低頻振動鉆削精密深孔實驗及振動裝置的研制

1 實驗研究分析

    應用振動切削技術，能解決難加工材料或難加工工序的精密深孔加工問題。我們對低頻振動鉆削精密深孔進行了較深入的實驗研究。研究中發(fā)現(xiàn)振動參數(shù)的選擇對于斷屑、表面質量及切削力等的影響很大：①振幅越大，深孔鉆削時的斷屑效果、孔表面質量越好。但振幅太大會帶來其它問題，一是大振幅會增加刀具的磨損，影響刀具的壽命；二是大振幅使系統(tǒng)的振動和噪聲加劇。因此對振動裝置要求是能根據(jù)工件材料、刀具耐磨性、機床抗振性等因素調(diào)節(jié)振幅的大小，同時在結構設計上應考慮盡量降低系統(tǒng)的附加振動和噪音。②振動方式對斷屑效果、孔表面加工質量、工具壽命都有直接影響。振動方式一般有軸向振動、周向振動和二者合成振動3種，具體的選擇與工件材料、硬度、可切削性有關。軸向振動方式容易形成分離型切屑，適用于較軟不易斷屑的純鋁、純銅等材料。但軸向振動時刀具與切削面的分離易造成刀具損壞，故淬火鋼等較硬材料不宜選用這種方式，以免崩刃；周向振動一般為非分離型切屑，其斷屑效果雖比普通切削強得多，但比軸向振動要差一些。但這種振動方式對刀具保護好，壽命長，適用于較硬易斷屑的淬火鋼等材料；軸向與周向的合成振動斷屑效果最好，但刀具磨損也最嚴重，可用于難加工材料，如不銹鋼等。

    如上所述，為滿足不同的加工要求，需選用不同的振幅和振動方式。而振動切削效果的好壞，在很大程度上取決于振動切削裝置。目前這種裝置一般只能做單向振動，適用面較窄。我們在低頻振動鉆削精密深孔時，研制了一套機械式低頻復合振動裝置，能很好地滿足上述調(diào)整振幅和選用各種振動方式的要求。該裝置主要由偏心輪擺桿機構和滾珠絲杠螺母機構組成。現(xiàn)介紹如下。

2 偏心輪擺桿機構

    偏心輪擺桿機構提供復合振動裝置的振源。其機構運動簡圖如圖1所示。電機1(2800r/min)經(jīng)一級皮帶傳動，使偏心軸2產(chǎn)生6000r/min的轉速，偏心軸的旋轉使擺桿3以及固聯(lián)在擺桿上的滑塊4產(chǎn)生100Hz的擺轉振動。滑塊的擺動振動將傳遞給與之相連的滾珠絲杠螺母機構5，從而帶動槍鉆頭振動，這種機構結構緊湊，振動未經(jīng)任何放大，較好地限制了系統(tǒng)的附加振動和噪音。

1.電機 2.偏心輪 3.擺桿 4.滑塊 5.滾珠絲杠螺母機構

圖1 偏心輪擺桿機構運動簡圖

    改變擺桿擺轉頻率有兩種辦法：一是采用更換皮帶輪的方法改變傳動比；另一種方法是采用調(diào)速電機實現(xiàn)無級調(diào)速。改變擺桿擺幅的方法也有兩種：一是更換偏心軸，使擺桿的擺幅改變；二是采用活動偏心軸，通過改變偏心軸的偏心量進行無級調(diào)偏從而使擺桿實現(xiàn)無級調(diào)幅。本裝置即采用了第二種調(diào)幅方法，調(diào)整振幅方便可靠。

3 滾珠絲杠螺母機構

   滾珠絲杠螺母機構將上述偏心輪滑塊機構的擺桿及其滑塊的擺轉振動分解為槍鉆頭所需要的3種形式的振動。其工作原理如圖2所示。

圖2 滾珠絲杠螺母機構簡圖