超声波钻孔机床开题报告最终改版.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院、系：机械工程与自动化学院专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：功率超声波钻孔机的设计指导教师:祝锡晶 教授2012年 3月10 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、本课题研究的目的和意义我国对振动钻削的研究开展较早。冯凯针对振动系统调幅困难，以及小直径枪钻制造工艺上的困难这两类问题，设计了振幅连续可调、操作简便的振动装置和设计了制造工艺简单的小直径内排屑深孔钻，并进行了8x300mm和6x500mm的小直径深孔钻削实验，取得了良好的效果，有效的解决了小直径内排屑深孔钻削时的排屑问题，大大提高了小直径深孔加工的效率7。徐旭松在冯凯研究的基础上，进行了对低频机械式振动钻削装置的进一步的理论分析，设计制造了新型低频机械式深孔振动钻削装置，采用双偏心轮机构进行调节振幅，结构新颖，可在大范围内连续调节，解决了振幅不能无级调节和调节振幅需要更换偏心轮的问题。并用自己制造的6mm和8mm内排屑深孔钻头进行小深孔振动钻削实验。实验结果表明断屑效果明显，排屑顺畅。他们研究的范畴是低频振动钻削的振动，主要是依靠机械或电磁等激振装置来实现，以断屑为主要目的。为了进一步改善加工精度，提高切削效率和效能，扩大切削加工适应范围，杨立合开展了超声波振动钻削小孔的研究，主要对超声振动钻削装置做了设计研究，为了进一步完善超声振动钻削的研究分析，特立“超声振动钻削机理试验研究”为研究的课题，对特定材料进行试验和分析，以便解决难加工材料小直径深孔的钻削问题。二、国内外研究现状超声加工技术起源于上世纪五十年代初期。最早研究超声加工硬脆材料技术的是日本8。日本目前有专门研究超声振动加工技术的研究所，而且各大专院校也开设展本技术的研究工作。他们不仅已将超声加工用于普通设备上，还用于精密机床和数控机床，并试图将超声加工引入超精密加工机床1。前苏联也是开展超声振动加工技术研究工作较早的国家，上世纪五十年代末到六十后代初已经发表了不少有价值的研究论文，并将超声振动车削、钻孔、磨削和光整加工及复合加工方法用于生产，取得了很好的加工效果和经济效益。约在上世纪六十年代初期，美国也开始了超声振动加工技术的研究，但直到七十年代中期，在超声振动钻中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接方面才达到生产应用阶段，而超声车削、钻孔和镗孔还处于设备原理样机阶段。目前，美国某些超声振动切削系统已供工业应用，并形成了部分标准。此外，德国和英国也对超声加工技术进行了大量的研究工作，并发表了许多有价值的研究报告，在生产上也得到了一些积极的应用。我国超声加工技术的研究工作始于上世纪五十年代后期，当时曾在全国掀起了群众性的超声振动技术研究的热潮，但由于当时在超声波发生器、换能器及变幅杆等振动系统的元器件方面在技术上不够成熟，且缺乏合理的组织和持续的研究，所以不久就冷了下来。一直到七十年代后期，国内的一些大专院校和工厂才再次开展了超声振动车削和压力加工的试验研究，并于1982年研制成功我国的第一台拉管设备，填补了超声加工在塑性材料加工中应用的空白，并于1983年在西安召开了我国西安召开了我国第一个“振动切削专题研讨会”这次会议对于促进超声加工的应用和推广起了非常重要的作用。其后，国内又相继开展了对于玻璃、陶瓷等硬脆材料加工技术的研究，取得了优异的加工效果，同时在各种金属空的精密淹没加工中进行了生产应用，曾前后在国内外发表了三百多片有关超声加工技术方面的研究论文2。总的研究情况来看，我国的超声加工技术的研究和应用相对比较落后，虽然近年来一些大专院校和研究所也开展了大量的研究，但由于成果转化缓慢、技术成熟程度差和缺少超声加工专用设备等原因，加之血多研究工作还处于在实验室阶段，因此没有在生产上得到广泛的应用和推广3。振动钻削工艺效果的好坏，很大程度上取决于振动钻削装置，迄今为止，国内外学者研制的振动钻削装置主要有以下几类：1 超声波振动钻削装置4-10超声波振动钻削装置较早被应用于振动钻削实验，隈部淳一郎教授在研究振动钻削初期就先后研制了安装在车床溜板上的超声振动钻削装置和振动主轴的振动钻床。1989年，隈部淳一郎教授又研制了超声波扭转振动与低频轴向复合振动钻削装置。1992年，吉林工业大学的赵继教授研制了微小孔超声波振动钻床，其主轴系统可同时完成旋转、进给和轴向振动。超声波振动系统依靠与换能器共同工作在谐振状态的变幅杆来提高振幅，因此，这种装置的振动频率一般不能改变，而且振动系统各部件的结合部分会在超声激励下容易松动、容易发热。2 电磁振动钻削装置隈部淳一郎教授介绍了产生轴向振动的电磁振动激振器。1988年哈尔滨工业大学的刘华明教授用电磁铁改造研制了电磁振动钻削工作台，采用220V交流电经调压变压器为电磁铁提供激振能量这种装置结构简单，振动频率较高，频率与振幅负载特性较好，常用于对小孔的加工。它的核心是电磁激振器，振动能量来源于铁心对衔铁的在不闭合状态下的磁场吸引力，可以通过改变励磁电压的方式来控制振幅输出，但由于磁铁的刚度相对较小，衔铁上负载的变化对衔铁振幅的影响较大，钻头与工件接触后，振幅明显减小，所以电磁振动装置的负载能力较差，效率低21。3 液压振动钻削装置12-151979年，日本学者岸本等人研制出了安装在立铣上的电液侍服阀控制油缸的振动钻削装置。后来，足力胜重和前苏联的科学家也相继开发了与此类似的液压振动钻削装置。液压振动钻削装置的输出功率大，负载能力强，适用于钻削大直径孔和深孔，但由于增加了液压系统，成本较高，液压油的体积和弹性模量较小，反映比较迟钝，因此频率不大于200Hz。4 机械振动钻削装置1958年，美国学者首先研制了安装在自动车床上用凸轮控制的机械式轴向振动钻削装置。后来日本学者研制了一种特殊万向节式的轴向振动钻削装置。80年代初，薛万夫教授研制了利用直流调速电机驱动偏心凸轮旋转，并推动滚子使刀具产生轴向振动的装置。这种装置输出功率大，结构简单，便于调整振动参数，振动机构刚度大，负载能力强，但由于机构存在偏心质量，振动频率受到限制，通常不大于200Hz 19。5 永磁式振动钻削装置1997年，原吉林工业大学高印寒教授研制开发出永磁振动钻削装置，能够产生复合振动。由于振源能量来自于永磁体的磁能，使整个振动装置具有操作方便，无发热的特点。6 压电材料作为振源的振动钻削装置上述介绍的各种振源，均不适合作微小振动钻削装置的振源。1993年杨兆军博士研制开发了利用压电陶瓷的电磁伸缩效应来实现低频振动的钻削装置。HGToews所进行的低频振动钻削研究，使用的振源也是压电传感器，他们用压电传感器激振工件：测力仪置于工作台上，压电传感器固定在测力仪上表面，最上面连接用于夹持工件的夹具22。方式，使得无论钻削进行与否，由于压电传感器的作用，对于测力仪总是有输入，需要对测量数据进行相应的处理。另外，该系统很难对重量较大的工件进行激振。除上述振动钻削装置外，2002年PNChhabra等人在立式铣床基础上开发了一种新的振动钻削装置21该装置的主轴进给运动由直线电机驱动，装置采用直流电源驱动来实现连续的进给运动：通过信号发生器产生按照正弦规律变化的电压信号，从而实现在进给方向的振动，只要改变正弦电压信号的频率和幅值就可调整振动频率和振幅，频率变化范围由0到400 Hz。振动钻削面临的挑战及前景展望11。三、发展前景 当今，随着科学技术的迅猛发展，一些具有优良的机械和物理性能的新型材料不断涌现，并逐渐在各个领域开始得到应用，这为振动钻削的发展提供了有利的条件。由于振动钻削是一种先进的加工工艺，振动参数对孔加工质量的影响非常大，而且要根据不同的加工对象、不同的钻削区段作相应的变化，因此靠以往的钻削设备不能实现这一目标，必须增加能进行改变振动参数的自动控制系统，充分实现振动钻削的自动化和智能化。振动钻削的最终目的是适应新型材料的出现，优化切削过程，全面提高孔加工质量，而受实验设备等客观因素的限制不可能在实验中大幅度地随意改变参数，因此用计算机仿真来全方位地分析和优化切削过程是必须的，这就要求在对系统辨识的基础上根据振动理论、切削理论、控制理论等对系统进行形象的描述并构造振动钻削的仿真模型，实现对振动钻削的动态仿真。综上所述，振动钻削为了适应现代化高科技发展的需要，要从各方面进行不断地自我发展和完善，并发挥出其特有的优势。为此我们应该不断积累前人的经验，继续努力钻研，争取在这方面有更大的突破16-18。参考文献：1姜鹏飞,潘祥生,张德远等.超声振动钻削小深孔实验研究J.机床与液压,2007,35(9):63-64,23. 2张鹏,国兴玉,张德远等.振动钻削微孔提高刀具寿命的“有效区”特征J.工具技术,2009,43(2):27-29. 3高扬,顾立志.振动钻削理论与参数优化方法研究概况J.工具技术,2008,42(10):27-30. 4邢立华,潘祥生,陈翔等.低频振动铰削对表面粗糙度的影响J.航空制造技术,2007,(10):84-86,92. 5朱晓翠,赵云飞,韩雪冰等.振动钻削的国内外研究现状和发展趋势J.机械工程师,2005,(10):28-29. 6姜兴刚,李勋,张德远等.低频变参数振动钻削微孔控制技术的研究J.现代制造工程,2004,(6):66-68. 7肖子英.超声振动钻削系统设计及其试验研究D.福建农林大学,2010. 8李培繁.超声振动钻削机理试验研究D.西安石油大学,2008. 9韩旭.深孔加工低频振动钻削试验研究D.中北大学,2007. 10何朝晖.微小孔旋转超声轴向振动钻削技术研究D.四川大学,2004. 11杨兆军,王立江,王立平等.三区段变参数振动钻削微孔的研究J.机械工程学报,2001,37(3):51-54. 12张明,王立江.轴向超声波振动钻削微小孔的研究J.机械工程师,1999,(7):20-21. 13曾忠.微孔振动钻削机理的试验研究C./仪器仪表学报(1999第4期增刊).1999:149-151. 14曾忠.微孔的超声振动钻削技术与工艺效果J.机械工程师,2001,(1):36-38,39. 15郭昉,田欣利,张保国等.超声振动在非金属硬脆材料加工中的应用J.新技术新工艺,2009,(9):14-1916 Wang Liping，Wang Lij iang and Yang ZhaojunTheoretical investigation and computer simulmion of the dynamic thrust and torque in vibration drillingAProceedings of the 6th SJSUP(C)，1996：57357817 Wang Lijiang，et a1Investigation on zero-phase-difference vibration chip breakingJChinese Journal of Mechanical Engineering，1990，3(1)：505718 HGToews，WDCompton and SChandrasekarA study of the influence of superimposed low-frequency modulation on the drilling processJPrecision Engineering 1998(22)：1919PNChhabra,BAckroyd，WDCompton，SChandrasekar,Low-frequency modulmionassisted drilling using linear driversJProc Instn Mech Engres Part B：J Engineering Manufacture，2002,V01216：32133020 Jochem CRoukema，Yusuf A1tintasTime domain simulation of torsionalaxial vibrations in drilling， International Journal of Machine ToolsManufacture，2006(46)：2073208557Kenichi Ishikawa，Hitoshi Suwabe，Tetsuhiro Nishide，etcA study on combined vibration drilling by ultrasonic and low-frequency vibrations for hard and brittle materials，Precise Engineering 1998(22)：196-20521Simon SFChang，Gary MBoneBurr size reduction in drilling by ultrasonic assistance，Robotics and ComputerIntegrated Manufacturing 2005(21)：44245022VIBabitskya，VKAstashevb，AMeadowsa， Vibration excitation and energy transfer during ultrasonically assisted drilling， Journal of Sound and Vibration，2007(308)：805814 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、本文的主要研究内容如下：1.振动钻削基本原理和振动钻削过程分析：2.超声振动钻削装黄研究： 3.超声变幅杆的设计与研究；根据变幅杆的设计原理设计一合理的变幅杆，并与换能器连接进行谐振试验，看能否达到谐振，若不谐振，则修正变幅杆或重新制造一变幅杆，直到实现声振系统的谐振。4.特定材料的超声轴向振动钻削试验研究以初普通立式钻床为基础平台进行超声轴向振动钻削试验，通过试验来观察和分析影响超声振动钻削小直径深孔加工质量的因素，以改善加工质量，提高切削效率和效能。二、本课题拟采用的研究手段1、振动钻削的分类；2、振动钻削的基本理论：振动钻削是一种脉冲切削，改变了传统钻削的钻削机理，是一种新颖的工艺方法，振动钻削与普通钻削的根本区别就在于钻孔的过程中通过振动装置使钻头与工件之间产生一定频率和真服的有规律的、可控的的相对运动。3、轴向振动钻削过程分析：对轴向振动钻削过程三区段(入钻、钻中、钻出)进行分析，指出三区段过程中解决的主要矛盾截然不同；其钻孔过程分为三个过程一、钻入过程振动钻削过程的起钻，刀刃的实际切削速