步进式振动攻丝运动学分析及实验研究

论文摘要

振动攻丝是一种非传统的脉冲式攻丝方法,在近几十年的发展中,其良好的工艺效果已引起国内外研究者和工业界的普遍关注。本文在往复式振动攻丝技术研究的基础上,从理论和实验两个方面对步进式振动攻丝技术进行了探索性研究,得出了一些对实际加工具有一定指导意义的结论。论文首先对国内外振动攻丝技术及设备的发展进行了综述,在对往复式振动攻丝技术调查研究的基础上,制定了步进式振动攻丝实现方案。通过建立步进式振动攻丝运动模型,绘制了切削刃上某点随时间变化的轨迹曲线和速度曲线,通过步进式振动攻丝的刀刃轨迹曲线与往复式振动攻丝的刀刃轨迹曲线的对比分析,说明两种方式在加工过程中有区别,但两种振动方式下的曲线都具有周期性。最后从理论上分析了振动切削参数(振幅、频率及刀具转速)对切削时间比、最大切削速度、刀刃运动轨迹等的影响规律。其次,为了揭示步进式振动攻丝的切削机理,从丝锥的扭矩特性、切屑的形成机理、轴向力和径向力对加工精度的影响等方面进行了探讨,应用金属晶体位错理论对切屑的形成进行了解释,为后续的实验研究提供了基础。最后,为了研究步进式振动攻丝的实际应用特点,基于所开发的步进式振动切削装置,通过不锈钢的振动攻丝实验,研究了三个方面内容:(1)加工参数(刀具转速n、振动频率f,振幅a)对螺纹配合间隙量的影响规律,并与普通机动攻丝、往复式振动攻丝结果进行了比较,发现步进式振动攻丝所获得的螺纹配合间隙较小。(2)加工参数对切屑形状的影响规律,并与普通机动攻丝、往复式振动攻丝所获得切屑进行了比较,发现普通机动攻丝的切屑短小,且弯曲度小,而往复振动攻丝和步进振动攻丝的切屑长而卷曲。(3)加工参数对螺纹牙型的影响规律,并与普通机动攻丝、往复式振动攻丝所获得螺纹牙型进行了比较,发现普通机动攻丝和步进式振动攻丝对一侧牙型产生“陷切”,往复式振动攻丝在螺纹的两侧牙型均产生“陷切”,并对产生“陷切”现象进行了解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 振动攻丝的研究现状
• 1.2.1 国外振动攻丝的发展概况
• 1.2.2 国内振动攻丝的发展概况
• 1.3 振动攻丝装置
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 步进式振动攻丝运动学分析
• 2.1 步进式振动切削简介
• 2.2 振动攻丝的运动特点
• 2.3 步进式振动攻丝的刀刃运动数学模型
• 2.4 步进式振动攻丝的切削时间比
• 2.5 振动切削参数对丝锥切削刃运动特性的影响
• 2.5.1 刀具转速对丝锥切削刃运动特性的影响
• 2.5.2 振动频率对丝锥切削刃运动特性的影响
• 2.5.3 振幅对丝锥切削刃运动特性的影响
• 2.5.4 综合分析
• 2.6 本章小结
• 3. 步进式振动攻丝机理探讨
• 3.1 步进式振动攻丝的扭矩特征
• 3.2 步进式振动攻丝的切屑形成机理
• 3.2.1 丝锥的结构与选择
• 3.2.2 攻丝过程分析
• 3.2.3 攻丝过程的切屑形成类型及卷曲机理
• 3.3 步进式振动攻丝的切屑形成的位错机理
• 3.3.1 金属的塑性变形及位错的概念
• 3.3.2 切削过程中的塑性变形及位错
• 3.3.3 步进式振动攻丝切屑形成的位错机理探讨
• 3.4 步进式振动攻丝的工艺参数对攻丝扭矩的影响
• 3.5 轴向力对牙形精度的影响
• 3.6 振动攻丝径向力对螺纹孔径的影响
• 3.7 本章小结
• 4 步进式振动攻丝试验研究
• 4.1 步进式振动攻丝试验装置
• 4.2 步进式切削试验用测量仪器、试件及刀具
• 4.3 加工参数对螺纹配合间隙量的影响
• 4.3.1 螺纹配合间隙量的测量
• 4.3.2 主轴转速对步进式振动攻丝配合间隙量的影响
• 4.3.3 频率对步进式振动攻丝间隙量的影响
• 4.3.4 振幅对步进式振动攻丝螺纹配合间隙量的影响
• 4.3.5 三种不同切削方式对螺纹配合间隙量的影响比较
• 4.4 切削参数对步进式振动攻丝切屑形态的影响
• 4.4.1 主轴转速对切屑形状的影响
• 4.4.2 频率对切屑形状的影响
• 4.4.3 振幅对切屑形状的影响
• 4.4.4 三种切削方式对切屑形状的影响比较
• 4.5 切削参数对步进式振动攻丝牙型的影响
• 4.5.1 主轴转速对牙型的影响
• 4.5.2 频率对牙型的影响
• 4.5.3 振幅对牙型的影响
• 4.5.4 三种切削方式对牙型的影响比较
• 4.5.5 轴向力对牙型的影响
• 4.6 本章小结
• 5 结论及展望
• 5.1 论文主要完成的工作及结论
• 5.2 进一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及成果