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1、目录目录I摘要IIIABSTRACTIV第一章 绪论11.1引言11.2深孔加工技术国内外现状11.2.1国外深孔加工技术发展现状11.2.2国内深孔加工技术发展现状31.3 深孔加工的特点41.4课题研究的背景、意义以及发展趋势51.5 课题的研究内容6第二章 深孔加工方法及问题分析72.1 深孔加工方法72.1.1 扁钻72.1.2 枪钻82.1.3 BTA深孔加工系统92.1.4 双管喷吸钻系统102.1.5 DF(Double Feeder system)系统112.1.6 单管内排屑深孔喷吸加工技术(SIED技术)122.1.7 深孔扩钻(Counterboring)技术122.2
2、常用深孔加工方法对比分析132.3 深孔加工注意事项与问题分析142.3.1加工时应注意的问题142.3.2深孔钻常见问题及产生原因142.4深孔加工系统的选用152.5本章小结15第三章 深孔钻削的力学特性分析153.1深孔钻削刀具的力学模型163.1.1 BTA内排屑深孔钻的力学模型163.2深孔钻削各切削力的求解183.2.1钻削力的测量183. 2. 2钻削力分量求解193. 3导向块位置角的分布分析203.4 本章小结224.1 深孔钻削加工的动态钻削力224.2机床振动理论234.2.1金属切削过程的自激振动244.2.2强迫再生颤振314.2.3提高机床切削稳定性的基本途径334
3、.3深孔钻削过程中的振动分析344.3.1深孔钻削加工过程的动力学模型344.3.2瞬时动态钻削力的计算364.3.3深孔钻削加工过程的振动分析374.4 本章小结38第五章 深孔钻削仿真分析385.1 深孔钻削加工仿真分析395.2本章小结47第六章 结论47参考文献49致谢52摘要随着科学技术的进步，产品的更新换代周期越来越短，新型的高硬度、高强度、高精度零件不断涌现，无论是对深孔加工的效率、加工的质量，还是加工成本都提出了更高的要求。由于深孔加工难度高、加工工作量大等特点，目前仅有为数不多的国外公司保持着对深孔加工的技术垄断。相对于国外，国内对于深孔加工技术、加工工艺以及深孔加工刀具和装
4、备的基础研究仍相对匮乏，距离国外技术差距巨大，深孔加工技术己成为国内科研工作者亟待解决的问题。本课题针对深孔加工系统的特点，介绍了几种比较典型的深孔加工方法，分析了深孔钻削加工的力学特性以及深孔加工金属切削过程中由于速度反馈和位移延时反馈所引起的颤振现象，并讨论了稳定切削的临界条件，建立了深孔钻削加工两自由度颤振动力学模型；使用Matlab Simulink对深孔钻削加工过程进行了仿真研究，结果表明：在稳态钻削时，由于刀刃断续切削，进而产生强迫振动，其振动频率为刀刃通过率的整数倍，其振动幅值与切削深度、主轴转速的变化趋势一致；临界切削厚度值并不随主轴转速的增加而增大，而是有一定周期性的变化；适
5、当的减小切削厚度，调整主轴转速可以提高系统钻削的稳定性，抑制颤振现象。本课题的研究有助于今后深孔钻削加工中改善深孔钻削性能，提高加工效率，优化切削参数。关键词：深孔加工；钻削；颤振；速度反馈；位移延时反馈ABSTRACTWith the advancement of science and technology, product life cycles are increasingly shorter, the new high hardness, high strength, high precision parts are emerging, both for deep hole mach
6、ining efficiency, the quality of processing, or processing costs have raised the higher requirements. Because the characteristics of high difficulty processing and workload, currently, only a small number of foreign companies monopoly the technology of deep-hole processing. Compared to foreign techn
7、ology, the basic research about the deep-hole machining, processing and deep processing tools and equipments, is still relatively scarce, there is a huge gap between foreign and domestic, deep processing technology has been an urgent problem what must be solved.Aiming at the characteristics of deep-
8、hole drilling system, this paper firstly analyzes the forces characteristics of deep-hole drilling. On the basic of it chatter of cutting processes is analyzed by speed feedback and displacement delaying feedback and curial condition of stability cutting is discussed. Secondly, dynamic model of deep
9、-hole drilling system with the two degrees of freedom are established in the light of principles of machining chatter in cutting processes. At the steady state of drilling, due to the intermittent cutting, then the forced vibration is excited, the vibration frequency is an integer multiple of the bl
10、ade passing rate, the trend of the vibration amplitude, the cutting depth, and the spindle speed is non-different. The critical cutting thickness does not increase with the spindle speed, but a certain periodic changes; Adjusting the cutting thickness and spindle speed can improve the drilling syste
11、ms stability, and suppress the chatter. All of this provides help for bettering ability and efficiency of deep-hole drilling，optimizing of cutting parameters.Key word：Deep-hole machining；Drilling；Chatter；Speed feedback；Displacement delaying feed-backIV第一章 绪论1.1引言深孔加工技术作为工业生产制造的重要技术，由于第二次世界大战对枪支火炮的精度
12、和生产效率的需求，在生产制造枪炮管的过程中，逐渐发展形成的一种重要技术。第二次世界大战以后，深孔加工技术由于高成本、高难度的特点，使其发展和应用限制在相对保密的军工领域。上世纪80年代后期，随着世界经济的快速发展，各行业迫切需要先进的深孔加工技术和深孔加工装备来改变现有的深孔加工水平，对深孔加工提出了更高的技术要求1。随着人们对产品的技术要求不断提高，不断的涌现出新型的高硬度、高强度、高精度零件，产品的更新换代速度越来越快，这要求更高的深孔加工效率、加工的质量和较低的加工成本。由于深孔加工存在着加工难度高、加工工作量大等特点，目前仅有为数不多的国外公司保持着对深孔加工的技术垄断。相对于国外，国
13、内对于深孔加工技术、加工工艺以及深孔加工刀具和装备的基础研究仍相对匮乏，距离国外技术差距巨大，深孔加工技术己成为国内科研工作者亟待解决的问题。 1.2深孔加工技术国内外现状1.2.1国外深孔加工技术发展现状18世纪后期，由于枪管和炮管要求有较深且精密的孔，枪匠们开始发展并使用深孔钻削加工技术，早起的深孔加工使用扁钻。直到1860年美国人发明了麻花钻，虽然麻花钻存在着扁钻和麻花钻不能连续排屑、润滑和冷却，钻头自导性不好，很容易走偏，工件报废率大而加工效率极低，但麻花钻的发明使得深孔加工领域中迈出了重要的一步。19世纪末至20世纪初，为了提高枪管的加工效率和加工精度，在麻花钻的基础上发明了枪钻深孔
14、加工方法：枪钻的钻头外径加有导向套，高压切削液由钻杆的内孔送入刀头，带走切屑和热量。枪钻是深孔加工技术的一次技术性飞跃，它解决了麻花钻在深孔加工中钻头的排屑困难，不易冷却及加工不连续等问题，但它仍属于外排屑加工方式，仍存在排屑不够通畅，且已加工的表面易被铁屑划伤等问题 2。1930年，随着刀具材料的发展，枪炮管的加工开始广泛采用高速钢制枪钻。在1943年，德国的Heller公司研制出Beisher加工系统，即我国常称的内排屑深孔钻削系统。二战后，国际上为了交换德国的Heller公司和瑞典卡尔斯德特公司的深孔加工技术，德国、瑞典、英国、法国为主要成员国联合组成了国际孔加工协会(Boring an
15、d Trepanning Association)，在Beisher加工系统的基础上开发了一种自导向、单边刃、高压切削液的内排屑深孔钻BTA钻（Beisher内排屑深孔钻）3。BTA钻具有切削力分布均匀，分屑，断屑性能好，钻削平稳可靠，钻削出的深孔直线性好等优点。并在枪钻的基础上改善了排屑条件，增加了钻杆的刚性，提高了孔的加工精度和效率。BTA深孔加工技术因对密封要求极为严格，限制了该项技术的推广与应用。20世纪60年代初，瑞典SANDVIK公司推出了基于BTA技术的双管喷吸式深孔钻(Double-bube Ejector Drills)，它是一种新型的实心深孔加工技术。其工作原理是当高压切削液通过一个狭小的通道(喷嘴)高速喷射时，在这股喷射流的周围产生一个低压区，形成负压，加速切削液带动切屑通过内管通道排出。它从根本上的解决了BTA系统密封结构复杂的问题，它不需要专用的机床设备，只要求普通机床具有足够的功率，必要的切速与机床结构的稳定性就能使用。20世纪70年代，日本冶金株式会社利用双管喷吸钻的负压抽屑机理，发明了DF(Double Feeder)单管喷吸钻，双管喷吸钻，这类钻在钻杆末端的输油器空腔中设置产生负压作用的喷嘴，改善了BTA钻中14 mm20 mm一段最容易发生堵屑故障的区间，改原双管系统为单管系统，增加
