振动钻削技术综述.docx

高本河王世清熊镇芹刘战锋吴序堂张振友!!!!!!摘 要 评述了振动钻削 高本河 王世清 熊镇芹 刘战锋 吴序堂 张振友 ! ! ! ! ! ! 摘 要 评述了振动钻削的概念和加工原理，介绍了国内外的研究和发展状况，指出了该项技 术研究中所存在的问题，并对今后的研究方向作了展望。 关键词：振动 孔加工 一、振动钻削 振动钻削是对难加工材料或难加工工序进行 加工的有效方法之一。振动钻削就是在传统的钻削 过程中给钻头 ! 或工件 加上某种有规律的、可控的 振动，使切削用量按某种规律变化，以达到改善切 削效能的一种本质的新颖的加工方法。在钻削过程 中，钻头与工件周期性地离开和接触，其运动速度 的大小和方向在不断地变化，这些特点使振动钻削 在对难加工材料或对难加工工序 ! 如小直径精密深 孔 的加工中，都得到了普通钻削难以想象的效果， 如切削力减小、切削温度降低、加工精度提高、刀具 寿命延长等，使钻削加工技术有了一个质的飞跃。 它按不同的分类方式可分为以下几类： ! # 按振动性质分 有自激振动钻削和强迫振 动钻削。自激振动钻削是利用切削过程中产生的振 动进行的，强迫振动钻削是利用专门的振动装置， 使钻头 ! 工件 产生有规律的可控的振动进行切削。 ! $ 按振动频率分 有高频振动钻削和低频振 动钻削：钻头 ! 或工件 的振动频率在 #%’( 以上的 称高频振动钻削或超声波振动钻削，其高频振动是 利用超声波发生器、换能器、变幅杆来实现的。这种 振动钻削方式以改善加工精度和表面粗糙度、提高 切削效率和效能、扩大切削加工适应范围为主要目 的；钻头 ! 或工件 的振动频率最高仅为几百赫兹的 称低频振动钻削，低频振动主要依靠机械或电液等 激振装置来实现，这种振动钻削方式以断屑为主要 目的，同时也可以有效地提高孔的加工精度。 ! ) 按振动施加的方向分 有轴向振动钻削、 扭转振动钻削和同时具有轴向和扭转两种振动的 复合振动钻削。 振动钻削在美、日、俄、英、德等先进工业国受到 了重视并取得了很大的发展，有些已进入了实际应 用阶段。 ! # 俄罗斯 在前苏联时期就已发表了一些有 价值的学术论文，#*+) 年，鲍乌曼工学院的鲍德拉 耶夫通过试验研究提出了振动钻削的冲击理论，认 为振动时钻头横刃的冲裁作用能明显改善横刃的切 削条件，并用弹塑性理论进行了分析论证。之后，该 学院还成功地开发出了液压低频振动深孔钻床，用 于加工 !),, 以上的难加工材料，使加工效率提高 了 $ 倍。 ! $ 美国 美国学者则研制出了结构简单、操作 方便的机械式轴向振动钻削装置，对 !- . /0,, 钢 件的钻削试验不但证明了该装置使用的可靠性，并 且获得了排屑顺利、孔加工精度提高和刀具寿命延 长等效果公司利用超声波振动进行深孔 钻削，使生产率提高了 )6 + 倍，而且还改善了表面粗 糙度和切屑形成过程并延长了刀具寿命，同时还消 除了钻削加工中的刀振现象。 ! ) 日本 日本对振动钻削的研究比较深入，许 多大学和研究机构都设有这个研究课题。其中最具 代表性的是宇都宫大学的偎部淳一郎教授，他在其 专著 7 # 8 中，对高频振动钻削作了详细地介绍和试验 研究，认为振动钻削具有普通钻削无可比拟的优越 性：断屑可靠，排屑顺畅，切削力减小，加工精度提 高，刀具耐用度延长等。这之后，足立胜重等用麻花 钻对黄铜进行了振动切削试验，使切削热下降了 )9: ；洼田英毅等将振动钻削和普通钻削的排屑效 果进行了切削对比，得出了振动钻削的排屑能力提 高了 )9 ; -9 倍的结论；鬼鞍宏猷等用麻花钻对振动 钻削的加工精度进行了研究，认为施加超声振动后， 将有效地提高微孔表面的加工精度。在振动钻削的 理论研究方面，偎部淳一郎率先对超声振动钻削获 二、国内外研究状况 ! 卷 第 期 述 综 术 技 削 钻 动 振 现状·趋势·战略得良好加工效果的 现状·趋势·战略 得良好加工效果的机理进行了探索，提出了钻头的 静止化和刚性化理论：即由于切削刃与工件的周期 性分离，使切削力成为脉冲力，因而在钻削过程中出 现钻头的位移并不随时间发生变化的静止化效果和 脉冲切削力使钻头抵抗弯曲变形能力提高的刚性化 效果。足立胜重则提出了低频振动断屑理论，即认 为若相邻切屑存在非零振动相位差，则相邻的切屑 会因薄弱环节的出现而折断，若相邻两转的振动相 位差为零，则无论如何都无法断屑。以上这些理论 已为世界上许多国家级专家学者所接受。在振动钻 削装置的设计方面，偎部淳一郎教授成功地研制出 了超声波扭转和低频轴向复合振动钻孔设备，极大 地增强了振动钻削的加工能力。可以说，振动钻削 在日本的发展水平代表了整个世界的领先。 ! # 中国 我国对振动钻削的研究世界已