武慧紅

（伯曼機械制造上海有限公司，上海 201700）

0 引 言

振動切削的實質(zhì)是在鉆頭（或工件）工作的同時，對鉆頭（或工件）施加某種有規(guī)律的振動，使鉆頭在振動中切削，形成脈沖式的切削力波形，使切削用量按某種規(guī)律變化，達(dá)到改善切削效能的目的[1]。深孔加工占有重要地位，深孔通常是指長度大于直徑5倍以上的孔。普通鉆孔時，所形成的是長度不同的帶狀切屑，常常發(fā)生周期性的堵塞,很容易使鉆頭折斷；切屑經(jīng)常堵塞在螺旋槽內(nèi)，不僅產(chǎn)生劇烈摩擦，也會嚴(yán)重劃傷孔的表面，降低孔的表面質(zhì)量。振動鉆孔可以控制切屑的大小和形狀，配合負(fù)壓抽屑裝置，很容易排屑，防止內(nèi)孔氧化發(fā)黑、內(nèi)孔劃痕、裂紋產(chǎn)生，提高工件加工精度和表面質(zhì)量。振動鉆削深孔是目前國內(nèi)外解決小直徑深孔加工的一種重要工藝方法。強迫振動鉆削裝置的形式有：機械、電磁、電氣、氣動、液壓等基本形式。有的學(xué)者已對電磁振動鉆削裝置進(jìn)行研究[2-5]，在其電磁振動理論和深孔振動加工分析基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了一種電磁式軸向深孔振動鉆削裝置并進(jìn)行了分析，能為深孔加工提供新的技術(shù)工藝。

1 電磁式軸向振動的工作原理

圖1 電磁式振動原理圖

電磁式軸向振動的核心部件是電磁振動裝置。電磁振動裝置是將電能轉(zhuǎn)換成直線運動機械能的傳動裝置，不需任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，它可看成是將一臺旋轉(zhuǎn)電機剖開并展成平面而成，見圖1。由定子演變的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變的一側(cè)稱為次級；改變電流方向便可改變運動方向，改變電流大小可改變運動速度和力的大小。

圖2直線電機的初級繞組中，通入三相對稱正弦電流后會產(chǎn)生一個氣隙磁場，這個氣隙磁場沿直線方向呈正弦形分布。當(dāng)三相電流隨時間變化時，氣隙磁場將按A，B，C相序沿直線移動，它與旋轉(zhuǎn)電機不同的是，這個磁場是平移的，而不是旋轉(zhuǎn)的，稱為行波磁場。把次級導(dǎo)體看成是無限多根導(dǎo)條并列放置，這樣在行波磁場的切割下，次級感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生電流，電流與氣隙磁場相互作用便產(chǎn)生電磁推力，此時，電機次級是運動件，將受電磁推力做直線運動。

圖2 電磁式軸向振動結(jié)構(gòu)簡圖

2 主要技術(shù)參數(shù)的分析計算

根據(jù)BTA深孔鉆斷屑機理研究結(jié)論[6]，當(dāng)切削條件滿足式（1）時，切削過程是間斷的，能夠可靠斷屑。

式中：A為振幅，mm；fr為進(jìn)給量，mm/r；x為刀尖軸向位移，0≤i≤1；n為主軸轉(zhuǎn)速，r?min-1。由式（1）可初步選擇保證斷屑的比例關(guān)系。實際生產(chǎn)中，先選進(jìn)給量 fr，再按 fr算出保證斷屑的最小振幅，然后在保證工藝系統(tǒng)穩(wěn)定條件選擇i的數(shù)值，使鉆頭在最佳條件下工作。這樣就可在鉆孔中的切屑形成過程實現(xiàn)主動控制。根據(jù)式（1），初取：2A/fr=5.6，進(jìn)給量 fr=0.025 mm/r，頻率f=50 Hz，振幅 A=0.07 mm，工件轉(zhuǎn)速 n=1400 r/min。脈沖電流，見圖3，其中電流I的方向與刀具進(jìn)給方向相反，-I與刀具進(jìn)給方向一致，其中大小可調(diào)整，周期T也可根據(jù)加工需要調(diào)整。

圖3 脈沖電流

3 電磁式振動鉆削裝置的總體結(jié)構(gòu)

圖4 電磁式深孔振動結(jié)構(gòu)簡圖

電磁式深孔振動結(jié)構(gòu)簡圖，見圖4，主要由SIED數(shù)控深孔鉆床床身、輸油器、電磁式振動裝置、負(fù)壓抽屑裝置等組成。工作時，主軸電機帶動工件旋轉(zhuǎn)作主運動，進(jìn)給電機帶動刀具作進(jìn)給運動，電磁式振動裝置帶動鉆桿及刀具，隨著電磁鐵作軸向振動，實現(xiàn)振動鉆削[1]。其工作原理是：切削液分成兩條路線，分別供給輸油器和負(fù)壓抽屑裝置（一部分切削液通過A口進(jìn)入輸油器，并從鉆桿外壁與已加工孔表面之間的環(huán)形空間到達(dá)鉆頭頭部，并將切屑從鉆桿內(nèi)部推出；另一部分切削液通過B口進(jìn)入負(fù)壓抽屑裝置，產(chǎn)生一定的負(fù)壓，將切屑排出）。工作時，給電磁式振動裝置通電，可按加工需要改變電流的大小調(diào)整振動參數(shù)，達(dá)到理想的振動切削效果；利用這種振動裝置，配合使用負(fù)壓抽屑系統(tǒng)，能可靠解決加工深孔時的斷屑排屑問題。

4 結(jié)束語

利用電磁式振動裝置有效地解決了斷屑問題，采用負(fù)壓抽屑裝置有效地解決了排屑問題。電磁式軸向振動裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于在機床上安裝；通過調(diào)節(jié)交流電電流的頻率和大小，即可改變鉆桿的頻率和振幅，調(diào)整方便，并可連續(xù)調(diào)整，適應(yīng)性強。

[1] 王世清.深孔加工技術(shù)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[2] 馬清艷，王彪，劉永姜，等.電磁式軸向深孔振動鉆削裝置的設(shè)計與分析[J].機械設(shè)計與研究，2011（6）:69-71.

[3] 高印寒，王昕，代漢達(dá).永磁振動鉆削排屑分析[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2003,34(5)：143-146.

[4] 宛劍業(yè),張啟明，高秀艷，等.永磁振動鉆床的研制及其工藝效果分析[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報，1999，19（6）：26-28.

[5] 宛劍業(yè)，高印寒.永磁振動鉆削裝置[J].機械工程師，2000（5）：11-11.

[6] 李英，曹選平.BTA深孔鉆斷屑研究[J].工具技術(shù)，2007，41（11）：94-97.

[7] 王峻.現(xiàn)代深孔加工技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社，2005.