低频振动钻削振动装置

低频振动钻削振动装置在钻削中按照刀具和工件是否振动可分为刀具振动钻削和工件振动钻削，若是工件振动则必有一个装置带动工件振动，该装置也可以称为振动钻削工作台。1关于工作台的振动采用工作台振动时，可以大大减少振动系统的复杂程度，降低了系统的改造难度，减少了工作量，最重要是减小了其他因素对所加振动的干扰。利用振动工作台，司以把振动装置做成机床附件，不需要对机床进行大的改动，使得装置的适用性大大提高。激振工作台时，工件和夹具成为惯性负载，其结构和质量的变化会对振幅输出造成影响，并改变振动台的动态性能。曲柄连杆式轴向振动钻削工作台将本装置安装于钻床工作台上，被加工零件安装于该装置工作台上。首先由通用变频器(图1中没画出)驱动电机1按要求转速转动，由皮带带动偏心轴3转动，偏心轴3与偏心轴套4组成双偏心轴结构则按事先调好的偏心量带动轴承5转动，轴承5推动压在其上的振动轴9，使振动轴9连带工作台10一起作预定振幅和频率的正弦振动，弹簧8通过弹簧支承7使振动轴9始终和轴承5接触。使工件沿钻床轴线作预定振幅和频率的正弦振动。钻床转速、进给也按要求调整好，则可实现振动钻削。当钻削小直径孔时，还可以采用手动进给来实现振动钻削。关于钻头的振动钻头激振的优缺点当激振钻头时，钻床主轴或传动系统的振动也会传到钻杆上，使得钻头的振动成为复合振动，不再只是所加的激励振动;同时钻头刚度低、加工时容易发生形变，是工艺系统的薄弱环节，这两方面使得传到钻头上的振动频率发生畸变、振幅损失严重。当激振钻头时，需要对机床的主轴系统进行改造，难度大、技术水平要求高，容易对机床精度造成不良影响。当激振钻头时，惯性负载基本不变。两种振动方式的对比关于工作台的振动采用工作台振动时，可以大大减少振动系统的复杂程度，降低了系统的改造难度，减少了工作量，最重要是减小了其他因素对所加振动的干扰。利用振动工作台，司以把振动装置做成机床附件，不需要对机床进行大的改动，使得装置的适用性大大提高。关于钻头的振动激振工作台时，工件和夹具成为惯性负载，其结构和质量的变化会对振幅输出造成影响，并改变振动台的动态性能.当激振钻头时，惯性负载基本不变。低频振动钻削精密深孔实验分析及振动装置的研制1实验研究分析应用振动切削技术，能解决难加工材料或难加工工序的精密深孔加工问题[f11f21我们对低频振动钻削精密深孔进行了较深入的实验研究[“]。研究中发现振动参数的选择对于断屑、表面质量及切削力等的影响很大:①振幅越大，深孔钻削时的断屑效果、孔表面质量越好。但振幅太大会带来其它问题，一是大振幅会增加刀具的磨损，影响刀具的寿命;二是大振幅使系统的振动和噪声加剧。因此对振动装置要求是能根据工件材料、刀具耐磨性、机床抗振性等因素调节振幅的大小，同时在结构设计上应考虑尽量降低系统的附加振动和噪音。②振动方式对断屑效果、孔表面加工质量、工具寿命都有直接影响。振动方式一般有轴向振动、周向振动和二者合成振动3种，具体的选择与工件材料、硬度、可切削性有关。轴向振动方式容易形成分离型切屑，适用于较软不易断屑的纯铝、纯铜等材料。但轴向振动时刀具与切削面的分离易造成刀具损坏，故淬火钢等较硬材料不宜选用这种方式，以免崩刃;周向振动一般为非分离型切屑，其断屑效果虽比普通切削强得多，但比轴向振动要差一些。但这种振动方式对刀具保护好，寿命长，适用于较硬易断屑的淬火钢等材料;轴向与周向的合成振动断屑效果最好，但刀具磨损也最严重，可用于难加工材料，如不锈钢等。如上所述，为满足不同的加工要求，需选用不同的振幅和振动方式。而振动切削效果的好坏，在很大程度上取决于振动切削装置。目前这种装置一般只能做单向振动，适用面较窄。我们在低频振动钻削精密深孔时，研制了一套机械式低频复合振动装置，能很好地满足上述调整振幅和选用各种振动方式的要求。该装置主要由偏心轮摆杆机构和滚珠丝杠螺母机构组成。现介绍如下。2偏心轮摆杆机构偏心轮摆杆机构提供复合振动装置的振源。其机构运动简图如图1所示。电机1C2800r/min)经一级皮带传动，使偏心轴2产生6000r/min的转速，偏心轴的旋转使摆杆3以及固联在摆杆上的滑块4产生100Hz的摆转振动。滑块的摆动振动将传递给与之相连的滚珠丝杠螺母机构5，从而带动枪钻头振动，这种机构结构紧凑，振动未经任何放大，较好地限制了系统的附加振动和噪音。偏心轮摆杆机构运动简图1电机2偏心轮3摆杆4滑块5珠丝杠螺母机构改变摆杆摆转频率有两种办法:一是采用更换皮带轮的方法改变传动比;另一种方法是采用调速电机实现无级调速。改变摆杆摆幅的方法也有两种:一是更换偏心轴，使摆杆的摆幅改变;二是采用活动偏心轴，通过改变偏心轴的偏心量进行无级调偏从而使摆杆实现无级调幅。本装置即采用了第二种调幅方法，调整振幅方便可靠。3滚珠丝杠螺母机构滚珠丝杠螺母机构将上述偏心轮滑块机构的摆杆及其滑块的摆转振动分解为枪钻头所需要的3种形式的振动。其工作原理如图2所示。枪钻头1固定在丝杠2上，见图2Ca，在丝杠和螺母3的尾部开有通槽，见图2(b)，通槽内嵌入滑块4,滑块与作摆转振动的摆杆5相固联，并可相对丝杠和螺母的径向以及丝杠的轴向作微小位移。滑块4的形状如图2Cc)所示，有A,B,C3种类型。当采用A型滑块时，滑块同时与丝杠和螺母的尾部通槽相配合，摆杆的摆转振动通过滑块带动丝杠和螺母同步扭振，枪钻头即获得周向扭转振动。当采用B型滑块时，滑块只与螺母的尾部通槽相配合，即螺母作周向扭振，带动丝杠轴作往复运动，枪钻头即获得轴向往复振动。为防止摩擦力作用带动丝杠旋转，此时应将防转滑块6压入丝杠的凹槽中。当采用C型滑块时，滑块只与丝杠的尾部通槽相配合，丝杠作周向扭振，同时在螺旋副作用下又作轴向往复运动，枪钻头即获得周向和轴向合成振动。为防止摩擦力作用带动螺母旋转，此时应将防转滑块7压入螺母的凹槽中(此时防转滑块6提起)。图2滚珠丝杠螺母机构简图1枪钻头2丝杠3螺母4滑块5摆杆6.7防转滑块根据大量的振动切削实验验证，本文研制的低频复合振动钻削精密深孔装置具有以下特点:①只用一套装置即可方便地实现3种振动方式之间的切换并能调整振幅，从而获得最佳振动切削参数;②结构简单、尺寸紧凑，可作为机床附件安装在普通车床的溜板上进行钻孔;③振动可靠、受干扰小，配合切削系统，能获得高精度的深孔表面质量。例如表1所示几种典型材料的实验数据，相对普通钻削而言，低频振动钻削的表面粗糙度大大降低了。偏心凸轮式振动钻削振动钻削基础振动钻削技术是建立在金属切削理论和振动理论等理论基础上的一种新颖的切削加工方法，属于振动切削的一个分支，它的基本原理是:在普通钻削的基础上，通过振动装置使钻头与工件之间产生可控的相对振动，由于附加振动的影响，钻削过程就变为瞬时的、脉冲的动态切削过程，从而改变了普通钻削的机理，带来了一些普通钻削所不具有的独特性能。按照振动频率不同，振动钻削可以分为:超声波振动钻削娠动（频率在16kHz以上）、中频振动钻削（振动频率在数千赫兹左右）、低频振动钻削（振动频率在几百赫兹以下）按照振动方式不同，可以分为:轴向振动钻削（动振方向与钻头轴线方向相同）、周向（扭转）振动钻削（振动方向与钻头件的旋转方向相同）和复合振动钻削（同时叠加轴向振动和扭转振动飞）如图1所示在实际应用中，主运动、进给运动和振动运动可由钻头或工件单独或分别承担，图1就表示工件不动，钻头边旋转边振动边进给的一种情况由于振动方式的不同，3种振动它们的适用场合也各不相同因为轴向振动钻削容易实现，且工艺效果明显，所以当前关于振动钻削的研究大都集中在这一方面，而作者的研究也是针对低频轴向振动钻削开展的钻削对断屑效果、加工质量、刀具寿命的影响不同，它们的适用场合也各不相同因为轴向振动钻削容易实现，且工艺效果明显，所以当前关于振动钻削的研究大都集中在这一方面，而作者的研究也是针对低频轴向振动钻削开展的。试验中发现:轴向振动对轴向力有两方面的作用.一方面.轴向振动带来了冲击和切削面积的周期变化.造成轴向力动态分量的增加;另一方面.轴向振动优化了钻尖的工作角度.改善了切削状况.从而降低了轴向力。因此.轴向力是增大还是减小主要看轴向振动的哪方面因素起到了主导作用。结论(1)轴向振动钻削时.钻尖的工作角度随轴向振动而周期性变化.且钻尖的最大工作前角随振动参数的提高而增大.最小工作后角随振动参数的提高而减小。(2)钻削加工中.横向力是影响孔径大小的主要因素.横向力越大.内孔尺寸精度越差。低频轴向振动钻削时.由于变角切削特性的影响.麻花钻主切削刃上各点的工作角度趋于均匀.钻尖切削状况得到改善，从而有效地减小了最大横向力，提高了内孔尺寸精度。