振动攻丝机床设计方案.doc

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1、振动攻丝机床设计方案1绪论1.1引言随着科学技术的发展，人们对机械零件的精度要求越来越高，也出现了大量新材料，这些材料用传统的方法很难加工。目前，在机械制造业中，以丝锥攻丝螺纹的加工方法，加工质量差，生产效率低，尤其在难加工材料上攻丝，如在粘而韧的不锈钢零件上攻丝，加工更加困难。在加工过程中切削扭矩大，易产生有害振动，导致丝锥崩刃、断裂或磨损，而且加工后的螺纹轮廓形状严重失真，尺寸精度低，表面粗糙度大，这是目前普通攻丝技术存在的缺点。本课题旨在通过一种新的加工方法-----振动攻丝，来解决上述存在的问题。本人应用单片机来控制振动的频率、正反转，一改过去机械装置

2、既笨重又难操作的特点，同时又降低成本，另一方面本项研究充分利用旧有的设备而加以改造就可以取得好的加工效果，从而使振动攻丝能真正得到推广和应用。1.2国外振动攻丝研究的现状1.2.1国外振动攻丝研究的现状二十世纪五十年代，日本学者宇都宫大学博士隈部淳一郎教授首次提出了振动切削新概念，振动切削在螺纹加工中的应用就是振动攻丝。其实质就是在原有攻丝的基础上，叠加一个一定频率、振幅的周向振动，把传统攻丝的连续切削变为一种断续的反复切削，在抑制系统原有振动的同时，让振动发挥作用，达到改善攻丝状况、降低攻丝扭矩、提高攻丝质量和效率的目的，从而在攻丝加工中实现了振动切削。隈部

3、淳一郎教授在70年代左右研究造制出了多种振动攻丝机床，它们的主要型号有：①10RT型实用振动攻丝机，其主要技术参数为：振动频率为100Hz、振幅为0.3mm，提出切削速度应满足T=v/f0.2～0.3mm这一要求，按这个标准来选取，用机械式振动机构进行振动；②台钻式10RT型振动攻丝机，它是利用台式钻床附加振动机构形成的振动攻丝机，基本工作形式和10RT型实用振动攻丝机一样；③单头多轴10RT型振动攻丝机（主要是单头三轴），成功开展振动切削及振动攻丝加工的理论与实验研究，获得了一定的研究成果，其应用取得了显著的经济和社会效益[1]。前联早在50年代末开始振动切

4、削方面的研究，并发表了一些很有价值的振论文。前联在振动攻丝方面主要研究的是高频振动攻丝，研制有专用轴向超声动攻丝机床和相应的超声振动头。他们做了大量的超声振动攻丝试验，结果表明超声振动攻丝在加工不锈钢和钛合金时与传统攻丝相比丝锥耐用度提高3～10倍，在加工钛合金时扭矩降低40%～50%，表面粗糙度提高1-3级等优点。印度的Patel.S.S等也对振动攻丝进行了大量的研究并得出了一些有价值的结论。他们认为：降低攻丝扭矩和轴向力的最佳振动频率因条件而异。对铸铁而言M3*0.5最佳振动频率是80～85Hz，振幅16um;M6*1则为50Hz，振幅33um.并指出M1

5、0*1.5不适合采用振动攻丝。对铝材料，M10*1.5的螺纹的最佳振动频率是31Hz，振幅是135um,相反小于M10的螺纹不适合使用振动攻丝。采用振动攻丝可减小攻丝扭矩达8%～14%，降低轴向力达16%～56%.此外，他们认为，对于振动攻丝存在一个临界切削厚度（螺纹深度）值，在临界切削厚度的围，振动攻丝能降低攻丝扭矩。而其临界切削厚度与材料的硬度有关。且最佳的振动频率与切削厚度有关，随着切削厚度的减小，最佳振动频率反而增加，而最佳的振幅（对于同一种尺寸或同一种切削厚度）也与材料的硬度有关。在美国，振动切削也作为一个重点课题来研究。振动切削系统也部分应用于工业

6、。欧洲发达国家，如英国、前西德等国家对振动切削的工业应用技术和振动切削机理也有较多的研究，也取得一些可观的成果。1.2.2国振动攻丝研究的现状我国对振动攻丝方面的研究工作开始于60年代末。华中理工大学的王立平和叔子对变参数振动攻丝提高微小孔加工精度进行了深入的研究。航空航天大学的鼎昌教授和大学的苟琪博士从动态振动攻丝扭矩出发，探讨了影响动态切削力变化的因素，从而得到动态攻丝扭矩功率谱可以反映攻丝过程，可以用信号功率谱峰变化和信号能量变化对攻丝过程进行监控的结论。另外，通过回归分析，建立了钛合金振动攻丝的扭矩模型y=0.00313776n-0.191n+8.06

7、25a-10.675a+12.6462系统揭示了攻丝扭矩y与振幅a的关系。认为用此模型可预测振动攻丝加工的切削模型，还可以用于振动攻丝加工过程中的优化控制。航空航天大学的德远等人应用弹塑性理论对振动攻丝减小钛合金攻丝扭矩进行了理论分析，认为后刀面对已加工表面的重复熨压，是减小攻丝中的磨擦扭矩及提高已加工表面精度的主要原因，并利用弹塑性理论推导出了振动攻丝中丝锥后刀面上产生的磨擦扭矩计算公式。据此公式可以计算要获得最小扭矩的最佳熨压次数，这对指导振动攻丝中切削参数的选择有一定的指导意义[2]。工业大学勤河等人通过对超声振动钻削加工瓷的研究,认为是静态负载的接触力

8、与冲击力同时作用在工件上.他们在试验研