新型深孔钻的结构开发与研究

摘要

随着高速切削加工技术的快速发展，高速钻削（high speed drilling，HSD）技术也受到了广泛关注。深孔钻作为深孔加工关键装备，在高速钻削方面却鲜有成果。为了满足高速钻削加工，需要一款在高速运动中保持平稳钻削、能够实现高效排屑和高效降温的深孔钻。利用高速切削技术、流体知识和深孔加工技术三种技术，重新设计深孔钻结构，并且研究它在高速钻削中的运动状态。
　　深孔加工过程中，工件内部空间非常狭窄。深孔钻结构既要保证有足够空间留给排屑通道，又要保证在大进给量时有足够的刚度。经典深孔钻为了解决上面所提到的问题，设计出了大小不对称排屑通道，偏离了回转中心。这样的结构在高速运动中振动幅度较大，导向条磨损严重,不利于高速钻削。而在有限的空间内，本人以刚体系统动平衡为入手点，重新分布切削刃位置，改变排屑流道角度，开发出适用于高速钻削的新型深孔钻。以下是介绍本论文三个关键点：
　　（1）采用四段对称式切削刃结构。每个切削刃关于中心对称，形成两对方向相反，大小相等的力偶，产生转动效果。确保新型深孔钻静平衡和动平衡，实现高速平稳钻削。
　　（2）创新设计出冲击流道，解决经典BTA钻在喉部形成漩涡不利于冲刷切屑的情况。通过改变排屑流道角度，缩小喉部扇形面积，使经典BTA钻喉部的压力损失系数ξ值5.1降低为2.0，有利于切削液高效排屑。
　　（3）新型深孔钻模态分析。高速钻削中存在着许多激振源。通过仿真软件进行模态分析出钻体的固有频率，避开激振源（主要是高速钻床）频率。
　　本文阐述了新型深孔钻结构的创新性。并在结构强度分析、排屑流道优化和模态分析三个方面，进行数值分析。为新型深孔钻的结构优化设计提供了理论依据。

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1.绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2深孔加工技术的特点及主要解决问题

1.3现代深孔加工技术发展概况

1.4现代高速切削研究现状

1.5课题的主要研究内容

1.6课题的创新点

1.7本章小结

2. 新型深孔钻的结构阐述

2.1 深孔刀具简介

2.2高速深孔钻结构阐述

2.4本章小结

3．新型深孔钻结构分析

3.1 Workbench的概述

3.2 三维模型的建立

3.3网格划分

3.4施加载荷与约束

3.5新型深孔钻结构分析

3.6本章小结

4. 新型深孔钻流体特性分析

4.1 FLUENT流体分析及流体方程

4.2 深孔钻模型建立

4.3 新型深孔钻与经典BTA钻内部流体比较分析

4.4本章小结

5.新型深孔钻模态和谐响应分析

5.1研究深孔钻频率响应行为的必要性

5.2动力学公式分析

5.2网格划分与单元选择

5.4模态分析结果

5.5谐响应分析

5.6本章小结

6.结论和展望

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