深孔加工中振动的产生原因和消除方法(2)

　　∴钻孔切削扭矩

　　M = Cm .Dxm.Sym.Km =345×1202×0.050.8×1.06

　　= 479361（N.mm）

　　在这样大的扭矩下，可以产生多大的扭转角？

　　扭转角 φ=（5.84×108）M / {G（d4-d4）L} [5]

　　式中：φ — 扭转角

　　G — 材料切变模量， G = 8.1×104

　　d — 钻杆外径， d = 115

　　do — 钻杆内径，do = 65

　　L — 钻杆长度。 L = 2000

　　∴φ= （5.84×108）M / {G（d4-d4）L}

　　= （5.84×108）479361 / {8.1×104

　　（1154-654）2000}

　　= 0.096 （度）

　　钻头的扭转量 Δ= tgφ×2000 = 3.4 mm

　　从钻孔的端面振纹看，振纹间距约4 mm，这和计算的振动量基本相同。

　　三是材料切削振纹引起的振动。

　　在深孔钻头中各齿切削宽度之间有一定的重合量，切削刃会有一部分重复切削前一次或前一个切削刃切削过的表面。如果由于某种原因在已加工表面上残留有振纹，则当刀具再一次切削这些表面时，切削厚度就会发生变化。切削厚度的变化引起切削力波动，又激起刀具与工件的相对振动，使系统产生振动位移，并再次残留下振纹。如此重复循环。

　　四是加工孔（工件） 轴线和刀具的旋转轴线不同心引起的振动（工件旋转）。

　　用深孔钻钻头直接定位钻孔时，加工孔（工件） 轴线和刀具转轴线很难不出现偏心现象，都会有一定的不同轴度误差，由于这个误差的存在，就会在工件旋转的深孔加工过程中出现和旋转速度相同周期的振动现象。

　　3 深孔加工中振动的消除方法

　　深孔加工中消除振动的方法主要有以下几个方面：

　　（1）加强机床刚度。机床刚度的影响主要体现在机床上各部件之间的连接上，床身等部件的刚度和钻杆相比要大很多。所以，只要把机床各部件之间的连接间隙消除并连接紧密，深孔加工中机床的刚度的影响就很小。

　　（2）增强钻杆的刚度。钻杆刚度不足是深孔加工中振动的主要原因。深孔钻杆外径是一定的，不能有多少改变。要增强钻杆刚度，只有尽量减小内孔直径，选用更高强度的材料和采用合理的热处理方法。

　　（3）改善刀具切削角度。增大前角可以减小切削力，但是增大了前角同时又会降低了刀具强度和散热条件。在考虑切削角度的同时，合适的断屑槽对顺利排屑非常重要。现在深孔加工刀片已有专用产品，可以根据加工材料进行选用。

　　（4）改善刀具润滑条件。切削液在钻削加工中，具有降低切削区温度，排出切屑的重要功能。同时对减少刀具磨损，提高加工效率和加工精度也非常重要。不同种类的切削液对减少工件、刀具、切屑之间的摩擦力效果是不同的。油性越强的切削液越有利于减小工件、刀具、切屑之间的摩擦力，对减小切削振动越有利。

　　（5）提高加工孔（工件）和刀具旋转轴线的同轴度。要提高加工孔（工件）和刀具旋转轴线的同轴度，最主要的方法是要提高机床夹持的旋转工件和刀具的同轴度精度。不同轴度误差对工件固定刀具旋转和刀具固定工件旋转两种方式的影响是不一样的。如果两条轴线有不同轴度误差，对工件固定刀具旋转这种加工方式，加工孔（工件） 轴线和刀具的旋转轴线不同心引起的振动这种问题几乎没有影响；而对刀具固定工件旋转，则会造成加工孔（工件） 轴线和刀具的旋转轴线不同心引起的振动。

　　4 结语

　　在深孔钻床和钻具的研制过程中，通过分析研究，反复实践，并通过采用专用深孔钻刀片，将表面活性剂切削液换成机械油润滑剂，最后又将钻杆由20钢管换成内径60的20CrMn钢管，其屈服强度（σ0.2/Mpa）提高了（235提高到930）近四倍。通过这些改进之后，钻孔加工的振动现象明显减小，满足了使用要求。

　　参考文献

　　[1] 席卫峰.亚干式深孔加工切削机理研究[D].机械制造及其自动化，2010.

　　[2] 屈维德.机械工程手册[M].机械工业出版社，1982.

　　[3] 廖结安.亚干式深孔加工切削机理研究 [J].机械设计与制造，2010（12）.

　　[4] 武文革.金属切削原理与刀具[M].国防工业出版社，2009.

　　[5] 吴宗泽.机械设计师手册[M].下册机械工业出版社，2003.