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步进式振动攻丝运动学分析及实验研究

张家鑫  
【摘要】: 振动攻丝是一种非传统的脉冲式攻丝方法,在近几十年的发展中,其良好的工艺效果已引起国内外研究者和工业界的普遍关注。本文在往复式振动攻丝技术研究的基础上,从理论和实验两个方面对步进式振动攻丝技术进行了探索性研究,得出了一些对实际加工具有一定指导意义的结论。 论文首先对国内外振动攻丝技术及设备的发展进行了综述,在对往复式振动攻丝技术调查研究的基础上,制定了步进式振动攻丝实现方案。通过建立步进式振动攻丝运动模型,绘制了切削刃上某点随时间变化的轨迹曲线和速度曲线,通过步进式振动攻丝的刀刃轨迹曲线与往复式振动攻丝的刀刃轨迹曲线的对比分析,说明两种方式在加工过程中有区别,但两种振动方式下的曲线都具有周期性。最后从理论上分析了振动切削参数(振幅、频率及刀具转速)对切削时间比、最大切削速度、刀刃运动轨迹等的影响规律。 其次,为了揭示步进式振动攻丝的切削机理,从丝锥的扭矩特性、切屑的形成机理、轴向力和径向力对加工精度的影响等方面进行了探讨,应用金属晶体位错理论对切屑的形成进行了解释,为后续的实验研究提供了基础。 最后,为了研究步进式振动攻丝的实际应用特点,基于所开发的步进式振动切削装置,通过不锈钢的振动攻丝实验,研究了三个方面内容:(1)加工参数(刀具转速n、振动频率f,振幅a)对螺纹配合间隙量的影响规律,并与普通机动攻丝、往复式振动攻丝结果进行了比较,发现步进式振动攻丝所获得的螺纹配合间隙较小。(2)加工参数对切屑形状的影响规律,并与普通机动攻丝、往复式振动攻丝所获得切屑进行了比较,发现普通机动攻丝的切屑短小,且弯曲度小,而往复振动攻丝和步进振动攻丝的切屑长而卷曲。(3)加工参数对螺纹牙型的影响规律,并与普通机动攻丝、往复式振动攻丝所获得螺纹牙型进行了比较,发现普通机动攻丝和步进式振动攻丝对一侧牙型产生“陷切”,往复式振动攻丝在螺纹的两侧牙型均产生“陷切”,并对产生“陷切”现象进行了解释。


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