单齿BTA深孔钻系统的研究与分析

发布时间：2017-04-11 04:15

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【摘要】：BTA深孔钻具有良好的加工质量、稳定的加工性能,使得其成为深孔加工中应用最为广泛的一类刀具。BTA深孔钻有单齿BTA深孔钻和错齿BTA深孔钻两种,由于BTA错齿深孔钻制造成本更高,且结构复杂,无法实现小深孔的加工,所以小直径孔的加工是由BTA单齿深孔钻来完成的。因此,虽说BTA错齿深孔钻应用更为广泛,但是在机械装备制造行业中BTA单齿深孔钻也是必不可少的。单齿BTA深孔钻钻头出现磨损、变形和钻杆的振动等现象将严重影响深孔钻的加工质量,所以需要对单齿BTA深孔钻系统展开一系列分析,为进行有针对性的刀具改进优化指明了方向。本文就深孔钻削以下4个难点展开分析:(1)钻头容易磨损断裂;(2)刀具系统易偏离加工中心;(3)钻削系统排屑难;(4)加工产生的热量难以散发。首先,介绍了深孔钻削的技术,以单齿BTA深孔钻为主,介绍了它的工作原理和钻头的结构特点单齿BTA深孔钻的结构特点。并对单齿BTA深孔钻钻头进行受力分析,依据钻头在钻削加工过程中的受力建立数学模型,求解切削力分量。选择确定了导向条的位置分布和参数,对钻削过程中的刀具稳定性进行了分析。然后,进行了单齿BTA深孔钻系统的力学特性分析。通过建立单齿BTA深孔钻的静力学模型对其力学性能进行了仿真分析,根据仿真中的应力应变云图得出磨损较为严重的部位,并结合实验对比验证了仿真的正确性。通过单齿BTA深孔钻的模态分析,得出其前十阶固有频率及变形振型图,了解了频率对振幅的巨大影响,为避免发生共振,提高加工过程的稳定性提供了依据。同时对单齿BTA深孔钻的钻杆进行谐响应分析,得出钻杆的共振频率,并对载荷频率进行调整,优化加载方式减小刀具振动幅度。最后,从改善刀具排屑性能与延长刀具寿命方面进行了合理加工参数的选择和切削液的选定,通过实验选择出最易排出的切削形态和切削参数;通过ANSYS模拟仿真选择出排屑效果和冷却效果最佳的切削液。切削形态和切削液的合理选择对改善刀具排屑性能,延长刀具寿命,改善工件加工精度方面都有着很重要的意义。
【关键词】：单齿BTA深孔钻 力学特性 切削液 模拟仿真
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究的意义10
• 1.2 深孔加工技术简介10-14
• 1.2.1 深孔钻削常见问题的分析11-12
• 1.2.2 深孔加工技术中难点的解决途径12-13
• 1.2.3 深孔钻削的工艺13-14
• 1.3 深孔加工技术的国内外发展现状14-17
• 1.3.1 深孔钻削的工艺发展14-16
• 1.3.2 BTA深孔钻削的国内外发展现状16-17
• 1.4 课题来源17-18
• 1.5 主要研究内容18-20
• 2 单齿BTA深孔钻力学模型的分析20-47
• 2.1 BTA钻简介20-25
• 2.1.1 BTA深孔钻结构特点20-22
• 2.1.2 切屑处理方式22-25
• 2.2 BTA深孔钻工作原理25
• 2.3 单齿BTA深孔钻的受力分析25-33
• 2.3.1 单齿BTA钻钻削力学模型的建立27-29
• 2.3.2 求解深孔钻削中各个切削力分量29-31
• 2.3.3 钻削力扭矩MA的测量方法31-32
• 2.3.4 轴向切削力FT的测量方法32-33
• 2.4 对导向条位置分布和受力的分析以及尺寸参数的确定33-37
• 2.4.1 对导向条位置分布和受力的分析33-35
• 2.4.2 导向条尺寸参数的确定35-37
• 2.5 钻削稳定性分析37-41
• 2.6 振动分析41-46
• 2.6.1 深孔钻削的动力学模型41-42
• 2.6.2 瞬态切削力的计算42-44
• 2.6.3 深孔钻削中的振动分析44-46
• 2.7 结论46-47
• 3 单齿BTA深孔钻系统力学特性分析47-66
• 3.1 刀具的结构47-48
• 3.2 单齿BTA钻的静力学特性分析48-53
• 3.2.1 结构静力学的分析理论48-49
• 3.2.2 有限元求解步骤49-53
• 3.3 单齿BTA钻的实际钻削实验53-55
• 3.4 单齿BTA钻的模态分析55-59
• 3.4.1 模态分析的基础思想56
• 3.4.2 模态分析的理论依据56-57
• 3.4.3 模态计算结果分析57-59
• 3.5 深孔钻杆的谐响应分析59-64
• 3.5.1 谐响应分析的理论依据60-62
• 3.5.2 谐响应计算结果分析62-64
• 3.6 结论64-66
• 4 单齿BTA深孔钻排屑与冷却系统分析研究66-81
• 4.1 切削参数对排屑的影响66-68
• 4.1.1 深孔钻削切屑形态研究66
• 4.1.2 实验过程以及其数据分析66-68
• 4.2 不同切削液对冷却与排屑效果的影响68-80
• 4.2.1 切削液模拟仿真和试验68-69
• 4.2.2 切削液的基本物理性质69-70
• 4.2.3 深孔刀具中不同切削液物性参数的确定70-71
• 4.2.4 模拟仿真的结果分析71-80
• 4.3 结论80-81
• 5 总结与展望81-83
• 5.1 总结81-82
• 5.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果87-88
• 致谢88-89

【参考文献】

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本文编号：298294