1南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系： 機(jī)械系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 張曉鋒 學(xué) 號(hào)： 060104262 外文出處： International Journal of Machine Tools 交叉孔 1.導(dǎo)言 振動(dòng)切削是在加工過程中在切削刀具或工件上施加一個(gè)高頻或低頻振動(dòng),從而獲得更好的切削性能的一種技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于木材 [1，2] 和低碳鋼 [3]中精密鉆削。在鉆削鋁材和玻纖增強(qiáng)塑料 [4，5] 時(shí),利用低頻振動(dòng)有利于減小毛刺的尺寸以及延長工具壽命。Adachi 等 【4】 開發(fā)了最高頻率為 100Hz，能產(chǎn)生低頻振動(dòng)的電機(jī)伺服系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)在鋁材上鉆孔時(shí)，毛刺尺寸可減小 5%-25%。Onikura 等人[6，7] 在鉆床上利用壓電驅(qū)動(dòng)器使其主軸產(chǎn)生 40kHz 的超聲波振動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)超聲3波振動(dòng)可以減少切屑和前刀面之間的摩擦力，可以使切屑更薄，同時(shí)大大的降低了切削力。因此，利用振動(dòng)切削可以減少孔尺寸過大，減小切屑和前刀面之間的摩擦力，提高表面粗糙度。Chern 和 Lee[8]提出另一個(gè)新的方法來使工件獲得預(yù)期的振動(dòng)。通過用直徑為 0.5mm 的麻花鉆進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)增大振動(dòng)頻率和振幅可以改善孔尺寸過大、孔中心錯(cuò)位和鉆孔內(nèi)表面粗糙度。Jin 和 Murakawa[9]發(fā)現(xiàn)利用超聲振動(dòng)切削可以有效的防止切削工具崩刃，從而延長刀具壽命。山和加藤 【5】 發(fā)現(xiàn)在超聲波 VC 下可以大大減少鉆孔的平均推力。鉆孔的切屑越薄越容易從孔中脫落。低切削力可以大大延緩在入口和出口處毛刺的形成。因此，使用振動(dòng)切削可以提高鉆孔的總體質(zhì)量。除了鉆孔，車削工作是 VC 應(yīng)用的另一個(gè)領(lǐng)域。在 VC 的幫助下，發(fā)現(xiàn)機(jī)械加工性能差的玻璃材料可以有效地加工。超聲波 VC 方法可運(yùn)用于加工玻璃 【10】 和鈉鈣玻璃 【11】 的車削工作。通過運(yùn)用 VC 技術(shù)，一個(gè)最大為 0.03 微米的表面粗糙度，已經(jīng)在表面車削加工中獲得成功。在切削方向上運(yùn)用超聲振動(dòng)可以獲得超精密玻璃性。一般情況下，鋼鐵不能被金剛鉆加工是由于過度的刀具磨損。但在超聲波 VC下，不銹鋼金剛石車削工作的實(shí)現(xiàn)和不銹鋼鏡片的光學(xué)特性是通過在 0.026 微米的表面粗糙度而獲得的 【12】 。Shamoto 和 Moriwaki【13】 通過引入兩個(gè)同步方向的振動(dòng)提出了一個(gè)橢圓振動(dòng)切削的方法。淬硬模具鋼用低切削力、高品質(zhì)的表面和壽命長的刀具可在車削工作試驗(yàn)中有效地加工 【14】 。工業(yè)閥門的制造往往涉及鉆孔和鏜孔的操作，產(chǎn)生交叉洞。一個(gè)主要問題的引起就是閥門里面形成了毛刺。交叉孔毛刺是許多工業(yè)面臨的最困難的毛刺任務(wù)。許多毛刺進(jìn)程并非適用于大多數(shù)交叉孔案件，特別是參與小直徑鉆孔工作時(shí)。交叉孔毛刺可能阻礙空氣和在實(shí)際應(yīng)用中閥的液體流動(dòng)，導(dǎo)致故障或不良后果。在這篇論文中，振動(dòng)鉆孔裝置的設(shè)計(jì)和制造。壓電驅(qū)動(dòng)器是利用連桿的末端生成所需的軸向振動(dòng)。對鉆孔后的工件表面粗糙度是否與 VC 有關(guān)進(jìn)行了研究。在田口法的幫助下，每個(gè)加工參數(shù)的影響率和貢獻(xiàn)率都可以確定。交叉孔內(nèi)毛刺的形成定義為是由鉆孔和鏜孔形成后的毛刺圓形陰影區(qū)域。毛刺大小的測量是通過圖像處理軟件計(jì)算黑色素?cái)?shù)獲得圖像。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們討論了 VC 在鉆孔和鏜孔上的影響。42. 振動(dòng)鉆孔裝置的設(shè)計(jì)和制造運(yùn)用 VC 在鉆孔操作的基本思想，在圖 1 作了簡要的說明。在鏜桿上施加沿工件進(jìn)給速度方向上的振動(dòng)。為確保鏜桿沿工件軸向振動(dòng)，兩線性導(dǎo)軌對稱布置，并與夾持塊相聯(lián)接，如圖 2 所示。在先前的振動(dòng)切削研究 [6-8，13，14] 中使用壓電驅(qū)動(dòng)器來產(chǎn)生高頻率的振動(dòng)。壓電驅(qū)動(dòng)器具有很好的精確度、靈敏的反應(yīng)以及大的驅(qū)動(dòng)力。因此在本文中，我們在鏜桿的末端附加了一個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器來產(chǎn)生預(yù)期的振動(dòng)。四個(gè)外部塊相連接來容納導(dǎo)軌、夾持塊和壓電裝置。整個(gè)鏜孔裝置見爆炸圖 3。裝置的照片見圖 4。此振動(dòng)鉆孔設(shè)備的設(shè)計(jì)是基于以下考慮。1. 由于空間的限制，該設(shè)備是專為直徑為 12 毫米，長度為 150 毫米的鏜桿而設(shè)計(jì)的。鏜桿是通過螺絲釘來實(shí)現(xiàn)固定的，如圖 Fig.2。2. 在鉆孔操作過程中，整個(gè)結(jié)構(gòu)必須具備足夠的剛度來承受動(dòng)態(tài)負(fù)載。裝置的各個(gè)元件是由高強(qiáng)度的不銹鋼制成，以提供足夠的剛度。圖 1 鉆孔操作的振動(dòng)切割5圖 2 直線導(dǎo)軌和控制裝置圖 3 振動(dòng)鉆孔裝置的爆炸形式圖 4 振動(dòng)鉆孔裝置的圖片63.壓電驅(qū)動(dòng)器以承受負(fù)載來運(yùn)作。為了獲得高頻率振動(dòng)，電源必須提供足夠的交流電。在本研究中，我們使用物理設(shè)備公司（PI）的壓電驅(qū)動(dòng)器（PI P-244.10） ，以高功率的放大器(PI P-270.02)。P-270.02 最高頻率是 16 千赫。P-270.02 輸出電壓是從 0V 到-1000V，其峰值為 50mA，目前平均最大輸出是 13mA。4．P-244.10 的推力和拉力容量分別是 2000N 和 300N。顯然，壓電陶瓷能承受高的推動(dòng)負(fù)載，但易碎且不能承受高拉力。為了避免在鉆孔中，因過度拉力而導(dǎo)致破換發(fā)生的可能性，壓電執(zhí)行器預(yù)裝了彈簧，如圖 Fig.4，在外表塊和控制裝置壓縮之間。彈簧的選擇是基于鉆孔力和拉力，并且能夠持續(xù)由壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。因此這項(xiàng)研究選擇了一個(gè) 1mm 的鋼絲彈簧直徑。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法 實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹如下。發(fā)動(dòng)機(jī)車床（Victor-500*1000）：執(zhí)行鏜孔實(shí)驗(yàn)。加工中心（MC-1050P，三菱 520AM 控制器）：為了交叉孔實(shí)驗(yàn)。激光位移計(jì)（Keyence LC-2430）：來衡量振動(dòng)振幅。這種傳感器的抽樣率為 50kHz。該清晰度為 0.01μm，激光束斑為12μm。在整個(gè)測試中振動(dòng)振幅保持在 2μm。刀具制造的顯微鏡（Olympus-STM）：來觀察在交叉孔的毛刺。在 0.5μm 清晰度下它擁有 200 倍的最大放大率。波形發(fā)生器（HP-33120A）：提供波形和頻率的功率放大器。表面粗糙度測量機(jī)（Talyround, series-2）：來測量在鏜孔后工件表面粗糙度。鏜孔插入：11°的硬質(zhì)合金 TPMR221，P10 的碳化鎢。鏜桿：一個(gè)直徑為 12毫米的硬質(zhì)合金 S12M-CTFPR11。1 毫米的鉆頭，2 長笛，包括角度 118°高速鋼（HSS） ，30°的螺旋角，15°第一減輕角，30°的第二減輕角。工作材料：鋁合金管（AL 6061–T6） ，30 毫米的內(nèi)徑和 40 毫米的外徑。切割液：礦物油。 3.1.振動(dòng)鏜孔實(shí)驗(yàn) 在振動(dòng)鏜孔裝置下，我們開發(fā)了在發(fā)動(dòng)機(jī)車床上處理實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及到四個(gè)參數(shù)，因此在這篇論文中我們采用田口法來處理多變量影響的反應(yīng)。田口使用信號(hào)與噪聲（S/N）比率作為參數(shù)選擇的質(zhì)量特征。對于較小和更好的特征，S/N可以表示為721/log()SNyn???其中n是實(shí)驗(yàn)次數(shù)和y是測量數(shù)據(jù)。方差的分析（ANOVA）表示為執(zhí)行分析了工藝參數(shù)的影響?；诜讲畹姆治?，各參數(shù)的貢獻(xiàn)率可預(yù)測，因此參數(shù)組合選擇可以優(yōu)化。如何利用田口法來詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃，可以在參考文獻(xiàn)中找到 【15.16】 ，而不是本文總結(jié)。由于在每三個(gè)層次有四個(gè)參數(shù)，我們采用L9（3 4）正交表來分析它們的影響。振動(dòng)鉆孔實(shí)驗(yàn)選擇的工藝參數(shù)是：（A）主軸速度， （B）振動(dòng)頻率， （C）進(jìn)料和（D）切削深度，而響應(yīng)函數(shù)是鉆孔內(nèi)表面粗糙度。范圍和各級(jí)參數(shù)數(shù)目的選定列于表1。參數(shù)水平的選擇基于我們初步的測試結(jié)果和在引擎方面的限制。振動(dòng)鏜孔裝置的頻率特性在初步測試后進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)它的固有頻率是10kHz左右。實(shí)驗(yàn)布局加工參數(shù)見表2。采用L9正交表，人們注意到只有9個(gè)實(shí)驗(yàn)需要研究整個(gè)加工參數(shù)。