大长细比深孔仿形加工刀具系统设计（毕业论文）.doc

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1、 西安科技大学高新学院 毕业设计（论文） 系 别： 机电信息学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 0900032026 设计(论文)题目： 大长细比深孔仿形加工刀具系统设计 起 迄 日 期: 2012 年 9月24日 — 2012 年12月16日 设计(论文)地点: 西安科技大学高新学院 指 导 教 师: 专业教研室负责人: 日期: 2012 年 月 日 摘 要 大长细比深孔仿形加工加工在机械加工领域中占有非常重

2、要的地位，约占孔加工量的40%以上。随着科学技术的进步，新型高强度、高硬度和高 价值难加工深孔零件的不断出现，加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不断提高，使得深孔加工成为机械加工的关键工序和加工难点。传统的加工 方法由于工艺系统刚度，切削排出及冷却润滑的问题。越来越难以满足甚至根本达不到现在的深孔加工在精度、效率、材料上的要求。所以这时的深孔加工需要一种 特定的钻削技术的支持。随着我国机械制造业的迅速发展，使得原本局限于军事工业、航空航天等特定领域的深孔加工技术及装备在我国各行业也得到了广泛的应用。 关键词：深孔钻，分析研究，钻削 1 Abstract Deep

3、hole drilling process in the field of mechanical processing occupies a very important position, accounting for about40% of the volume of the above the hole processing. With the progress of science and technology, high strength, high hardness and high value of difficult to machining deep hole parts a

4、ppear continuously, processing a workpiece in machining depth, machining precision and processing efficiency requirements continue to increase, the deep hole processing becomes the key process and mechanical processing machining. The traditional processing method due to the rigidity of processing sy

5、stem, cutting discharging and cooling lubrication problem. More and more difficult to meet or simply not up to now the deep hole processing in the precision, efficiency, material requirements. So when the deep hole processing require a specific drilling technical support. China's machinery manuf

6、acturing industry is developing rapidly, which was confined to the military industry, aerospace and other specific areas of deep hole machining technology and equipment in our country each industry has been widely applied. Key Words: deep hole drilling, analysis, drilling

7、 目录 摘 要 2 Abstract 1 第1章 绪 论 1 1.1本课题研究的目的与意义 1 1.2国内外发展与现状 2 1.2.1大长细比深孔仿形加工技术的发展 2 1.2.2国内外现状 3 1.3深孔加工简介 5 1.3.1深孔的定义 5 1.3.2 深孔加工的分类 6 1.3.3 深孔加工的特点 6 第2章 内排屑深孔钻切屑的处理与控制 8 2.1 切屑形成的基本理论与屑形控制 8 2.1.1 滑移与滑移线 8 2.1.2 切屑的变形和卷曲 11 2.1.3 切屑屑形及其控制 11 2.1.4 切屑形成过程中的声响与织构现象 14 2.2切屑的

8、基本形态 14 2.3 切屑的折断原理 15 2.4 切屑的控制 18 2.5 几种常用的断屑方法 21 第3章 积屑瘤与切削 23 3.1 积屑瘤； 23 3.2 钻削加工 26 第4章 大长细比深孔仿形加工系统比较与研究 29 第5章 大长细比深孔仿形加工分析与研究 32 5.1系统的钻削原理 32 5.2 系统的构成及总体布局 32 5.3 钻削系统的关键部件设计一授油器的设计 33 5.4 大长细比深孔仿形加工时对刀具材料的要求 35 5.5 大长细比深孔仿形加工时常用刀具材料 35 第6章 大长细比深孔仿形加工系统设计(实例分析) 37 6.1方案的确定

9、 37 6.2分析与计算 38 6.2.1车床型号的选择 38 6.2.2 冷却排屑系统设计 39 6.3主要图纸设计 40 6.4 镗刀系统设计 41 6.4.1镗刀头 41 6.4.2 镗杆选择 41 6.5 箱体的结构设计 42 6.6 镗刀强度及镗杆的稳定性验算 44 第7章 自激振动及抑制 47 7.1 振动对机械加工的影响 47 7.2 机械加工中振动的种类 47 7.3 机械加工中振动的产生、特征及抑制 48 总 结 52 参考文献 53 致 谢 54 23 第1章 绪 论 1.1本课题研究的目的与意义 深孔加工技术最初应用于国防军

10、工制造业，加工枪管和炮筒。随着科学技术的进步， 工业的发展，深孔加工技术已经运用到各机器制造部门，如石油化工机械、航空工业、 造船、冶金、发电设备、橡胶机械等，从而使深孔加工成为机械加工中必不可少的一种 工艺方法。特别是近年来随着宇航制造业、原子能工业、电力工业等行业的迅速发展， 对机器及其零部件的综合性能提出了更高的的要求。新型高强度、高硬度的材料如钛合 余、不锈钢、耐热合金、高锰钢、复合材料等应用越来越多，这些材料具有良好的物理 机械性能、抗腐性能、抗磁性能和抗高温氧化性能，在某些方面非常优良。但它们的切 削加工性一般较差，表现为切削力大、切削温度高、刀具磨损严重、断屑、排屑

11、困难。 在这类材料上加工长径比大的孔，就显得十分困难。所以，难加工材料深孔加工问题是 否解决好，将直接影响机械产品的生产率和质量。特别是在重型机器制造中，能否掌握 它，运用自如，将对生产起着决定性的作用。 大长细比深孔仿形加工条件比较恶劣，它是在封闭或半封闭的状况下进行的，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。难加工材料由于其切削性能差，切削热量大，刀具耐用度很低，容易堵屑，而造成 刀具、工件甚至机床损坏。大长细比深孔仿形加工对工艺、刀具和设备有着比较特殊的要求，目前专 门化的研究机构还比较少，因此，该项技术目前在许

12、多企业中都属于“瓶颈”问题。如 果该项技术能够得到有效推广，必将大大地提高我国机械制造业的技术水平，产生巨大 的社会及经济效益，市场前景非常乐观。 深孔加工在各行各业应用都比较普遍，如枪炮管深孔加工，发动机输水孔、活塞销、 曲轴通油孔，车辆的减振器筒、液压缸，火箭发射装置的精密高强度导管，航空仪表的 测流、测压精密管，核电站的不锈钢管的加工，石油测井仪器等等。这是一项具有代表 性既关系到产品性能质量，又关系到工艺成本和生产周期的关键技术。如能以最少的投 入，最快的速度使我国深孔加工技术提高到国际先进水平，对于我国制造行业的技术改 造和综合国力的提高将有巨大促进。 专门用于加工

13、深孔的钻头。在机械加工中通常把孔深与孔径之比大于6的孔称为深孔。大长细比深孔仿形加工时,散热和排屑困难，且因钻杆细长而刚性差，易产生弯曲和振动。一般都要借助压力冷却系统解决冷却和排屑问题。 大长细比深孔仿形加工的钻孔长度（或深度）大于等于孔直径的三倍。 所用钻有时称为 BTA 或喷吸钻。 冷却液通过钻头内部送到切削边。 大长细比深孔仿形加工在机械加工中占有非常重要的地位，但由于有一些技术 问题尚未解决，至今仍是金属切削加工的“瓶颈”工序。在深孔加工中，常常发生钻头刀齿突然崩刃或断齿，即钻头破损，其结果是工件孔表面损伤，钻杆扭弯、断裂，甚至机床被损坏。破损是深孔钻最主要的损坏形式。 1.

14、2国内外发展与现状 1.2.1大长细比深孔仿形加工技术的发展 人类对深孔加工技术的需求，至少可以追溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次工业革命后现代机械技术的发展要早很多。 工具和工具制造技术的产生和发展，源于人类生产活动和战争的需要。中国是火药的发源地。早在元、明时期已普遍使用金属管型火器——手铳、火铳及火枪。金属管型火器是最早出现的深孔零件，比现代意义上的机械零件早出若干世纪。 最早的管式火器是采用铸造、锻造方法制成。由于精度很低使用范围十分有限。随着时代的发展，人们对深孔工件的精度有了越来越高的要求。深孔加工工艺的革新问题显得迫在眉睫。 图 1-1 扁钻 最早用于加工大长

15、细比深孔仿形加工的深孔钻头是扁钻（图1-1），它发明于18世纪初。1860年美国国人对扁钻进行了改进，发明了麻花钻。1930年出现了第一支能够连续供油排屑并具有自动导向功能的深孔钻头——枪钻（图1-2），其因用于加工枪孔而得名。1943年，德国海勒公司研制出毕斯涅尔加工系统（即目前我国常称的内排屑大长细比深孔仿形加工系统）。 图 1-2 枪钻 图 1-3 BTA深孔钻 二战结束以后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会联合组成了深孔加工国

16、际孔加工协会(Boring and Trepanning Association),简称BTA协会。该协会对毕斯涅尔加工系统进行了改进，定名为BTA系统。后来由瑞典的山特维克公司首先设计出了可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔钻（图1-3）。BTA法存在着切削压力高，密封困难等缺点，为克服这些不足，1963年山特维克公司发明了喷吸钻法。 20世纪70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出DF(Double Feeder)法为单管双进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了令人满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内排屑大长细比深孔仿形加工。 1.2.2国内外现状 深孔加工技术从20世纪80年代末以来，在西方国家一直处于停滞状态。20世纪80年代以来，以枪钻、BTA钻为代表的的深孔加工技术在西方工业国未出现任何重要突破性的改进和发展。针对BTA钻的种种弊端，虽然在六七十年代曾经先后推出双管喷吸钻、DF系统两种改进方案，但均未取得很好的效果。学术方面，20世纪80年代以来学术研究出现了低潮期。20世纪50~70年代有关国际性学术会议增举办过几次，国际上流传的