1 實驗研究分析
應(yīng)用振動切削技術(shù)，能解決難加工材料或難加工工序的精密深孔加工問題。我們對低頻振動鉆削精密深孔進行了較深入的實驗研究。研究中發(fā)現(xiàn)振動參數(shù)的選擇對于斷屑、表面質(zhì)量及切削力等的影響很大：①振幅越大，深孔鉆削時的斷屑效果、孔表面質(zhì)量越好。但振幅太大會帶來其它問題，一是大振幅會增加刀具的磨損，影響刀具的壽命；二是大振幅使系統(tǒng)的振動和噪聲加劇。因此對振動裝置要求是能根據(jù)工件材料、刀具耐磨性、機床抗振性等因素調(diào)節(jié)振幅的大小，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)考慮盡量降低系統(tǒng)的附加振動和噪音。②振動方式對斷屑效果、孔表面加工質(zhì)量、工具壽命都有直接影響。振動方式一般有軸向振動、周向振動和二者合成振動3種，具體的選擇與工件材料、硬度、可切削性有關(guān)。軸向振動方式容易形成分離型切屑，適用于較軟不易斷屑的純鋁、純銅等材料。但軸向振動時刀具與切削面的分離易造成刀具損壞，故淬火鋼等較硬材料不宜選用這種方式，以免崩刃；周向振動一般為非分離型切屑，其斷屑效果雖比普通切削強得多，但比軸向振動要差一些。但這種振動方式對刀具保護好，壽命長，適用于較硬易斷屑的淬火鋼等材料；軸向與周向的合成振動斷屑效果最好，但刀具磨損也最嚴(yán)重，可用于難加工材料，如不銹鋼等。
如上所述，為滿足不同的加工要求，需選用不同的振幅和振動方式。而振動切削效果的好壞，在很大程度上取決于振動切削裝置。目前這種裝置一般只能做單向振動，適用面較窄。我們在低頻振動鉆削精密深孔時，研制了一套機械式低頻復(fù)合振動裝置，能很好地滿足上述調(diào)整振幅和選用各種振動方式的要求。該裝置主要由偏心輪擺桿機構(gòu)和滾珠絲杠螺母機構(gòu)組成�，F(xiàn)介紹如下。
2 偏心輪擺桿機構(gòu)
偏心輪擺桿機構(gòu)提供復(fù)合振動裝置的振源。其機構(gòu)運動簡圖如圖1所示。電機1(2800r/min)經(jīng)一級皮帶傳動，使偏心軸2產(chǎn)生6000r/min的轉(zhuǎn)速，偏心軸的旋轉(zhuǎn)使擺桿3以及固聯(lián)在擺桿上的滑塊4產(chǎn)生100Hz的擺轉(zhuǎn)振動�；瑝K的擺動振動將傳遞給與之相連的滾珠絲杠螺母機構(gòu)5，從而帶動槍鉆頭振動，這種機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，振動未經(jīng)任何放大，較好地限制了系統(tǒng)的附加振動和噪音。
1.電機 2.偏心輪 3.擺桿 4.滑塊 5.滾珠絲杠螺母機構(gòu)
圖1 偏心輪擺桿機構(gòu)運動簡圖
改變擺桿擺轉(zhuǎn)頻率有兩種辦法：一是采用更換皮帶輪的方法改變傳動比；另一種方法是采用調(diào)速電機實現(xiàn)無級調(diào)速。改變擺桿擺幅的方法也有兩種：一是更換偏心軸，使擺桿的擺幅改變；二是采用活動偏心軸，通過改變偏心軸的偏心量進行無級調(diào)偏從而使擺桿實現(xiàn)無級調(diào)幅。本裝置即采用了第二種調(diào)幅方法，調(diào)整振幅方便可靠。
3 滾珠絲杠螺母機構(gòu)
滾珠絲杠螺母機構(gòu)將上述偏心輪滑塊機構(gòu)的擺桿及其滑塊的擺轉(zhuǎn)振動分解為槍鉆頭所需要的3種形式的振動。其工作原理如圖2所示。
1.槍
鉆頭 2.絲杠 3.螺母 4.滑塊 5.擺桿 6、7.防轉(zhuǎn)滑塊
圖2 滾珠絲杠螺母機構(gòu)簡圖
槍鉆頭1固定在絲杠2上，見圖2(a)，在絲杠和螺母3的尾部開有通槽，見圖2(b)，通槽內(nèi)嵌入滑塊4，滑塊與作擺轉(zhuǎn)振動的擺桿5相固聯(lián)，并可相對絲杠和螺母的徑向以及絲杠的軸向作微小位移�；瑝K4的形狀如圖2(c)所示，有A、B、C 3種類型。當(dāng)采用A型滑塊時，滑塊同時與絲杠和螺母的尾部通槽相配合，擺桿的擺轉(zhuǎn)振動通過滑塊帶動絲杠和螺母同步扭振，槍鉆頭即獲得周向扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)采用B型滑塊時，滑塊只與螺母的尾部通槽相配合，即螺母作周向扭振，帶動絲杠軸作往復(fù)運動，槍鉆頭即獲得軸向往復(fù)振動。為防止摩擦力作用帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，此時應(yīng)將防轉(zhuǎn)滑塊6壓入絲杠的凹槽中。當(dāng)采用C型滑塊時，滑塊只與絲杠的尾部通槽相配合，絲杠作周向扭振，同時在螺旋副作用下又作軸向往復(fù)運動，槍鉆頭即獲得周向和軸向合成振動。為防止摩擦力作用帶動螺母旋轉(zhuǎn)，此時應(yīng)將防轉(zhuǎn)滑塊7壓入螺母的凹槽中(此時防轉(zhuǎn)滑塊6提起)。
4 結(jié)束語
根據(jù)大量的振動切削實驗驗證，本文研制的低頻復(fù)合振動鉆削精密深孔裝置具有以下特點：①只用一套裝置即可方便地實現(xiàn)3種振動方式之間的切換并能調(diào)整振幅，從而獲得最佳振動切削參數(shù)；②結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊，可作為機床附件安裝在普通車床的溜板上進行鉆孔；③振動可靠、受干擾小，配合切削系統(tǒng)，能獲得高精度的深孔表面質(zhì)量。例如表所示幾種典型材料的實驗數(shù)據(jù)，相對普通鉆削而言，低頻振動鉆削的表面粗糙度大大降低了。
表 不同材料在普通鉆削與振動鉆削時的表面粗糙度Ra(μm)
| 材料
| 普通鉆削
| 低頻振動鉆削
|
| 鋁
| 0.4622
| 0.2458
|
| 紫銅
| 0.63
| 0.0593
|
| 45鋼
| 0.2542
| 0.1226
|
| 1Cr18Ni9Ti
| 1.6273
| 1.2533 |
