低频振动钻削精密深孔实验分析及振动装置的研制

根据低频振动钻削精密深孔实验进行分析，研制了一种新型复合振动装置，可作为机床附件使用。

TC4钛合金低频振动钻削切屑形态和钻削力研究

为研究TC4钛合金低频振动钻削过程中切屑形态与钻削参数和振动参数对钻削力(轴向力和扭矩)的影响规律,基于一种自主研制的低频振动刀柄,分别采用单因素法和正交试验法对钛合金进行了低频振动钻削试验,分析了不同钻削条件下的切屑形态和钻削力,建立了轴向力和扭矩的经验公式,并对钻削力的影响因素进行直观分析与方差分析。结果表明:试验系统在低频振动钻削TC4钛合金时,振幅与进给量之比接近临界断屑值0.81时断屑可靠,排屑顺畅;低频振动瞬时钻削力呈现出规律的正弦波形,钻削力动态分量远大于普通钻削,轴向力和扭矩均值可比普通钻削分别降低10%~15%和15%~20%;进给量对钻削力影响最为显著,振幅次之,钻削速度影响最小;建立的振动钻削经验模型误差保持在10%以内,可以较为准确地对该试验系统所选参数范围内的钻削力进行预测。

低频振动钻削工程陶瓷孔壁粗糙度试验研究

Al_(2)O_(3)陶瓷是一种典型硬脆材料,采用普通钻削制孔方法很难保证良好的表面质量,而低频振动钻削可显著改善加工效果。将轴向振动应用于工程陶瓷钻削,运用单因素试验法,设计传统钻削(TD)与低频振动钻削(LFVD)的对比试验,以加工后孔壁粗糙度值作为评价加工质量的指标,对低频振动钻削和传统钻削对钻削质量的影响规律进行了研究;并进一步探究了低频振动钻削的振幅、进给速度、主轴转速对钻削质量影响的规律。结果表明:相比于传统钻削加工,低频振动钻削加工能够提高钻削质量;孔壁粗糙度随低频振动钻削加工振幅、主轴转速的提高而减小,随进给速度的提高而增大;传统钻削的主轴转速和进给速度对孔壁粗糙度的影响与低频振动钻削的规律相似。

轴向低频振动对皮质骨钻削进给力的影响试验与分析

为了研究轴向低频振动辅助钻削方式在皮质骨钻削过程中对进给力的影响,对全钻头和横刃部分进给力进行了对比试验,并对切削刃切削单元的运动学和瞬时加工过程进行了分析。对比试验结果表明:在相同的钻削参数下,与常规方式相比,轴向低频振动钻削方式的全钻头进给力最大可减小约60%,横刃部分进给力可减小60%~80%。依据运动学分析和典型骨屑形态对比可以得出:在特定的钻削参数和振动参数配合下,轴向低频振动钻削方式可以实现钻头-工件周期性分离运动,显著影响瞬态加工过程,是进给力显著减小的主要原因之一。

机械式低频轴向振动钻削装置的设计与分析

在深孔的钻削加工过程中,经常会有连续的带状切屑导致断钻事故发生,如果在钻削过程中对切屑进行周期性地断屑,就能有效解决深孔加工过程中断屑排屑困难的问题。设计一种机械式低频轴向振动钻削装置,研究其工作原理、振幅和频率的调整方法以及振动钻削装置的整体结构布局;对振动钻削装置的主要技术参数进行分析计算;利用ANSYS Workbench对其进行刚体动力学仿真分析,并进行振动钻削装置的振动特性试验。结果表明,所设计的钻削装置结构简单,振幅与频率调整方便,能够解决断屑排屑困难的问题,可以有效提高深孔加工质量。

数控机床振动钻削运动学特性及加工参数优化

针对TA6钛合金难加工的特点,通过麻花钻对合金实施振动钻削测试。研究结果表明:与常规钻削方式相比,钻削力发生了动态分量的显著提升,更易生成切屑。本实验振动钻削形成的轴向力与扭矩均值相对常规钻削方式下降比例为10%~15%。提高钻削速度后,形成了明显波动的轴向力与扭矩,但整体波动程度很小。当振幅提高后,轴向力降低,而扭矩则表现为先降低再升高的变化特征。

低频机械式深孔振动钻削装置的设计与应用

介绍了一种新型的用于小直径深孔钻削的振动装置的结构。

轴向低频振动辅助皮质骨钻削的钻削力和温升

为了研究轴向低频振动钻削方式在皮质骨钻削中对钻削力和温升的影响,基于一种自主研发的低频振动钻削设备,对常规和轴向低频振动辅助皮质骨钻削的钻削力和温升进行了实验,建立了钻削力和产热速率模型。实验结果表明:轴向低频振动钻削方式的进给力和转矩明显减小,温升降低了3~5℃;通过统计方法确定主轴转速是影响钻削力和温升的最显著因素,并进行了双目标优化。模型计算结果与实验数据趋势相吻合,可以认为轴向低频振动产生的钻头与骨组织周期性分离运动是钻削力和温升减小的主要原因。

轴向振动钻削切削力的分析

振动切削是近年来发展起来的一种新型加工技术。文中对振动钻削的特点进行了综述,并引用了超低频振动钻削这一概念,对轴向振动钻孔切削力进行了系统研究,给出了瞬时进给量和瞬时切削力的理论表达式,并对影响切削力的切削速度﹑振动频率﹑振幅﹑进给量和频转比等各参数进行了分析,得出进给量﹑振幅和频转比对切削力的影响也很大,而切削速度和振动频率对切削力的影响就较小。

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频(超声)振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明:4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。

碳纤维复合材料/钛合金叠层结构高低频复合振动钻削试验

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金叠层结构基于其特殊的性能,被广泛用于航空航天等领域。由于CFRP与钛合金不仅材料性能差异巨大,且二者均属于难加工材料,导致了CFRP/钛合金叠层结构一体化制孔普遍存在刀具磨损严重、加工质量差等问题,严重制约了CFRP/钛合金叠层结构的应用。搭建了高低频复合振动钻孔实验平台,在钻削轴向力、钛合金断屑、钻削温度、CFRP孔出入口质量和CFRP孔壁形貌等方面,对普通钻削,超声振动钻削,低频振动钻削和高低频复合振动钻削四种钻孔方式进行对比分析。研究表明:超声振动有效降低了钻削轴向力,低频振动可达到良好的钛合金断屑效果,并最大程度的降低了钛合金的钻削温度,高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构得到的孔CFRP入口撕裂最小,出口损伤最低,孔壁质量最好。

调幅式振动刀柄的设计与有限元仿真分析

设计了一种调幅式轴向低频振动刀柄,分析了振动刀柄的整体结构布局及其工作原理。采用机床主轴旋转运动作为动力输入,带动正弦曲面旋转以实现振幅输出,基于两组正弦曲面相位差实现刀柄振幅调节。基于GH4169高温合金材料,运用ABAQUS有限元软件进行了三维钻削仿真试验,对比分析了GH4169高温合金在普通钻削和轴向低频振动钻削下轴向力和钻削扭矩之间的差异。结果表明:GH4169高温合金轴向低频振动钻削可以降低最大轴向力约46%,降低最大钻削扭矩约73%,可显著改善钻削条件,提高孔加工质量。