旋转超声钻削的切削力数学模型及试验研究
低频振动钻削振动装置
低频振动钻削振动装置 在钻削中按照刀具和工件是否振动可分为刀具振动钻削和工件振动钻削，若是工件振动则必有一个装置带动工件振动，该装置也可以称为振动钻削工作台。 1关于工作台的振动 采用工作台振动时，可以大大减少振动系统的复杂程度，降低了系统的改造难度，减少了工作量，最重要是减小了其他因素对所加振动的干扰。 利用振动工作台，司以把振动装置做成机床附件，不需要对机床进行大的改动，使得装置的适用性大大提高。 激振工作台时，工件和夹具成为惯性负载，其结构和质量的变化会对振幅输出造成影响，并改变振动台的动态性能。 曲柄连杆式轴向振动钻削工作台 将本装置安装于钻床工作台上，被加工零件安装于该装置工作台上。 首先由通用变频器(图1中没画出)驱动电机1按要求转速转动，由皮带带动偏心轴3转动，偏心轴3与偏心轴套4组成双偏心轴结构则按事先调好的偏心量带动轴承5转动，轴承5推动压在其上的振动轴9，使振动轴9连带工作台10一起作预定振幅和频率的正弦振动，弹簧8通过弹簧支承7使振动轴9始终和轴承5接触。使工件沿钻床轴线作预定振幅和频率的正弦振动。 钻床转速、进给也按要求调整好，则可实现振动钻削。当钻削小直径孔时，还可以采用手动进给来实现振动钻削。 关于钻头的振动钻头激振的优缺点 当激振钻头时，钻床主轴或传动系统的振动也会传到钻杆上，使得钻头的振动成为复合振动，不再只是所加的激励振动;同时钻头刚度低、加工时容易发生形变，是工艺系统的薄弱环节，这两方面使得传到钻头上的振动频率发生畸变、振幅损
失严重。 当激振钻头时，需要对机床的主轴系统进行改造，难度大、技术水平要求高，容易对机床精度造成不良影响。 当激振钻头时，惯性负载基本不变。 两种振动方式的对比 关于工作台的振动 采用工作台振动时，可以大大减少振动系统的复杂程度，降低了系统的改造难度，减少了工作量，最重要是减小了其他因素对所加振动的干扰。 利用振动工作台，司以把振动装置做成机床附件，不需要对机床进行大的改动，使得装置的适用性大大提高。 关于钻头的振动 激振工作台时，工件和夹具成为惯性负载，其结构和质量的变化会对振幅输出造成影响，并改变振动台的动态性能.当激振钻头时，惯性负载基本不变。 低频振动钻削精密深孔实验分析及振动装置的研制 1实验研究分析 应用振动切削技术，能解决难加工材料或难加工工序的精密深孔加工问题[f11f21我们对低频振动钻削精密深孔进行了较深入的实验研究[“]。研究中发现振动参数的选择对于断屑、表面质量及切削力等的影响很大:①振幅越大，深孔钻削时的断屑效果、孔表面质量越好。但振幅太大会带来其它问题，一是大振幅会增加刀具的磨损，影响刀具的寿命;二是大振幅使系统的振动和噪声加剧。因此对振动装置要求是能根据工件材料、刀具耐磨性、机床抗振性等因素调节振幅的大小，同时在结构设计上应考虑尽量降低系统的附加振动和噪音。②振动方式对断屑效果、孔表面加工质量、工具寿命都有直接影响。振动方式一般有轴向振动、周向振动和二者合成振动3种，具体的选择与工件材料、硬度、可切削性有关。轴向振动方式容易形成分离型切屑，适用于较软不易断屑的纯铝、纯铜等材料。但轴向振动时刀具与切削面的分离易造成刀具损坏，故淬火钢等较硬材料不宜选用这种方式，以免崩刃;周向振动一般为非分离型切屑，其断屑效果虽比普通切削强得多，但比轴向振动要差一些。但这种振动方式对刀具保护好，寿命长，适用于较硬易断屑的淬火钢等材料;轴向与周向的合成振动断屑效果最好，但刀具磨损也最严重，可用于难加工材料，如不锈钢等。 如上所述，为满足不同的加工要求，需选用不同的振幅和振动方式。而振动切削效果的好坏，在很大程度上取决于振动切削装置。目前这种装置一般只能做单向振动，适用面较窄。我们在低频振动钻削精密深孔时，研制了一套机械式低频复合振动装置，能很好地满足上述调整振幅和选用各种振动方式的要求。该装置主要由偏心轮摆杆机构和滚珠丝杠螺母机构组成。现介绍如下。 2偏心轮摆杆机构 偏心轮摆杆机构提供复合振动装置的振源。其机构运动简图如图1所示。电机1C2800r/min)经一级皮带传动，使偏心轴2产生6000r/ min的转速，偏心轴的旋转使摆杆3以及固联在摆杆上的滑块4产生100Hz的摆转振动。滑块的摆动振动将传递给与之相连的滚珠丝杠螺母机构5，从而带动枪钻头振动，这种机构结构紧凑，振动未经任何放大，较好地限制了系统的附加振动和噪音。
超声振动钻削机构设计
目次 1．绪论 (3) 1.1.引言 (3) 1.2.课题的来源及其研究的内容 (3) 1.3.超声振动钻削机构概述 (4) 1.4.超声波的产生及其特性 (5) 1.5.超声波的加工原理及特点 (6) 1.6.超声波加工发展概况 (7) 2．超声振动钻削系统的结构设计 (9) 2.1.引言 (9) 2.2.超声振动钻削系统的结构设计 (9) 3．超声振动钻削机构声学系统的设计 (13) 3.1.超声波发生器与换能器 (13) 3.2.超声变幅杆的设计 (14) 4．钻头夹具的设计与连接 (30) 4.1.钻头夹具的选取与设计 (30) 4.2.钻头夹具与变幅杆的连接 (31) 5．其他零部件的设计 (32) 5.1.其他零部件的设计 (32) 6．校核与计算 (34) 6.1.轴承的计算 (34) 6.2.内轴套的校核 (34) 设计总结 (36) 致谢 (39) 参考文献 (40)
第一章绪论 1.1引言 自上世纪50年代以来，特别是近一二十年，由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端国防及科学研究的需要，不仅新产品更新换代日益加快，而且要求产品具有很高的强度重量和性能价格比。为此各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现，这些都对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。因此，一些材料采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工，特种加工便应运而生。超声波加工是特种加工的一种，它始于1927年，至今已有70多年的发展历史。它是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中，产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击以及由此产生的气蚀作用来去除材料已达到加工目的的加工方法。提到超声波加工，不能不提到超声波加工设备——机床。多年来，人们不断改进超声波加工机床，通过不断努力，使其取得了很大的进展，超声波加工效率提高了数倍，但它还是有很多的缺陷需要改进，本文将对超声波加工机提出一种新概念。 1.2课题来源及其研究的内容 随着科学技术的迅速发展和激烈的市场竞争，加快了产品更新换代的步伐，为此，各种新材料、新结构、高要求的零部件大量涌现，这对机械制造业提出了新的要求。解决各种难切削材料尤其是硬脆材料及复合材料的加工问题成了一个急待解决的问题。传统加工方法难度大、质量差、特种加工也就应运而生。特种加工包括电火花加工、超声波加工以及激光加工等。其中，超声波加工适合于加工各种硬脆材料，尤其是加工难以加工的材料，如玻璃、陶瓷、石英、金刚石、半导体等材料。因此在现在的加工中得到了广泛的应用。但是，超声波机床具有体积大、成本高的缺陷。还有加工的尺寸受到限制。为此，本文提出了一种新型的旋转超声复合钻削机构，它的具体结构将会在第二章中得到具体阐述。该新型结构可以作为一种机床附件，具有体积小、结构简单、成本低、可技工大型工件的优点，这对超声波加工以及机床的发展具有十分重要的意义。 课题研究的内容有以下六点：
切削加工常用计算公式
附录3：切削加工常用计算公式 1. 切削速度Vc (m/min) 1000n D Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) D 1000 Vc n ?π?= 金属切除率Q (cm 3/min) Q = V c ×a p ×f 净功率P (KW) 3p 1060Kc f a Vc P ????= 每次纵走刀时间t (min) n f l t w ?= 以上公式中符号说明 D — 工件直径 (mm) ap — 背吃刀量（切削深度） (mm) f — 每转进给量 （mm/r ） lw — 工件长度 (mm)
铣削速度Vc (m/min) 1000n D Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) D 1000 Vc n ?π?= 每齿进给量fz (mm) z n Vf fz ?= 工作台进给速度Vf (mm/min) z n fz Vf ??= 金属去除率Q (cm 3/min) 1000Vf ae ap Q ??= 净功率P (KW) 61060Kc Vf ae ap P ????= 扭矩M (Nm) n 10 30P M 3 ?π??= 以上公式中符号说明 D — 实际切削深度处的铣刀直径 （mm ） Z — 铣刀齿数 a p — 轴向切深 (mm) a e — 径向切深 (mm)
切削速度Vc (m/min) 1000n d Vc ?π?= 主轴转速n (r/min) d 1000 Vc n ?π?= 每转进给量f (mm/r) n Vf f = 进给速度Vf (mm/min) n f Vf ?= 金属切除率Q (cm 3/min) 4Vc f d Q ??= 净功率P (KW) 310240kc d Vc f P ????= 扭矩M (Nm) n 10 30P M 3?π??= 以上公式中符号说明： d — 钻头直径 (mm) kc1 — 为前角γo=0、切削厚度hm=1mm 、切削面积为1mm 2时所需的切 削力。 (N/mm 2) mc — 为切削厚度指数，表示切削厚度对切削力的影响程度，mc 值越 大表示切削厚度的变化对切削力的影响越大，反之，则越小 γo — 前角 （度）
超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究
超声振动辅助钻削钛合金的机理和工艺研究 摘要：随着时代的发展，经济的增长，社会的进步，我国的综合国力逐渐提高，科学技术不断的改良、创新、进步，而这些改变随之而来的是我国的工业发展越来越迅速，以往的封建的旧的思想以及旧的技术、产品已近满足不了这个时代的需求，人们的生活水平不断提高，对于新兴的产品以及技术的需求越来越高，超声振动辅助钻削钛合金技术的发展就是其中之一. 关键词：超声振动辅助钻削钛合金技术；机理；用途；工艺研究 1.超声振动辅助钻削钛合金的机理 随着科技的进步，社会的发展，超声振动辅助钻削钛合金的应用越来越普遍，其的原理基础还是应用了超声波的特点，超声波具有的特点有： 特点1：超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。 特点2：超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。 特点3：超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应。（治疗） 超声振动辅助钻削在材料上的选择是很讲究的，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金的原因是因为钛合金的机械Q值高，机械损耗小，并且钛合金的机械强度大。所以用钛合金是比较好的。但因为钛合金的成本比铝、钢的成本要高，所以一般情况下，大部分的材料厂用铝，用钢也是可以，总的来说，这主要是更具看场合的需要来决定的。不仅如此，钛合金的材料还具有质轻高弹，超声波衰减小的特点，更重要的是，因为钛合金具有低密度、高比强度、弹性模量低、抗阻尼性能强的特点，所以，超声振动辅助钻削在材料上选择钛合金是十分合适的，硬质合金钢和钛合金的区别一个是硬度，一个是质地。钛合钢质地细腻而硬质合金坚硬却不细腻所以说在焊接时应该选用硬质合金钢，总的来说，超声振动辅助钻削在材料上的选择是十分重要的，选择钛合钢是十分合适的。 2.超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究 如今，全球的发展十分迅速，尤其是中国，近几年，随着社会的进步，经济的增长，超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究有了很大的进步，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的技术近年来进入了一个全新的时期，可以说，超声振动辅助钻削钛合金的发展前景是光明的是明朗的，但是据专家人士分析，虽然最近几年超声振动辅助钻削钛合金技术有了很大的提升，但其技术与外国相比还是存在着许多差距的，其的发展还是不够稳定，不够成熟，还是有许多的问题需要我们解决的，下面，就像大家具体的介绍一下超声振动辅助钻削钛合金的工艺研究。
国内常见振动钻孔装置整理归类
一、振动钻孔装置 １．主轴振动． <1>（1）《新型微小孔振动钻床》杨兆军王立江 （2）原理：压电陶瓷振动元件直接振动主轴电机 压电陶瓷安装在精密中频主轴电机和套筒之间，在低频放大器的驱动下带动主轴电机作轴向振动。电机主轴轴承经调隙预紧，使主轴随电机一起振动。进给机构用步进电机做动力元件，驱动谐波减速器。齿轮与套筒上的齿条啮合，实现主轴的进给运动。在减速器输出轴和齿轮之间设置手动进给装置——机动进给装置转换。优点：钻床主体的其他部分与普通台钻相同。模拟切削力在0—8N变化时，钻头振幅小于8%，频率在100—400Hz范围变化时，振幅变化小于15%。由此说明钻床的承载能力较强，频率范围较宽。振动和切削参数采用单片微型计算机控制，操作方便。 (3)实验：采用直径0.28mm的高速钢麻花钻对18Cr2Ni4WA工件（属难加工材料）进行振动钻孔，振幅A=3μm，主轴转速15000r/min，进给速度60mm/min，振动频率250Hz；同时普通钻削（A=无穷大）钻孔。 对比指标：孔位置偏移量。 对比结果：振动钻床钻孔降低了孔的偏移量和孔径的分散程度，提高了加工精度。（4）结论：与各种振动工作台的振动钻削装置相比，振幅不受工件结构尺寸和重量的影响，具有良好的通用性。 <2>《微细深孔超声轴向振动钻削装置的设计》黄文 摘要:超声振动钻削属于脉冲式的断续切削,在深孔加工方面具有普通孔加工技术无法比拟的工艺效果。文章介绍了作者基于高频振动切削原理设计的一台超声
轴向振动钻削装置的结构,并将该装置用于立式加工中心上对铝、 铜等材料进行了切削加工实验。实验结果表明, 超声振动加工可提高微细深孔的加工精度和表面质量, 这种方法特别适合于软质材料的微细深孔的精密和超精密加工。 （1）原理：超声波发生器将 220 V 、 50 Hz 的交流电转换成超声频电振荡信号,以向系统提供振动能量。压电陶瓷换能器将超声频电振荡信号转换成超声频机械振动。轴向振动变幅杆将换能器输出的小振幅放大后有效地传递给工具系统,从而实现钻头的超声频振动。 （2）结构： 工作时,来自超声波发生器1 的励振和励磁电流,通过碳刷2 传送到集流环3 上, 再经过钎焊在集流环上的导线,与可以回转的压电陶瓷换能器( 由5、 6、 8、 9、 10 组成) 相接。换能器的输出端通过螺钉5 与锥型变幅杆11 的输入端相连,而变幅杆的输出端做成莫式锥柄状, 并与莫式短锥孔钻夹头14 相配。这样只要将直柄高速钢麻花钻15 紧固在钻夹头中就可以进行超声轴向振动钻削了。 本设计采用了数字锁相环频率自动跟踪式晶体管型超声波发生器, 其最大输出功率为 500W, 输出频率为16 ~ 25 kHz 。超声轴向振动钻削装置振动频率为20 ±1 kHz 、 振幅为25m μ。压电陶瓷换能器的伸缩变形小,一般情况下,其振幅为4~ 10 m μ,而超声振动钻削对振幅的要求往往需要达到10~ 100 m μ,故超声波振动装置需要变幅杆放大振幅。 （3）实验：利用高速钢麻花钻对并分别对孔径 φ0. 2 mm 、0. 5 mm 、0. 8 mm 、
切削力计算的经验公式
切削力计算的经验公式 通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素 与切削力关系的表达式， 称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式 有两种：一是指数公式，二是单位切削力 1 .指数公式 mnr. blsz. org 5L 切遗鮒 wire. 5L EI . arg 进给力 TUT . Sisi, org ■51 勺!逍网 mrw. I I ZEZ . OTj? 进给力（ 式中F c 主切削力 N ); G 、 C fp 、 C ff 系数，可查表2-1 ; 51 制造個 nnr. 54空 n. org X fc y fc 、 n fc 、 X fp 、 y f p 、 n fp 、 x ff 、 y ff 、 n ff 指数，可查表2-1。 背向力 …七-5) (2-6) 背向力（ 主切削力
制逍耀 nnr. 51si. org 2 ?单位切削力 M nv. blzz. org 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用 51 nr. bhz. org kc=Fc/A d=Fc/(a p ? f)=F c/(b d ? h d) (2-7) 式中A D ------ 切削面积（mm 2）； TWT . bhz. org a p ------------ 背吃刀量（mm ）； TUT . 51a i. org f - ------- 进给量（mm/r ）； 斑钊遗時 nnr. Bizi, org E=k c ? 3p ? f=k c ?h d ?b d (2-8) h d -------------- 切削厚度（mm ）； VYV. Slsz. OTF! b d -------------- 切削宽度（mm ） 51 划 网 wm. 5132. org 已知单位切削力 k c ,求主切削力 51 制nv. 51zz. org F c K Fc 、 K FP K Ff — 修正系数，可查表2-5 表2-6 ■5 I 韦lift 刈 T1TU. 512Z. OTI! kc 表示，见表2-2。 51 制遗M wmr. iliz. orp 创制遗您 wic org
超声振动钻削声学系统的设计研究
超声振动钻削声学系统的设计研究 刘传绍 郑建新 赵 波 焦 锋 高国富 （焦作工学院机械工程系，河南焦作!"!### ）摘要：通过对超声振动钻削系统的理论分析，给出了不同的纵向振动圆锥形变幅杆设计公式，分析了面积系数与谐振长度、位移节点、极大值点、放大系数和形状因素之间的关系。用实例分析了几种变幅杆的不同点，并指出设计超声振动钻削声学系统时推荐采用复合变幅杆。 关键词：超声振动钻削；圆锥形变幅杆；参数设计在探索加工复合材料和超硬材料等难加工材料时，超声振动钻削由于其特殊的切削机理引起诸多 专家学者的重视。研究表明［$］，选择合适的振动参 数（振动频率和振幅）、进给量和主轴转速等参数，能明显提高钻削定位精度、尺寸精度和圆度，减少出口毛刺、降低孔的表面粗糙度值、切削力及切削温度，延长钻头的使用寿命等。 振动钻削效果的好坏，在很大程度上取决于振动切削装置。振动系统一般需要满足的条件是：刀 收稿日期：%##%&$$&#’ 具装到变幅杆上以后，必须能和换能器的振动频率产生共振；刀具和变幅杆之间拆卸方便；振动系统的振动节点位置清晰准确，能在这个位置上把振动系统固定在刀架上，且该系统的振动频率在加工过程中保持不变。典型的振动钻削装置的声学系统包括超声发生器、换能器、变幅杆和刀具等。设计的关键是使超声发生器、换能器、变幅杆和刀具能组成一个机械谐振系统，从而使刀具能产生最大的振幅。由于发生器和换能器一般都由专业生产厂家设计制造，故一般只需考虑变幅杆的设计以及变幅杆与刀 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 具的连接问题。 行度不低于#(#"))，平面度不低于#(#%))。考虑到一套模芯需一套垫板，故要制造多套垫板。 !("压板夹紧机构 压板利用不等臂杠杆的扩力作用，扩大了对垫板的压紧力。 （$ ）压板的销轴考虑到销轴表面须耐磨，而芯部需具韧性，故选用!#*+进行渗碳淬火。销轴与压板之间采用,-／.’间隙配合， 间隙小，但能容纳一定的润滑油。销轴直径选择在保证强度的前提下，尽可能小。 （% ）压板压板的设计既要满足强度、刚度要求，又力求外型美观。其形状如图!所示。 图!压板外形 对压杆设计的关键是!面与水平面的夹角，它既与凸轮的尺寸有关，也与夹压面"所处的位置有关。当"面与垫板接触时，!面对凸轮的作用应使凸轮产生逆时针方向回转力，从而保证凸轮自锁。 （/ ）凸轮按照阿基米德螺线凸轮的作法设计凸轮。（! ）凸轮轴凸轮轴在工作中受弯扭矩组合作用，选用!#0+材料，调质处理。 （" ）伸缩式定位销为了确保活动定位销伸缩可靠自如，并能长期使用，应选用齿轮齿条机构。制造装配时保证活动定位销、齿轮轴均与模座成,-／.’间隙配合。由于该齿轮齿条机构只在更换模芯时工作，故齿轮的轴向无须精确定位，只须靠其端面粗略限位。参考文献： ［$］龚定安(机床夹具设计(西安：西安交通大学出版社，$11% ［%］许发樾(模具标准应用手册(北京：机械工业出版社，$11!［/］成大先(械设计手册(北京：化学工业出版社，$11/ — !!—《电加工与模具》%##/年第%期 设计? 研究 万方数据
超声波加工论文
超声波加工 摘要：超声波加工是利用工具断面的超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法。它能广泛应用于各个领域，特别对于一些常规加工方式无法完成的或者加工精度无法达到要求的工件。目前经过几十年的发展，超声波加工技术已逐步成熟，并已在一些要求条件高、加工工艺复杂、精度要求高的领域逐步发展起来，相信随着技术的发展它的应用范围及领域会越来越广。 关键词：超声波；研究前沿；应用领域 引言：超声波随着技术的发展越来越为人们所应用，他通过自身的一些特性一步步奠定自己在切削、拉丝模、深小孔加工等的地位。特别在现代这个迅猛发展的社会它的地位越来越重要，我们应该加快它的发展速度，为我们所用。 超声波加工（USM）是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法。超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果，其中磨料的连续冲击是主要的。加工时在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。 与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。 一、超声波加工的原理 1.1 超声波概述 “超声波”这个名词术语，用来描述频率高于人耳听觉频率上限的一种振动波，通常是指频率高于16kHz以上的所有频率。超声波的上限频率范围主要是取决于发生器，实际用的最高频率的界限，是在5000MHz的范围以内。在不同介质中的波长范围非常广阔，例如在固体介质中传播，频率为25kHz的波长约为200mm；而频率为500MHz的波长约为0.008mm。 超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中传播。由于超声波频率高、波长短、能量大，所以传播时反射、折射、共振以及损耗等现象更显著。在不同的介质中，超声波传播的速度c亦不同，例如c空气=331m/s；c水=1430m/s；
切削力的经验公式
切削力的经验公式 目前，人们已经积累了大量的切削力实验数据，对于一般加工方法，如车削、孔加工和铣削等已建立起了可直接利用的经验公式。 测力实验的方法有单因素法和多因素法，通常采用单因素法。即固定其它实验条件，在切削时分别改变背吃刀量ap和进给量f，并从测力仪上读出对应切削力数值，然后经过数据整理求出它们之间的函数关系式。 通过切削力实验建立的车削力实验公式，其一般形式为： 注意：切削力实验公式是在特定的实验条件下求出来的。在计算切削力时，如果切削条件与实验条件不符，需乘一个修正系数KF，它是包括了许多因素的修正系数乘积。修正系数也是用实验方法求出。 三、单位切削力、切削功率和单位切削功率 1、单位切削力p：是指切除单位切削层面积所产生的主切削力。可用下式表示： 上式表明，单位切削力p与进给量f有关，它随着进给量f增大而减小。单位切削力p不受背吃刀量ap的影响。 单位切削力p可查手册，利用单位切削力P来计算主切削力Fz较为简易直观。 2、切削功率Pm：消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm(国标为Po)。 切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗功率。于是 Pm=(FzVc+Fxnwf/1000)×10-3 其中：Pm—切削功率（KW）； Fz—切削力（N）； Vc—切削速度（m/s）； Fx—进给力（N）； nw—工件转速（r/s）； f—进给量（mm/s）。 式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率，它占总功率5%左右，可以略去不计，于是 Pm=FzVc×10-3 按上式求得切削功率后，如要计算机床电动机的功率（PE）以便选择机床电动机时，还应考虑到机床传动效率。 PE≥Pm/ηm 式中：ηm—机床的传动效率，一般取为0.75～0.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。 3、单位切削功率Ps 单位切削功率Ps是指单位时间内切除单位体积金属Zw所消耗的功率。 四、切削力的变化规律 实践证明，切削力的影响因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料刀具磨损状态和切削液等。 1、工件材料 （1）硬度或强度提高，剪切屈服强度τs增大，切削力增大。 （2）塑性或韧性提高，切屑不易折断，切屑与前刀面摩擦增大，切削力增大。 2、切削用量
超声波振动切削原理
超声波振动切削原理 一、超声波振动切削原理 超声振动切削，是使刀具以20-40KHz的频率，沿切削方向高速振动的一种特种切削技术。超声振动切削从微观上看是一种脉冲切削，在一个振动周期中，刀具的有效切削时间很短，一个振动周期内绝大部分时间里刀具与工件切屑完全分离，刀具与工件切屑断续接触，切削热量大大减少，并且没有普通切削时的“让刀”现象。?利用这种振动切削，在普通机床上就可以进行精密加工，圆度、圆柱度、平面度、平行度、直线度等形位公差主要取决于机床主轴及导轨精度，最高可达到接近零误差，使以车代磨、以钻代铰、以铣代磨成为可能。与高速硬切削相比，不需要过高的机床刚性，并且不破坏工件表面组织，在曲线轮廓零件的精加工中，可以借助数控车床、加工中心等进行仿形加工，可以节约高昂的数控磨床购置费用。 超声波振动切削用于各种难以磨削而对表面质量及精度要求较高的零件的精加工，具有很大的优越性。超声波振动切削装置由超声波发生器、换能器、变幅杆及刀具等四部分组成，由超声波发生器发出的高频电讯号经换能器转化为高频机械振动，再由变幅杆将振动的振幅放大并施加到道具上，一般将换能器与变幅杆组成的部件称为声学头。 二、超声振动切削的优势特点 1.切削力小，约为普通刀具切削力的1/3—1/10； 2.加工精度高； 3.切削温度低，工件保持室温状态； 4.不产生积屑瘤，工件变形小，没有毛刺； 5.粗糙度低，可接近理论粗糙度值； 6.被加工零件的“刚性化”，即与普通切削相比，相当于工件刚性提高；
7.加工过程稳定，有效消除颤振； 8.切削液的冷却，润滑作用提高； 9.刀具耐用度呈几倍到几十倍提高； 10.工件表面呈压应力状态，耐磨性、耐腐蚀性提高； 11.切削后的工件表面呈彩虹效果。 三、超声振动切削的应用范围 (一)难切削材料的加工 不锈钢、淬硬钢、高速钢、钛合金、高温合金、冷硬铸铁以及陶瓷、玻璃、石材等非金属材料，由于力学、物理、化学等特性而难以加工,如采用超声振动切削则可化难为易。 （二）难加工零件的切削加工 如易弯曲变形的细长轴类零件、小径深孔、薄壁零件、薄盘类零件与小径精密螺纹以及形状复杂、加工精度与表面质量要求又较高的零件。 (三)高精度、高表面质量工件的切削加工 (四)排屑、断屑比较困难的切削加工 四、超声振动切屑的应用领域 广泛应用于航空、航天、军工等领域。
切削力计算的经验公式
切削力计算的经验公式 通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种：一是指数公式，二是单位切削力。 1 ．指数公式 主切削力(2-4) 背向力(2-5) 进给力(2-6) 式中F c————主切削力（N）； F p————背向力（N）； F f————进给力（N）； C fc、C fp、C ff————系数，可查表2-1； x fc、y fc、n fc、x fp、y fp、n fp、x ff、y ff、n ff ------ 指数，可查表2-1。
K Fc、K Fp、K Ff ---- 修正系数，可查表2-5，表2-6。 2 ．单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，见表2-2。 kc=Fc/A d=Fc/(a p·f)=F c/(b d·h d) (2-7) 式中A D -------切削面积（mm 2）； a p ------- 背吃刀量（mm）； f - ------- 进给量（mm/r）； h d -------- 切削厚度（mm ）； b d -------- 切削宽度（mm）。 已知单位切削力k c ,求主切削力F c F c=k c·a p·f=k c·h d·b d (2-8) 式2-8中的k c是指f = 0.3mm/r 时的单位切削力，当实际进给量f大于或小于0.3mm /r时，需乘以修正系数K fkc，见表2-3。
表2-3 进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数 K fkc，K fps
切削力计算经验式
切削力计算经验式
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您 要 打 印 的 文 件 是： 切 削 力 计 算 的 经 验 公 式 打印本文 切削力计算的经验公式 作者：佚名转贴自：本站原创 1．计算切削力的指数公式常用的指数公式如下： 式中Fc、Fp、Ff ─分别为主切削力、背向力、进给力； CFc、CFp、C Ff ─决定于被加工材料和切削条件的系数； xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf ─公式中切削用量的指数； KFc、KFp、KFf ─三个分力计算中，当实际加工条件与求得经验公式的条件不同时，各种因素对切削力影响的修正系数之积。 各系数、指数及修正系数之值可查阅《金属切削手册》。 2．用单位切削力算主切削力已取得了不同刀具、工件材料及不同加工条件下的单位切削力和单位切削功率的实验统计数据。从手册中可查到这些数据。表3-2几种常用材料的单位切削力、单位切削功率，由式(3-13)计算出Fc。 表3—2 硬质合金外圆车刀切削常用金属材料的单位切削力、单位切削功率 工件材料 单位切削功率 /[KW/(mm3/s)]单位切削 力 /(N/mm2) 实验条件 名称牌号 制造热处 理状态硬度 /HBS 刀具几何参数切削用量范围 钢45 热轧或正 火187196210-61962 =15° 前 刀 br1=0 Vc=1.5~1.75m/s ap=1~5mm
调质(淬火高温回火)229230510-62305 =75° =0° 面 带 卷 屑 槽 br1=0.1~0.15mm f=0.1~0.5mm/r 淬硬(淬火低温回火)44(HRC)264910-62649 r01=-20° 40Cr 热轧或正 火 212196210-61962 br1=0 调质(淬火 高温回火) 285230510-62305 r01=-20°br1=0.1~0.15mm 灰铸 铁 HT200退火170111810-61118br1=0平前刀面,无卷屑槽 Vc=1.17~1.42m/s ap=2~10mm f=0.1~0.5mm/r 3．影响切削力的因素 ⑴工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，剪切强度τs越大，虽然切削厚 度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。
超声振动钻床的设计开题报告
毕业设计(论文)开题报告题目：超声振动钻床的设计 学院：机械工程学院 专业：机械设计制造与自动化 学生： XXX 学号： 0
开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。 2．开题报告容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。 4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计（论文）说明书》等资料装入文件袋中。
毕业设计（论文）开题报告 1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。 文献综述 引言 1 超声振动系统的研究进展及其应用 超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。在传统应用中，超声振动系统大都采用一维纵向振动方式，并按“全调谐”方式工作。但近年来，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。 日本研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端，该振动系统换能器的压电瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。 日本还研制成一种新型“纵-弯”型振动系统，并已在手持式超声复合振动研磨机上成功应用。该系统压电换能器也采用半圆形压电瓷片产生“纵-弯”型复合振动。 日本金泽工业学院的研究人员研制了加工硬脆材料的超声低频振动组合钻孔系统。将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合，制造了一台组合振动钻孔设备，该设备能检测钻孔力的变化以及钻孔精度和孔的表面质量，并用该组合设备在不同的振动条件下进行了一系列实验。实验结果表明，将金刚石中心钻的超声振动与工件的低频振动相结合是加工硬脆材料的一种有效方法。 东南大学研制了一种新型超声振动切削系统。该系统采用压电换能器，由超声波发生器、匹配电路、级联压电晶体、谐振刀杆、支承调节机构及刀具等部分组成。当发生器输出超声电压时，它将使级联晶体产生超声机械伸缩，直接驱动谐振刀杆实现超声振动。该装置的特点是：能量传递环节少，能量泄漏减小，机电转换效率高达90%左右，而且结构简单、体积小，便于操作。 航空工业学院建立了镗孔用超声扭转振动系统，采用磁致伸缩换能器，将超声波
切削力计算的经验公式.-切削力计算
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度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。 图3-15 切削速度对切削力的影响 切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。 ⑶刀具几何参数的影响 ①前角的影响前角γo加大，被切削金属的变形减小，切削厚度压缩比值减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。因此，切削力减小。但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆铜等)，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。 ②负倒棱的影响前刀面上的负倒棱(如图3-16a)，可以提高刃区的强度，
超声加工技术的研究现状及其发展趋势
超声加工技术的概况及其未来发展趋势分析 摘要：结合了近年来超声加工技术的发展情况，综述了超声振动系统的研究发展和超声加工技术在深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、难加工材料的加工、超声振动切削、超声复合加工等方面的最新应用，并阐述了超声加工技术的发展趋势。 关键词：超声加工；超声振动系统；超声复合加工；微细超声加工；超声振动切 Abstract:Based on the up to date of the development of ultrasonic machining technology, review the research and development of ultrasonic vibration system and ultrasonic machining deep hole processing technology, drawing mold and cavity mold polishing, machining difficult materials, the ultrasonic vibration cutting, ultrasonic compound in processing and other aspects of the latest applications, and describes the ultrasonic machining technology trends. Key words:ultrasonic machining; ultrasonic vibration system; ultrasonic composite processing; micro ultrasonic machining; ultrasonic vibration cutting 超声加工是利用超声振动工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。 超声加工原理图 几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。 1 超声振动系统的研究概况及其应用 超声振动系统由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是超声设备的核心部分。在传统应用中，超声振动系统大都采用一维纵向振动方式，并按“全调谐”方式工作。但近年来，随着超声技术基础研究的进展和在不同领域实际应用的特殊需要，对振动系统的工作方式和设计计算、振动方式及其应用研究都取得了新的进展。 日本研究成功一种半波长弯曲振动系统，其切削刀具安装在半波长换能振动系统细端，该振动系统换能器的压电陶瓷片采用半圆形，上下各两片，组成上下两个半圆形压电换能器(压电振子)，其特点是小型化，结构简单，刚性增强。 东南大学研制了一种新型超声振动切削系统。该系统采用压电换能器，由超声波发生器、匹配电路、级联压电晶体、谐振刀杆、支承调节机构及刀具等部分组成。当发生器输出超声电压时，它将使级联晶体产生超声机械伸缩，直接驱动谐振刀杆实现超声振动。该装置的特点是：能量传递环节少，能量泄漏减小，机电转换效率高达90%左右，而且结构简单、体积小，便于操作。
切削力 计算的经验公式
切削力计算的经验公式 切削力计算的经验公式2011-12-0521:31通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种:一是指数公式，二是单位切削力。 1.指数公式 主切削力(2-4) 背向力(2-5) 进给力(2-6) 式中Fc--主切削力(N); Fp--背向力(N); Ff--进给力(N); Cfc、Cfp、Cff--系数，可查表2-1; xfc、yfc、nfc、xfp、yfp、nfp、xff、yff、nff--指数，可查表2-1。 KFc、KFp、KFf--修正系数，可查表2-5，表2-6。 2.单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，见表2-2。 kc=Fc/Ad=Fc/(apf)=Fc/(bdhd)(2-7) 式中AD---切削面积(mm2); ap---背吃刀量(mm); f----进给量(mm/r); hd--切削厚度(mm); bd--切削宽度(mm)。 已知单位切削力kc,求主切削力FcFc=kcapf=kchdbd(2-8) 式2-8中的kc是指f=0.3mm/r时的单位切削力，当实际进给量f大于或小于0.3mm/r时，需乘以修正系数Kfkc，见表2-3。
表2-3进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数Kfkc， Kfpsf/(mm/r) 0.10.150.20.250.30.350.40.450.50.6Kfkc，Kfps1.181.111.061.031 0.970.960.940.9250.9 切削力的来源、切削分力 金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性和塑性变形;同时工件与刀具之间的相对运动存在着摩擦力。如图2-15所示，作用在刀具上的力有两部分组成: 1.作用在前、后刀面上的变形抗力Fnγ和Fnα; 2.作用在前、后刀面上的摩擦力Ffγ和Ffα。 这些力的合力F称为切削合力，也称为总切削力。总切削力F可沿x,y,z 方向分解为三个互相垂直的分力Fc、Fp、Ff，如图2-16所示。主切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力;背向力Fp总切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力;进给力Ff总切削力在进给运动方向上的分力。 车削时各分力的实用意义如下: 主切削力Fc作用于主运动方向，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。 背向力Fp纵车外圆时，背向力Fp不消耗功率，但它作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工件在水平面内变形，影响工件精度，并易引起振动。Fp是校验机床刚度的必要依据。 进给力Ff作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。 影响切削力的主要因素 1.工件材料的影响 工件材料的物理机械性能、加工硬化能力、化学成分和热处理状态，都对切削力产生影响。 由表2-2可以看出，工件材料的硬度愈高，则切削力愈大。工件材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大。如1Cr18Ni9Ti等不锈钢。