枪钻轴向振动钻削的钻削力的预测研究

摘要

振动钻削技术是近代产生的一种特殊钻削技术，由于其良好的工艺性，在深孔加工中也得到了一定的应用。钻削加工时，由于工件材料的切削变形，钻头、切屑、孔壁之间的相互摩擦，就产生了钻削力。钻削力是深孔钻削加工过程中一个重要的物理现象，尤其是其中的轴向力和扭矩，它们的大小直接影响着钻头的寿命和磨损情况，同时也与钻削热产生的多少密切相关。精确的预测钻削力可以更好的控制深孔的加工精度和表面质量，并且钻削力对于计算功率消耗，对机床、夹具、刀具的设计，对制定合理的切削用量，优化刀具几何参数等，都有重大的意义。
　　本文以深孔振动钻削技术中的轴向振动钻削为研究对象，对其加工时产生的轴向力和扭矩的预测进行研究。相较于传统的普通钻削加工，轴向振动钻削是一种更加复杂的加工方法，由于在钻头轴向方向上施加了振动，改变了传统钻削中钻头恒定的进给速度，取而代之的是有规律的、大小和方向都时刻变化的轴向进给速度，这种情况下就会导致加工过程中钻削力的变化更加复杂。目前对于深孔轴向振动钻削的钻削力预测还有待进一步研究，由于轴向振动钻削实验需要专用的实验设备，而且刀具材料的消耗非常严重，实验成本较高，国内大部分科研单位和各个院校都没有条件进行多次的振动钻削实验，能够实验也只是在原有的普通机床上进行改装后来完成振动钻削实验，导致实验的结果不能如人所愿，而且得出的数据误差较大，既费时费力，又增加了成本，给研究带来了比较大的困难。
　　随着计算机技术的迅速发展以及有限元模拟技术的日趋成熟，为了得到有关深孔轴向振动钻削的轴向力和扭矩的经验公式，在生产实践中能够对其进行预测，本文运用有限元模拟技术代替难以操作的现场实验，针对枪钻的轴向振动钻削，运用计算机数值模拟分析软件Deform-3D，根据轴向振动钻削过程的关键技术，建立了枪钻轴向振动钻削硬铝合金的有限元模型，实现了对该项技术的有限元动态模拟，为振动钻削技术的研究提供了有限元仿真方法。
　　本文首先对轴向振动钻削和普通钻削过程中的轴向力、扭矩和温度进行对比分析，通过模拟仿真实验结果，得到结论：轴向振动钻削技术可以有效的降低加工过程中的轴向力、扭矩和钻削温度。然后对轴向力和扭矩的预测进行研究，针对轴向振动钻削中的四个主要加工参数：振幅A、频率f、进给量fr、钻头转速n，设计四因素三水平的正交仿真试验，对试验过程进行动态模拟仿真，并运用spss软件对得到的多组模拟仿真试验结果进行多元线性回归分析，计算出这四种自变量的回归系数，建立起轴向力和扭矩的回归方程，回归方程可以对枪钻轴向振动钻削深孔的轴向力和扭矩进行比较精确的预测，对以后的实验研究和实践生产加工都有着重要的指导意义，同时也为其他金属切削加工中切削力的预测研究提供一种参考方法。

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1 绪论

1.1课题的来源

1.2课题的研究背景

1.3 课题的起源、发展与研究现状

1.4 有限元法在切削加工中的应用

1.5 本文的主要研究内容

1.6 课题的意义

1.7 本章小结

2 振动钻削的理论基础

2.1 振动钻削的定义

2.2 振动钻削的分类

2.3 轴向振动钻削的运动学分析

2.4 枪钻轴向振动钻削的断屑机理

2.5 本章小结

3 基于Deform-3D的枪钻轴向振动钻削仿真模型的建立

3.1有限元理论基础

3.2 枪钻轴向振动钻削有限元模型的建立

3.3 本章小结

4 枪钻轴向振动钻削与普通钻削的模拟结果对比分析

4.1 轴向力对比分析

4.2 扭矩对比分析

4.3 钻削温度对比分析

4.4 本章小结

5 基于回归正交试验的枪钻轴向振动钻削力预测模型的研究

5.1 正交试验的基本概念与特点

5.2 设计枪钻轴向振动钻削轴向力和扭矩的正交试验

5.3 Deform-3D Post的仿真试验结果

5.4 轴向力与扭矩经验公式的建立

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢