘要:
现代制造业中，对于高硬度材料的深孔加工的应用越来越多。
传统钻削方
存在加工时容易引偏和振动、切削热不易传散、排屑困难等不足，其加工精度也达
到了一种瓶颈状态。
振动钻削与传统钻削相比具有切削力减少、切削温度降低、加
工精度提高等优势，其理论研究与实际应用得到了国内外专家的广泛关注，并且其
理论研究与实际应用日趋成熟。
本课题主要设计了机械式低频轴向振动工作台，其电机与偏心轴通过轴承连接，
电机的转动带动偏心轴的转动，偏心轴与偏心套通过键连接，偏心套与变形座轴承
相互配合，变形座轴承与振动轴通过销钉固定，振动轴与工作台相连。
因此，电机
带动振动轴的转动引起振动轴的轴向振动。
这样的振动工作台相对于刀具振动工作
原理简单，机械结构也简单紧凑，改装成本较低，更加适合于立式钻床的改造。
关键字:
钻削方式，振动钻削，振动工作台
TheDesignofDrillingDeviceofDeep-hole
Abstract:
Theapplicationsofdeep-holemanufacturingofhighhardnessmaterialsarebecomingmoreandmoreinmodernmanufacturingindustry.Thetraditionaldrillingtechniqueexistssomedisadvantages.Forexample,itcancausevibrationanddeviation;theheatofcuttingisnoteasytospread;andchip-removalisdifficult.Meanwhile,themanufacturingaccuracyhaveencounteredthebottleneckstate.Comparedwithtraditionaldrilling,vibrationdrillinghassomeadvantages,includingdecreasingofcuttingforce,temperaturedrop,andimprovementofmanufacturingaccuracy.Itstheoreticalresearchandpracticalapplicationgainwideattentionsfromdomesticandoverseaexpertsandbecomematuregradually.
Thebasicoperatingprinciplesofmechanicallowerfrequencyaxialvibrationworktabledesignedbymeincludesomeaspectsasfollows:
firstly,dynamoislinkedtoeccentricshaftthroughbearings.Next,theturningofdynamomakeseccentricshaftwork.Eccentricshaftislinkedtoeccentricsleevethroughkeys.Theneccentricsleeveinterworks
I
withbearings;bearingsandvibratingshaftarefixedbydowel;vibratingshaftandworktablearelinkedtogether.Thus,dynamoledtotheturningofvibratingshaft,whichfurtherbringtheturningofaxialvibrationofvibratingshaft.Itistheoperatingprincipleofvibrationworktable,whichiseasierthantheoperatingprincipleoftoolvibration.Andthosevibrationworktables’mechanicalstructureiseasyandcompact;theirretrofitcostislower;sotheseworktablesaremoresuitablefortheremoldingofverticaldrillingmachine.
KeyWords:
drilling,vibrationdrilling,vibrationworktable.
II
1前言..............................................................................................................................1
1.1课题简介...................................................................................................................11.2课题研究意义...........................................................................................................11.3振动钻削工艺的研究与发展......................................................................................31.3.1振动钻削装置的研究与发展.................................................................................31.3.2振动钻削加工工艺的理论发展...........................................................................111.4振动钻削技术的应用..............................................................................................131.4.1在金属材料加工领域的应用...............................................................................131.4.2深孔钻削加工领域...............................................................................................131.4.3微小孔加工领域...................................................................................................141.4.4在医疗器械行业领域...........................................................................................15
1.5本课题的主要任务..................................................................................................152轴向振动工作台的原理性设计.................................................................................162.1振动钻削装置.........................................................................................................172.2振动工作台的设计要求..........................................................................................172.3振动钻削工作台的结构简介.....................................................................................183振动工作台的设计......................................................................................................193.1电机的选择...............................................................................................................193.1.1电机类型的选择....................................................................................................193.1.2电机功率的选择....................................................................................................193.1.3传动带的选择........................................................................................................203.2偏心轴的设计...........................................................................................................213.3偏心套的设计...........................................................................................................243.4振动轴的设计...........................................................................................................244零件的校核................................................................................................................274.1偏心轴的校核...........................................................................................................274.1.1按扭转强度计算:
..................................................................................................274.1.2按弯扭强度计算.....................................................................................................27
III
4.2键的校核...................................................................................................................294.3润滑及密封...............................................................................................................29
4.3.1润滑........................................................................................................................294.3.2密封方式................................................................................................................305结论.............................................................................................................................31
参考文献..........................................................................................................................32
致谢.................................................................................................................................34
IV
太原工业学院毕业设计
1前言
孔时实现零件功能的基本结构也是机械加工中的关键性工序。
随着生产的发展和科学技术的进步，对孔的加工精度要求越来越高，传统的钻削技术难以实现高精度、高效率的加工。
这就必须寻找一种新的加工方式来替代传统的加工方式。
振动钻削就是在这样的背景下出现的，在一定程度上弥补了传统加工方式的不足。
1.1课题简介
振动钻削工艺在振动切削工艺中占有重要的地位，是振动切削工艺的一大重要分支。
振动钻削在加工深孔、微小孔以及特殊材料上的孔时，具有十分良好的工艺性。
它就是在钻头（或工件）正常工作的基础上对钻头（或工件）通过某种方式使其产生一个周期性的振动，使得工件与刀具产生一个相对的周期性运动，以此来使加工参数产生一个周期性的变化，从而达到被加工工件的加工质量被提高的目的。
在振动钻削的实际应用中，需要根据被加工件的质量要求选择合适的振动参数——振动频率与振动振幅，以此来控制切削屑的形状与大小来实现断屑效果，避免切削屑堵塞。
这样可以使孔的加工精度得到相应的提高，甚至在一些场合可以代替镗孔、铰孔，较好的改善了被加工面的加工表面质量，得到较好的加工工艺效果。
在当前的振动钻削工艺，刀具振动是技术主流。
要将立式机床改造成为刀具振动装置，就要对机床的主轴进行改造。
这样的条件下，需要主轴在满足进给功能时还需要实现既定方向的轴向振动。
这样的话就使得主轴机构复杂，改造繁琐，不容易实现对振动参数的调整。
为了在不改变钻床主轴机构的基础上实现振动钻削，设计一个振动工作台就显得尤为必要。
因为振动工作台是在钻床的原有工作台的基础上进行改进设计的，因此它不会改变钻床的原有机构，并且其机构相对简单紧凑，具有在钻床上安装、维护、操作、拆卸方便的优点。
1.2课题研究意义
孔加工工艺是机械加工工艺的重要组成部分，钻削孔则是加工孔的一种重要的加工方法，钻削孔通常是在钻床和车床上进行作业的，麻花钻则是加工孔的刀具。
在加
1
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工时，麻花钻的工作部位位于被加工表面的包围中，因此麻花钻具有以下特点:
（1）麻花钻的直径与长度受到被加工孔的限制，麻花钻呈细长状，而且麻花钻两条又宽又深的螺旋状深槽，因此麻花钻本身的刚度性能较差。
有
（2）在加工过程中，为了减少与孔壁的摩擦，麻花钻本身只有两条又细又长的棱槽与孔壁进行接触，因此麻花钻在加工过程中，导向性较差，容易偏离轴线。
（3）由于横刃的存在，使得麻花钻在加工时所需要的切削力增大。
（4）加工过程中孔内的被切削材料全部被切削为切削屑，切削屑被排出时需要较大的排屑空间。
（5）钻孔时在半封闭状态下进行的，切削屑只能被挤压着沿着麻花钻的螺旋槽排出，切削屑在螺旋槽内挤压，使得切削屑与已经加工好的加工面发生较大的摩擦，一方面切削屑挤压、划伤、压毛被加工面，影响已加工好的加工面的表面质量，另一方面切削屑影响切削液进入切削区域，使得切削液起不到润滑与降温作用，影响被加工表面的表面质量。
综上所述，传统钻削方式的切削条件较差。
孔的加工方式主要分为:
钻削加工、冲压加工以及特种加工，根据这些加工方式的特点以及实际情况的应用分别适用于不通的场合。
但是从操作的便利性、钻床的通用性、性价比以及生产效率方面考虑，钻削加工仍是应用最广泛、最切实可用的方法。
根据有关数据显示:
孔的加工大约占金属材料切削加工中大约占33%的工作量，其中大约有1/5是实心金属材料的加工，因此孔的加工在机械加工方面十分重要。
孔主要是通过钻削进行加工的，因此钻削在机械加工方面十分重要。
另一方面，钻削刀具的生产总量占切削刀具生产总量的3/5，在国内生产麻花钻所使用的高速钢占生产刀具所使用的材料总量的70%。
随着工业生产技术的发展，具有各种复合材料及高硬度、高强度、塑性好的金属材料以及具有特殊性能的材料被大量的应用于汽车、航空航天。
随着这些材料的广泛使用，同时也对这些材料的加工质量也提出了更高的要求，为了保证更好的加工质量，传统的加工技术已经不能满足其加工质量要求。
传统的钻削方式存在着排出钻削屑困难、所需的切削力大、钻削温度高、刀具使用寿命短等特点。
为了解决这些问题，寻求一种新的加工技术使其发展成为一种新的钻削工艺已经成为国内外学者以及生产企业所面临的迫在眉睫的任务。
1954年，振动钻削理论由日本隈部纯一郎教授提出，为广大学者提供了一个新的
[4]研究方向。
他认为:
如果在刀具（或工件）进行规律的振动，就能使刀具刀刃在切
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削时的无规律颤动消失，而刀具刀刃的无规律颤动影响被加工表面的表面质量，因此通过这种方式可以让被加工面的表面质量变得更好，从未提高了被加工零件的质量与
[3]合格率。
在此之后振动切削理论及振动钻削装置蓬勃发展，振动切削技术也很快地被应用在实际生产中，并在实际生产中大放异彩，大大提高了生产效率与生产质量。
振动切削理论的出现与振动切削技术的应用是在金属材料加工领域的重大突破。
振动钻削的良好工艺性弥补了传统钻削方式自身存在的缺点，而各种新材料的加工质量要求的出现为振动钻削技术这一新兴技术的发展提供了机遇，振动钻削技术自身的特点及其良好的加工工艺效果使得其取得了良好的经济使用价值和广阔的发展空间。
本课题是深孔钻削装置的设计，振动钻削在深孔加工上的良好的工艺性已经得到了实践证明，国内学者也对振动钻削的理论与实际应用取得了较为深入的研究。
但是在振动钻削装置的研发上主要以刀具振动为主，但是其振动装置的机械结构复杂，操作不便。
本文开发研制一个振动工作装置，其装置可以实现工件的轴向振动以此实现振动钻削的目的。
此装置可成为通用机床的一种附件，可实现对通用机床的改装，而且其机械结构简单，操作简单方便。
振动钻削作为振动切削的一大分支，其各种理论与实际应用发展尚不够完善，相对于其他的金属材料切削技术还处于于一个发展的上升期，振动切削技术必将与其他的切削技术一样发展成为一种较为完善的切削理论。
而工件轴向振动装置的开发研制对于振动钻削技术的应用于推广是一个推动。
1.3振动钻削工艺的研究与发展
振动切削理论从被提出来之后，得到了国内外广大学者的关注以及对其理论与应用的广泛研究。
这些理论与实际研究验证了振动钻削具有良好的加工工艺效果，并且在振动钻削方面取得了理论与实际应用的突破。
国内外大多数的专家学者认为:
它独有的运动学机理能够提高被加工件的加工质量，大大减少刀具的磨损程度，并且在加工难以加工的金属材料时比传统的加工方式拥有更加好的加工质量与更高的效率。
1.3.1振动钻削装置的研究与发展
根据振动部位的不同，振动钻削装置有刀具振动钻削装置和工件振动钻削装置之分。
振动钻削装置又被称为振动工作台装置。
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（1）刀具振动钻削装置
相比较于其他国家对振动切削装置的研究日本的振动切
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