轴向振动钻削微小钻头静动特性分析

论文摘要

微小孔轴向振动钻削加工技术是将微小钻头的旋转切削和轴向振动两种运动形式相结合的一种新颖的钻削加工方法,该方法从根本上改变了钻入机理,使普通钻削的连续切削过程转变为断续的脉冲式切削过程,已在微小孔精密加工实践中表现出普通钻削无法比拟的工艺效果,可显著提高产品的加工质量和效率。本文主要针对难加工材料上的微小孔的精密加工问题,从而对轴向振动钻削微小钻头的静动特性展开了一些研究。微小钻头的结构参数,如芯厚、刃沟形状、螺旋角、刃沟长度等,决定了钻头的刚度和强度,影响钻头的耐用度、容屑排屑和切削性能。微小钻头的设计和制造时,如何合理地选择这些参数,对改善微小钻头的性能和提高钻削效率,具有重要的意义。本课题在对振动钻削机理进行深入研究的基础上,利用Pro/Engineer软件建立微小钻头三维实体模型,分别改变其钻芯厚度与钻头直径比、刃沟螺旋角、刃沟长度等参数,综合利用有限元软件ANSYS中的模态分析、瞬态动力学分析以及静态分析技术对微细钻头钻入力学特性进行了深入地分析,比较研究了普通钻削加工和轴向振动钻削加工的钻入特性差异。并基于微小钻头钻入动力学模型,定性地分析了振动及切削参数对钻头钻入定心精度的影响以及钻头刚度的变化情况。上述分析为微小孔振动钻削工艺实验奠定了一定的理论基础。尽管初步分析已显示出轴向振动钻削技术的良好工艺效果,但要将其应用于生产实际,还需进行大量的实验研究,以进一步优化工艺参数和获得更好的加工效果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微小孔钻削简介
• 1.2 振动钻削概述
• 1.2.1 振动切削的起源
• 1.2.2 振动钻削的分类
• 1.3 振动钻削的国内外研究状况
• 1.4 振动钻削存在的问题和未来展望
• 1.4.1 振动钻削存在的问题
• 1.4.2 振动钻削的发展趋势
• 1.5 本论文的研究内容和研究意义
• 第二章 振动钻削理论基础
• 2.1 振动钻削的运动学分析
• 2.1.1 周向振动钻削的运动学
• 2.1.2 轴向振动钻削的运动学
• 2.1.3 复合振动钻削
• 2.2 轴向振动钻削的运动学方程
• 2.3 振动钻削过程中的力学分析
• 2.4 工件的动态变化
• 2.4.1 普通钻削和振动钻削切削力波形比较
• 2.4.2 普通钻削时工件的动态位移
• 2.4.3 振动切削时工件的动态位移
• 2.5 本章小结
• 第三章 振动钻削钻头结构有限元分析
• 3.1 钻头性能的改进情况综述
• 3.2 微小钻头三维实体模型
• 3.2.1 标准麻花钻的结构
• 3.2.2 标准麻花钻三维建模
• 3.3 有限元原理
• 3.3.1 有限元法简介
• 3.3.2 软件简介
• 3.4 有限元分析计算
• 3.4.1 钻削力分布
• 3.4.2 有限元网格划分
• 3.5 有限元计算结果分析
• 3.5.1 微小钻头刚度的有限元分析
• 3.5.2 微小钻头模态分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 振动钻削的工艺效果机理研究
• 4.1 振动钻削减小孔心线偏斜误差的机理分析
• 4.1.1 普通钻削的孔心偏斜量
• 4.1.2 振动钻削的孔心偏斜量
• 4.1.3 钻入定心精度有限元结果分析
• 4.2 振动钻削提高钻头寿命的机理分析
• 4.2.1 振动钻削钻头的磨损分析
• 4.2.2 振动钻削钻头的破损分析
• 4.2.3 钻头寿命有限元结果分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况
• 致谢
• 个人简介