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畢業(yè)設計開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 學 院、系： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 設計題目： 深孔鏜鉸復合刀具設計 指導教師: 2012年3月13日 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計課題情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 一．深孔加工技術在制造業(yè)中的地位及作用 深孔加工技術一般是指加工長徑比(即孔全長與孔徑之比)很大，因而為通用工具、機床所不能勝任而必須采用的特殊工藝、工具及設備.在機械制造領域中，深孔加工、齒輪加工等都是制造業(yè)的重要分支領域，與一般制造工藝技術相輔相成，在機械制造領域中具有舉足輕重的地位. 近代深孔加工技術是因槍、炮管制造的需要而發(fā)展起來的.直到第二次世界大戰(zhàn)時期，深孔加工工具與設備90%以上用于兵器制造.外排屑式的槍鉆和單刃平頭炮鉆曾經是有效的深孔刀具.40年代出現了鑲硬質合金槍鉆和BTA(內排屑)鉆頭，使深孔加工的效率提高10倍以上，加工質量相應地大幅度提高，為深孔加工技術在煤炭、石油機具制造中的應用，重型機器、冶金機械、電力設備、液壓件制造、航天工業(yè)等行業(yè)的大量應用開闊了道路.到了80年代，深孔加工技術已成為幾乎所有制造行業(yè)不可缺少的關鍵工藝技術.在現代機械產品中，深孔零件常常成為決定產品質量水平和效益的關鍵件.在我國數百家以深孔零件為主要加工對象的大中型企業(yè)中，深孔加工技術已是對企業(yè)產品質量和效益起決定作用的技術.即在一般制造業(yè)中，深孔加工也常常成為“卡脖子”技術. 2． 我國深孔加工技術的現狀 我國深孔加工技術的總體水平比一般制造工藝水平還要落后，約與先進工業(yè)國60年代的水平相當.以槍炮制造業(yè)為例，60、70年代已在國際上普及的“高壓”排屑型硬質合金深孔鉆(包括單管內排屑(STS或BTA)鑲硬質合金深孔鉆及深孔鏜頭，焊接式及整體式硬質合金槍鉆、槍鉸刀，機夾式多刃及單刃鉆頭)，雖然在80年代已為少數民用企業(yè)引進或仿制，但兵器工業(yè)依然沿用高速鋼深孔刀具，更談不上DF深孔鉆的應用.深孔加工機床多為自制或仿制西方40年代的機型，已不適用于采用新技術. 在民用制造業(yè)中，80年代僅有屈指可數的廠家引進國外深孔加工設備，象硬質合金槍鉆、鑲齒噴吸鉆這樣的普通刀具還需仰賴進口.少數工具廠有BTA鉆和整體硬質合金槍鉆、槍鉸刀的生產，但品種有限，遠遠不能滿足需求.例如Φ5mm以下的和加工500mm以上深度的硬質合金槍鉆，無廠家供貨;加工高強度、超硬超深材料的BT且鉆頭、撞頭無供應渠道，兼具高效、精密加工雙重功能的深孔刀具幾乎完全不見. 事實證明，即使引進現成的技術和設備，也不可能一勞永逸地解決不同行業(yè)中提出的特定工藝問題(如兵器工業(yè)中的深孔加工特殊工藝技術和設備、深孔工具和裝備生產的專業(yè)化，各種難加工材料的特需刀具和工具研制等)，這就決定了我國的深孔加工技術發(fā)展道路必須從開展設計研制工作入手.我們的研究工作，首先從國內(調查研究軍民用企業(yè)的技術觀狀和緊迫問題)國外(全面收集國外技術情報，對先進工業(yè)國深孔加工技術發(fā)展狀況和工具設備制造業(yè)進行重點考察并了解其發(fā)展趨勢)調研入手，將移植推廣與創(chuàng)新相結合;使設計研制試驗面向生產中具有普遍性和緊迫性的實際課題;注意立足于已有舊設備的改造利用，并在此基礎上提出創(chuàng)新性的工具、設備、新設計方案;充分考慮成果的多用性(軍民生產兩用，深孔行業(yè)與非深孔行業(yè)兼用〕;將CAD，CAM，GT，NC等新技術移植于深孔加加工領域;逐步增加預研成果儲備，使先進技術配套和系列化.因此，推出中國自己的原創(chuàng)性深孔加工技術，建立專業(yè)化，現代化的配套深孔加工裝備產業(yè)，引進國外先進深孔加工裝備設計生產體系并實現國產化，創(chuàng)建以先進技術武裝的深孔零件制造行業(yè)，以滿足廣大中小企業(yè)開發(fā)新裝備的迫切需求[7]。 三．BTA與DF系統(tǒng)的對比 孔加工在金屬切削加工中占有重要地位, 孔加工刀具的共同特點是由于受孔徑限制, 又是在工件內部加工, 刀具的強度及剛度差、排屑及冷卻潤滑困難. 而深孔加工是指對長徑比(即孔深 L 與孔徑d 之比) 大于5~ 10的孔進行加工。 普通的深孔 L/ d< 5~ 20, 可將麻花鉆接長后去加工,對于 L/ d> 20~ 100 的特深深孔則須用專用設備、專用機床和刀具進行加工。 在深孔加工時孔為半封閉, 其固有難題是: 斷屑、排屑難, 導熱差、冷卻潤滑不易, 還會出現刀具剛性差、易抖動、震動、變形折斷等情況。 如何提高深孔的加工精度、提高生產效率是設計和使用深孔加工刀具的首要問題。 深孔加工可分為外排屑加工和內排屑加工兩大類。外排屑槍鉆因受結構限制不能滿足高效、精密加工的要求，另一方面，被切下切屑又與加工好的表面直接接觸，破壞了表面質量，因此，一般都是采用內排屑深孔鉆進行加工。內排屑深孔鉆又分為BTA、噴吸鉆、DF系統(tǒng)深孔鉆三類。實踐證明:噴吸鉆斷屑要求嚴格，尺寸范圍較窄，常用于Φ18mm~Φ65mm孔的加工，加工過程中外管無切削液舉托，在受進給力的作用后鉆桿變形易擦傷已加工好的表面，破壞了表面質量，也難實現精密深孔加工的要求。為此、精密深孔加工要靠BTA、DF系統(tǒng)深孔鉆來進行[8]。 由于槍鉆不適用于較大直徑深孔的加工，Beisner于20世紀40年代初參照槍鉆單邊刃切削及自導向的兩大基本特點，推出一種由鉆桿和鉆頭外部供入切削液，從鉆頭和鉆桿內腔排出切屑的內排屑深孔鉆頭。由于鉆頭體和鉆桿為空心圓柱體，以方牙螺紋互相連接，易于拆裝更換，從而成為大直徑深孔鉆鉆孔的理想鉆頭。Beisner鉆頭的切削刃與槍鉆十分相似，只有一個出屑口，專用于實體鉆孔。后經BTA改進，成為規(guī)范化的雙出屑口錯齒BTA鉆，并同時推出了結構功能類似的一種BTA擴鉆和一種BTA套料鉆，總稱BTA鉆。但由于BTA實體鉆應用最多，所以習慣上將BTA實體鉆簡稱為BTA鉆。 BTA深孔鉆是內排屑深孔鉆的典型結構，是在單刃內排屑深孔鉆的基礎上改進而成。切削刃呈雙面錯齒狀，使切削力分布均勻，鉆削平穩(wěn)可靠，所鉆削的深孔具有良好的直線性，切屑從雙面切下，并從雙面排屑孔中進人鉆桿，將切屑排出孔外，較單刃內排屑深孔鉆，切削力分布合理，更易于使切屑分開和折斷。內排屑深孔鉆適與加工直徑在20mm以上，長徑比不大于100的深孔，孔加工精度為IT7—IT10級，加工表面粗糙度Ra3.2—1.6um[9]。 DF系統(tǒng)（Double Feeder system，意為雙向供油系統(tǒng)）一種在雙管噴吸鉆基礎上改進而成的單管噴吸鉆技術。它是在20世紀70年代由日本冶金有限公司推出的。其鉆頭和鉆桿與BTA實體鉆完全相同。只是在鉆桿后面的走刀箱中加設一對錐形噴嘴副，形成由前后傾斜的圓錐形噴口。切削液分為兩液流支：以2/3的流量向前供給切削刃部（其作用與BTA鉆相同）；以其余1/3流量提供噴嘴副，在鉆桿尾端產生噴射流和負壓抽屑效應。 采用DF系統(tǒng)時，只是在零件端面位置上，放置一個以推壓方式提供冷卻液的油壓密封裝置，即相當于BTA系統(tǒng)的密封裝置;而后放一個產生噴射效應的裝置。由于發(fā)揮推、吸雙重作用，使得冷卻液流速加快，單位時間內流量增加;相應地切屑排出量增大，因而，在實際深孔加工中效果是可觀的。它特別適合于Φ6mm一Φ20mm的小直徑深孔加工。直徑<Φ10mm的深孔，過去基本上被槍鉆壟斷，但槍鉆系統(tǒng)剛性差、效率低、精度低，并且選用硬質合金牌號也受到限制。BTA系統(tǒng)與槍鉆相比，剛性高，刀具系統(tǒng)性能良好，效率較高;可是對于小直徑深孔加工，因通過冷卻液的間隙小，要求高壓，即使在高壓條件下也很難穩(wěn)定加工，這樣效率也往往不如槍鉆。這是由于冷卻液流過的間隙狹小，隨著孔的變深，冷卻液在長管中阻力增加，壓力損失很大，不能有效地發(fā)揮推出切屑的功能。而DF系統(tǒng)盡管間隙小，但由于具有推、吸方式的雙重作用，使冷卻液流動通暢。因刀具的性能得到充分發(fā)揮，故可用大的進給量穩(wěn)定地進行孔的高精度加工。 實踐證明，DF系統(tǒng)深孔鉆不僅具有工效高(可比槍鉆高5~10倍，比BTA鉆頭高3倍以上)，加工質量好(精度可達H8級，光潔度可達▽6—▽9，孔的直線性可達0.1~0.2mm/1000mm)和刀具、壽命長(每重磨一次鉆頭可鉆孔長10m以上)等優(yōu)點，并且整個工作系統(tǒng)也并不復雜，一般工廠都有條件制造[10]。但須指出，隨著孔徑的增大(D>65mm)，DF深孔加工系統(tǒng)的優(yōu)點相應減少，因而它主要適用于加工直徑為6mm一65mm的深孔。 4． 深孔加工鏜鉸復合刀具產生的必要性 深孔加工隨著我國機械制造業(yè)的迅速發(fā)展，使得原本局限于軍事工業(yè)、航空航天等特定領域的深孔加工技術及裝備在我國各行業(yè)也得到了廣泛的應用。深孔加工在孔加工領域中占有非常重要的地位，約占孔加工量的40%以上。隨著科學技術的進步，新型高強度、高硬度和高價值難加工孔零件的不斷出現，加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不斷提高使得原有的傳統(tǒng)的加工方法越來越難以滿足甚至根本達不到現在在精度、材料、效率的要求。這些問題隨著我國機械加工領域的快速發(fā)展都要求人們去探索研究利用新的加工工具、新的加工方法去解決這些問題。 現代深孔加工技術的基本要求:工效高并可以重復性地進行機械化大批量生產;加工質量較好，批量加工時產品質量具有較高的一致性；廢品率低，從而節(jié)約原材料和其他消耗；綜合加工成本較低。與此相應，現代深孔加工技術的基本標志應當是：能連續(xù)自動排屑及冷卻潤滑;刀具（工具）應具備較好的自導向功能。深孔實體鉆削技術被公認為是深孔加工技術的關鍵技術[6]。 然而迄今為止，國內大直徑深孔加工技術，一直沿用多刀鏜、鉸的傳統(tǒng)工藝。存在問題是生產率低，成本高，產品質量保證困難。特別是近年來，隨著精密深孔零件的需求量劇增，現代的深孔加工技術面臨著尖銳的挑戰(zhàn)，使用常規(guī)工藝，刀具及材料遠解決不了生產率與加工質量的矛盾，因此，尋求一種先進的加工工藝，適合于新工藝的刀具及材料是該領域中急待解決的問題之一[14]。 在機械切削中, 精密孔的加工一直是一個比較困難的問題, 而剛性鏜鉸刀則是用于加工精密孔的組合加工刀具。它是利用被加工孔的已加工部位導向, 一次完成鏜、鉸和擠壓等工序, 不受毛坯余量分布不均勻的影響, 在孔徑余量7mm或更多情況下, 一次加工便能得到HT6級精度的孔, 加工孔的直徑范圍為Φ8~Φ70mm, 而且刀具使用壽命長[13]。 鏜刀是廣泛使用的孔加工刀具。一般鏜孔達到精度IT8~IT9級，精細鏜孔時能達到IT6級，表面粗糙度為Ra1.6um~0.8um。鏜孔能糾正孔的直線性誤差，獲得高的位置精度，特別適合箱體零件的孔系加工。鏜孔是加大孔的唯一精加工方法。鏜刀種類很多，可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀[3]。 鉸刀是對已有的孔進行半精加工和精加工用的刀具。它可以用手操作或在車床、鉆床、鏜床等機床上工作。由于鉸削余量小，切屑厚度薄，因此和鉆頭或擴孔鉆相比，鉸刀齒數多導向好，容屑槽淺，剛性增加，所以鉸孔的加工精度一般可達H7級—H9級，表面粗糙度Ra1.6um~0.4um[3]。 孔加工復合刀具是由兩把或兩把以上同類或不同類的孔加工刀具經復合后同時或按先后順序完成不同工序（或工步）的刀具。 孔加工復合刀具的加工范圍很廣，它不僅可以從實心材料上加工同軸孔或型面孔，也可以進行擴孔、鏜孔、鉸孔等。使用孔加工復合刀具，可同時或按先后次序加工幾個表面，因此減少機動或輔助時間，提高生產效率。 孔加工復合刀具的結構，可以保證加工表面的相互位置精度，如同軸度和端面與孔的垂直度等，因而可加工要求較高的和較復雜的零件。用這種刀具加工時，可減少工件的安裝次數或夾具的轉位次數，降低了工件的定位誤差，使工件的加工余量也較均勻，有利于提高工件的加工質量，此外，因加工時工序較為集中可減少機床的工位數和臺數，節(jié)約了投資，加工成本也較低。因此，孔加工復合刀具正在不斷擴大，它的應用范圍，特別在組合機床和自動線加工面，使用范圍很廣泛。 根據以上特點將鏜刀，鉸刀復合而成的深孔加工刀具，它集鏜削、鉸削，擠壓等工序為一體，能夠在加工余量較大的情況下，一次完成粗精加工，它與其他的孔加工刀具相比，有著效率高，幾何精度高，孔的直線性好以及低粗糙度等特點。而這些特點都符合現代加工技術的要求，因此將是機械加工行業(yè)一種很有前途的深孔加工組合工具。 參考文獻 [1] 《金屬切削原理及刀具》 吳道全 萬光珉 林樹興 主編 重慶大學出版社 [2] 《金屬切削與刀具實用技術》 劉志華 任昭蓉 主編 國防工業(yè)出版社 [3] 《金屬切削原理及刀具》 武文革 辛志杰 主編 國防工業(yè)出版社 [4] 《金屬切削實用刀具技術》 太原金屬切削刀具協(xié)會編 機械工業(yè)出版社 [5] 《復合刀具》 何乃綸 主編 中國農業(yè)機械出版社 [6] 《現代深孔加工技術》 王峻 編著 哈爾濱工業(yè)大學出版社 [7] 王峻 我國深孔加工技術的現代化發(fā)展與前景展望 太原機械學院報 1991.03 [8] 樊鐵鑌 深孔加工技術綜述 工具技術 1981.05 [9] 張斌 深孔加工的幾種工藝方法 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Mechanical machining data sheet 3, Volume 1.1989年  畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題以研究設計一把深孔鏜鉸復合刀具為對象，在這其中突出的問題是復合刀具的設計和解決刀具為深孔刀具的問題。 在深孔刀具設計的問題中斷屑和排屑、冷卻與潤滑、刀具的導向是主要的問題。復合刀具的設計中刀具材料的選擇、強度和剛度、切屑的排出、刀具的導向以及切削用量的選擇都是不同于單一刀具的設計問題。 （1） 刀具材料的選擇 復合刀具切削負荷大，應選用強度較高的刀具材料。如果復合刀具上各刀具直徑相差較大，為保證各刀具耐用度大體相同，則切削速度高的刀具可以用硬質合金制造，小直徑刀具可以選用高速鋼材料。 （2） 強度和剛度 由于刀具復合，若同時加工兩個或兩個以上的加工表面時，作用在刀具上的總切削力及扭矩就較大；若刀具是順序完成對一個孔的多次加工，由于實際導向位置的變化將使刀具的懸伸量加大，因此在結構設計上應使它有足夠的強度和剛度。 （3） 切屑的排出 復合刀具同時參加工作的刀齒數多，會產生大量的切屑。同時還會造成前后刀具切下的切屑相互干擾和阻塞，致使刀具損壞。因此各刀齒最好有自己的排屑通道。如果切屑需從同一通道排出，則應適當減少刀齒數，增大容屑槽。必要時可采用高壓切削液強迫排屑。 （4） 刀具的導向 為保證復合刀具在加工時位置正確，剛性好，切削過程平穩(wěn)，孔加工復合刀具應具有良好的導向方式。復合刀具可用刀具本身或刀桿在導套中進行導向。 （5） 切削用量的選擇 切削用量的選擇要盡可能達到合理的利用所有刀具，充分發(fā)揮其切削性能。因為在組合機床動力刀頭上往往工作的刀具種類多，比如鉆頭、鉸刀、鏜刀等。其切削用量各有特點，要使各種刀具都能有較為合理的切削用量，一般是采用拼湊法解決。如鉆—鉸復合刀具，其進給量按鉆頭允許的進給量上限選用。這樣使復合刀具的鉆和鉸都有相對合適的切削用量。此外應注意到，由于復合刀具強度及剛度較差，故切削用量應稍選低一些。 對于刀具材料的選擇、強度和剛度、切削用量的選擇同時還應考慮到加工材料的特性來決定。切屑排出的問題根據深孔鉆的類型及其結構特點有外排屑深孔鉆、內排屑深孔鉆、噴吸鉆、套料鉆四種成熟的形式.在設計刀具時會根據深孔孔徑的大小，要求達到的表面粗糙度等問題選擇合適的方法作為排屑方式。導向問題，因為使用復合鉸刀，復合刀具最好帶導向部分，當被鉸的孔相隔一定距離時，這一點尤其重要。導向部分可以位于刀具的前部、中部或后部，視刀具結構而定，也可以有幾個導向部分。 因為是鏜刀和鉸刀的復合，起到的作用是為了孔的半精加工和精加工，近年來，為了提高加工精度和效率，鏜刀大多采用裝配式結構，做成可調刀頭，兩種刀的連接方式選擇套裝式復合刀具的方式，可以提供很好的斷屑條件而且易于解決刀具同軸度的問題便于加工制造。 在設計時應該注意按照復合刀具的設計步驟 與單一刀具不同，復合刀具沒有成熟的設計步驟。由于復合刀具的種類、特點很多，也不可能有唯一的設計步驟，但對大多數復合刀具來說，可以提出一個一般性的設計步驟，作為具體設計時的參考依據： 1.確定與刀具結構參數有關的原始數據，如被加工零件的結構性能，被加工零件的表面形狀、精度要求和余量大小，零件毛坯的材料，工藝裝備和機床特點、勞動生產率的高低及有無其它同時工作的刀具等。 2.確定需要采用的復合刀具類型，是采用復合車刀還是復合銑刀，還是其它類型的復合刀具。 3.初步確定切削刃的形狀。 4.初步確定結構要素：包括刀齒的刃磨角度、選擇刃部刀具材料，決定切削力的作用方向和大小。 5.計算刀齒形狀和刀具切削部分尺寸：包括成形車刀刃形的計算、切齒工具切削刃口形狀的計算等。 6.對結構要素進行強度計算，并最后確定刀具的形狀，以使刀具在切削中獲得足夠的強度、合理的幾何形狀及適當的導向和夾持。這些問題可以利用有關手冊、刀具生產的工藝資料、有關的設計資料所推薦的數據。 7.進行刀具精度、干涉等方面的驗算：對不同刀具，驗算項目也是不同的，例如，插齒 刀主要驗算干涉，花鍵滾刀則驗算齒形的計算精度。 8.繪制刀具的設計圖，并確定制造和重磨的技術條件。在刀具設計圖中，要包括制造該刀具所需的數據，形位和尺寸公差（如切削刃的容許擺差，配合孔相對于端面的不垂直度，兩端面的不平行度，形狀的允許偏差，齒距的累計誤差等），刀具各部分的硬度，打印標記及其位置等。 9.根據設計圖校驗現有結構是否完全符合原始數據的要求，對計算說明書進行相應的復驗。 設計師應不斷觀察所設計刀具的使用效果，通過改進設計來解決已出現的問題，使其逐步完善。 這些設計步驟，在使用中應靈活掌握，并非任何復合刀具的設計都包括上述內容。方法只是達到一定目的的手段，只要所設計的復合刀具能達到預期的要求，所用的方法就應該說是可行的。當然可行的方法不一定是最佳方案。 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告 指導教師意見： 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日