振动攻丝机的毕业设计论文.pdf

1、南京工程学院毕业设计说明书（论文）1南 京 工 程 学 院毕 业 设 计 说 明 书 (论 文 )作 者 ： 胡 秀 美 学 号 ： Z03902127系 部 ： 机 械 工 程 系专 业 ： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 (机 械 电 子 )题 目 ： 内 凸 轮 齿 轮 式 低 频 振 动 挤 压 攻 丝 机指 导 者 ： 张 杰 (教 授 )评 阅 者 ： 2007 年 6 月 南 京南京工程学院毕业设计说明书（论文）2毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要摘 要科 学 技 术 的 进 步 促 进 了 新 、 难 加 工 材 料 的 应 用 ,在 难 加

2、 工 材 料 上 加 工 小 深 孔 内螺 纹 是 生 产 中 的 难 题 ,而 且 螺 纹 加 工 一 般 安 排 在 零 件 加 工 的 最 后 几 道 工 序 ,用 传 统方 法 在 难 加 工 材 料 上 攻 丝 ,极 易 引 起 丝 锥 折 断 ,造 成 零 件 报 废 ,从 而 延 误 工 期 并 造成 很 大 的 经 济 损 失 .因 此 解 决 难 加 工 材 料 小 深 孔 螺 纹 的 加 工 是 当 务 之 急 .作 者 介 绍了 一 种 新 型 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构 的 振 动 挤 压 攻 丝 机 ,并 分 析 了 传 统 振 动 攻 丝 机 的优 缺 点

3、.振 动 攻 丝 工 艺 是 指 在 刀 具 或 工 件 上 附 加 一 个 有 规 律 的 振 动 ,使 传 统 攻 丝 方法 的 连 续 切 削 过 程 变 成 间 断 、 瞬 间 和 重 复 的 脉 动 切 削 过 程 ,以 达 到 降 低 攻 丝 扭 矩 、提 高 刀 具 寿 命 和 提 高 螺 纹 精 度 的 目 的 .针 对 现 有 振 动 攻 丝 机 存 在 的 缺 点 ,作 者 提 出了 一 种 新 型 的 机 械 式 周 向 振 动 主 轴 激 振 驱 动 器 ,将 NGW 周 转 轮 系 经 过 型 转 化 综 合成 两 自 由 度 的 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构

4、,有 效 地 实 现 了 周 向 振 动 钻 床 所 需 求)sin(0 atA 输 出 运 动 规 律 .解 决 了 周 向 振 动 钻 床 主 轴 激 振 驱 动 器 设 计 的 技术 关 键 ,为 Z 向 振 动 切 削 加 工 理 论 应 用 于 孔 类 表 面 加 工 ,提 供 了 设 备 技 术 保 障 .简要 回 顾 了 振 动 切 削 的 主 要 发 展 过 程 ,综 述 了 国 内 在 振 动 切 削 数 学 模 型 、 试 验 与 实 用系 统 和 本 质 与 机 理 等 方 面 的 研 究 与 发 展 ,同 时 展 望 了 振 动 切 削 理 论 研 究 及 应 用 技术

5、 的 发 展 趋 势 .关 键 词 组 合 机 构 凸 轮 机 构 齿 轮 机 构 激 振 器 低 频 振 动 振 动 攻 丝南京工程学院毕业设计说明书（论文）3毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Low frequency vibration-tapping MachineAbstractAs a kind of new technology of machining internal thread ,vibratory tappingplays an important role in machining internal thread which is charac

6、terizedby small diameter ,big depth or difficult-to-machining .Repeated cuttingtimes is an important cutting parameter of vibratorytapping .Therefore ,it is necessary to study it. Firstly, this paper simplyintroduces repeated cuttingtimes. Secondly, the reason why repeated cutting causes decrease in

7、 tappingtorque was analyzed .At last, based on the experimental results, a formulabetween average tapping torque and repeated cutting times was built .Usingthisformula, repeated cutting times was optimized .This kind of method can beused to instruct the choice of repeated cutting times .Keywords : V

8、ibratory tapping ,Repeated cutting times ,Torque南京工程学院毕业设计说明书（论文）4前 言毕 业 设 计 是 对 大 四 学 生 在 校 学 习 期 间 专 业 考 核 的 重 要 环 节 ， 通 过 系 统 的 运 用 基 础知 识 、 基 本 技 能 以 及 设 计 能 力 、 逻 辑 分 析 能 力 、 调 查 研 究 、 查 阅 文 献 、 收 集 资 料 、 撰写 论 文 等 各 方 面 能 力 进 行 的 综 合 设 计 的 过 程 ， 将 所 学 习 的 理 论 知 识 和 现 实 设 计 生 产 做了 初 步 尝 试 性 结 合

9、。 毕 业 设 计 的 重 要 性 还 在 于 锻 炼 了 我 们 的 设 计 思 维 能 力 ； 拓 宽 了 我们 的 知 识 视 野 ； 形 成 了 脚 踏 实 地 、 敢 于 攻 坚 的 顽 强 精 神 ； 养 成 了 虚 心 好 学 、 团 队 协 作的 优 良 作 风 。本 毕 业 设 计 的 主 要 特 点 有 ：1 机 构 创 新该 新 型 挤 压 攻 丝 机 构 采 用 了 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构 ， 凸 轮 副 的 压 力 角 小 ， 机 构 动 力传 递 性 好 。 内 凸 轮 廓 线 光 滑 连 续 且 具 周 行 性 ， 理 论 廓 线 方 程 通 式 以

10、显 函 数 的 形 式 给 出 ，易 于 数 控 加 工 编 程 。2 振 动 挤 压 技 术采 用 振 动 切 削 ， 振 动 切 削 不 同 于 常 规 的 切 削 加 工 刀 具 挤 压 工 件 ， 使 工 件 产 生塑 性 变 形 ， 振 动 切 削 在 一 个 周 期 内 切 削 长 度 小 ， 刀 具 切 削 工 件 的 瞬 时 速 度 较 高 ， 切 削时 间 短 ， 刀 具 与 工 件 间 断 分 离 ， 切 削 液 能 进 入 切 削 区 ， 切 削 温 度 降 低 ， 破 坏 了 积 屑 瘤和 鳞 刺 的 产 生 ， 即 便 产 生 积 屑 瘤 也 难 以 附 在 刀 具

11、上 。 大 大 提 高 了 被 加 工 件 的 尺 寸 精 度和 表 明 质 量 ， 同 时 也 提 高 了 丝 锥 的 使 用 寿 命 。本 毕 业 设 计 是 在 我 的 导 师 张 杰 教 授 的 精 心 指 导 下 完 成 的 ， 导 师 的 严 谨 治 学 的 态 度 、渊 博 的 知 识 、 无 私 的 奉 献 精 神 使 我 深 受 启 迪 。 从 尊 敬 的 导 师 身 上 ， 我 不 仅 学 到 了 扎 实 、宽 广 的 专 业 知 识 ， 也 学 到 了 许 多 做 人 的 道 理 。 在 此 我 要 向 我 的 导 师 致 以 最 衷 心 的 感 谢和 深 深 的 敬 意

12、 ！在 多 年 的 学 习 生 活 中 ， 还 得 到 了 许 多 学 院 领 导 、 系 领 导 和 老 师 的 热 情 关 心 和 帮 助 ，在 此 表 示 由 衷 的 谢 意 ！限 于 设 计 者 水 平 和 时 间 的 仓 促 ， 设 计 中 缺 点 和 错 误 在 所 难 免 ， 恳 请 广 大 读 者 不 吝批 评 指 正 。 设 计 者 ： 胡 秀 美2007 年 6月 于 南 京南京工程学院毕业设计说明书（论文）5目 录绪 论1 引 言2本 设 计 研 究 的 对 象 及 内 容3 振 动 切 削 本 质 与 机 理 的 研 究4 振 动 切 削 加 工 技 术 的 发 展 趋

13、 势第 一 章 螺 孔 振 动 攻 丝 方 案 及 其 运 动 关 系 分 析1.概 述2.振 动 攻 丝 的 原 理 及 特 点3.方 案 分 析4.振 动 攻 丝 运 动 分 析第 二 章 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构 的 原 理 与 尺 度 综 合1.传 动 原 理 分 析2.凸 轮 机 构 综 合3.小 结第 三 章 内 凸 轮 廓 形 的 设 计 与 计 算1.机 架 、 连 杆 的 尺 寸 设 计 计 算2.内 凸 轮 廓 线 方 程 的 设 计 计 算3.内 凸 轮 廓 线 的 绘 制第 四 章 齿 轮 及 其 连 杆 的 相 关 设 计 与 计 算1.齿 轮 的 相 关

14、计 算2.销 与 连 杆 的 选 择3.花 键 的 选 择第 五 章 机 械 式 周 向 振 动 主 轴 激 振 驱 动 器 的 原 理 与 结 构1.概 述2.传 动 原 理 分 析3.机 构 分 析第 六 章 内 凸 轮 齿 轮 式 主 轴 激 振 器 的 原 理 与 机 构1.概 述南京工程学院毕业设计说明书（论文）62.传 动 原 理 分 析3.机 构 分 析第 七 章 同 步 带 的 设 计 与 计 算第 八 章 结 论主 要 参 考 文 献附 录 1 标 准 件 目 录 表附 录 2 非 标 准 件 目 录 表附 录 3 英 文 资 料附 录 4 英 文 资 料 翻 译南京工程学院

15、毕业设计说明书（论文）7a.工 件 不 动 ， 丝 锥 既 回 转 又 振 动 ； b.工 件 回 转 ， 丝 锥 振 动 ；c.工 件 振 动 ， 丝 锥 回 转 ； d.工 件 既 回 转 又 振 动 ， 丝 锥 不 动图 1 振 动 攻 丝 的 4 种 形 式Fig.1 Four kinds of form of vibration tapping绪 论1 引 言随 着 市 场 竞 争 日 趋 激 烈 ， 机 械 产 品 对 质 量 的 要 求 越 来 越 高 ， 相 应 地 对 螺 纹 也 提 出更 高 的 要 求 .同 时 新 材 料 不 断 涌 现 ， 也 使 传 统 的 螺 纹

16、加 工 方 法 很 难 满 足 要 求 .这 就 产 生了 新 型 的 螺 纹 加 工 方 法 即 振 动 攻 丝 .振 动 切 削 作 为 新 兴 的 特 种 加 工 技 术 ,引 起 国 内 外 专家 学 者 的 广 泛 兴 趣 和 极 大 关 注 并 积 极 开 展 研 究 .最 早 对 振 动 切 削 进 行 比 较 系 统 研 究 、 可以 称 为 振 动 切 削 理 论 与 应 用 技 术 奠 基 人 的 当 属 日 本 学 者 隈 部 淳 .伊 郎 .他 在 50-60年 代发 表 了 许 多 振 动 切 削 研 究 论 文 ,系 统 地 提 出 了 振 动 切 削 理 论 ,并

17、 且 成 功 地 实 现 了 振 动 车削 、 磨 削 、 光 整 加 工 以 及 振 动 拉 管 等 均 已 达 到 实 用 阶 段 .前 苏 联 、 德 国 和 英 国 在 此 期 间也 先 后 开 展 了 振 动 切 削 研 究 ,发 表 了 一 系 列 研 究 成 果 ,并 积 极 在 生 产 中 推 广 应 用 .我 国 的 振 动 切 削 研 究 起 步 稍 晚 ,继 我 国 第 一 台 ” CZQ-250A型 超 声 波 振 动 切 削 系统 ” 问 世 之 后 ,许 多 大 专 院 校 、 科 研 院 所 和 工 厂 都 开 展 了 对 振 动 切 削 的 研 究 ,取 得 了

18、 许多 重 要 成 果 ,研 究 的 内 容 从 振 动 切 削 实 验 研 究 ,到 实 际 工 艺 运 用 研 究 ;从 振 动 切 削 实 验系 统 设 计 到 对 振 动 切 削 机 理 与 本 质 的 研 究 都 达 到 了 比 较 广 泛 和 比 较 深 入 的 程 度 .2 本 设 计 研 究 的 对 象 及 内 容（ 本 设 计 的 重 点 任 务 是 设 计 钻 床 主 轴 箱 内 的 激 振 器 部 件 ） 。随 着 制 造 业 水 平 的 不 断 提高 ,振 动 切 削 越 来 越 显 示 出 其 优越 性 .周 向 振 动 切 削 加 工 理 论 应用 于 孔 加 工

19、时 ,如 何 使 主 轴 实 现)sin(0 atA 输 出 运 动 规律 就 成 了 周 向 振 动 孔 加 工 设 备 设计 的 技 术 关 键 ,国 内 外 许 多 专 家做 了 大 量 的 研 究 工 作 .现 有 的 研究 成 果 表 明 ,关 于 )sin(0 atA 切 削 运 动 规 律 实 现 的 基 本 思 路 是 :在 刀 具 与 工 件 之间 实 现 匀 速 转 动 分 量 0 与 摆 振 分 量 )sin(atA 的 合 成 .本 设 计 中 的 振 动 攻 丝 是 在 普 通 攻 丝 的 基 础 上 ， 叠 加 上 一 个 沿 螺 旋 方 向 振 动 的 切 削方

20、法 .它 把 连 续 的 切 削 运 动 变 成 断 续 的 切 削 运 动 ， 将 有 限 的 能 量 集 中 为 脉 冲 形 式 释 放 出来 ， 从 而 改 善 了 攻 丝 的 切 削 性 能 .按 照 振 动 与 切 削 主 运 动 的 相 对 运 动 形 式 的 不 同 ， 振 动攻 丝 可 分 为 4种 形 式 (图 1).南京工程学院毕业设计说明书（论文）8方 案 分 析在 上 述 4种 形 式 中 ， b、 c和 d工 件 都 有 运 动 ， 这 就 使 得 整 个 系 统 结 构 庞 大 ， 故 不宜 采 用 .而 对 于 a只 有 丝 锥 运 动 ， 因 而 可 通 过 简

21、 单 机 构 予 以 实 现 .故 本 设 计 采 用 a方 案 .本 设 计 的 内 凸 轮 齿 轮 式 主 轴 激 振 器 的 切 削 主 运 动 为 刀 具 转 动 刀 具 摆 振 .采 用 内 凸轮 齿 轮 组 合 机 构 为 传 动 原 理 ,设 计 出 来 的 回 转 振 动 挤 压 攻 丝 机 ,能 实 现 对 塑 性 较 好 的 材料 进 行 振 动 挤 压 攻 丝 .3 振 动 切 削 本 质 与 机 理 的 研 究振 动 切 削 不 同 于 常 规 的 切 削 加 工 ,其 工 艺 效 果 与 常 规 切 削 加 工 亦 有 显 著 不 同 .为了 认 识 和 掌 握 振

22、动 切 削 本 质 ,更 好 地 运 用 振 动 切 削 规 律 ,人 们 对 振 动 切 削 的 机 理 进 行 了一 系 列 探 索 和 研 究 .山 东 工 业 大 学 张 勤 河 等 人 通 过 对 超 声 振 动 钻 削 加 工 陶 瓷 的 研 究 ,认 为 是 静 态 负 载的 接 触 力 与 冲 击 力 同 时 作 用 在 工 件 上 .他 们 在 试 验 研 究 中 用 扫 描 电 镜 观 察 陶 瓷 的 加 工表 面 ,得 出 金 刚 石 刀 具 颗 粒 如 同 一 个 个 小 压 头 ,在 作 用 于 工 件 表 面 瞬 间 产 生 裂 纹 与 裂 纹的 扩 展 .从 无

23、螺 纹 表 面 质 量 的 主 要 因 素 ,振 动 切 削 不 同 于 常 规 切 削 刀 具 挤 压 工 件 ,使工 件 产 生 塑 性 变 形 ,振 动 切 削 在 一 个 周 期 内 切 削 长 度 小 ,刀 具 切 削 工 件 的 瞬 时 速 度 较 高 ,切 削 时 间 短 ,刀 具 与 工 件 间 断 分 离 ,切 削 液 能 进 入 切 削 区 ,切 削 温 度 降 低 ,破 坏 了 积 屑 瘤和 鳞 刺 的 产 生 ,即 便 产 生 积 屑 瘤 也 难 以 附 在 刀 具 上 .刀 具 与 切 屑 的 分 离 作 用 是 振 动 切 削最 根 本 的 特 点 ,正 是 这 一

24、 特 点 才 使 得 刀 尖 每 次 能 以 极 大 的 加 速 度 冲 击 工 件 进 行 切 削 .南 京 理 工 大 学 芮 小 健 等 人 从 切 削 过 程 分 析 着 手 ,研 究 了 振 动 切 削 过 程 中 刀 具 与 被切 削 工 件 之 间 的 力 学 作 用 规 律 ,得 出 如 下 结 论 :1)刀 具 以 冲 击 载 荷 作 用 于 被 切 材 料 ,其动 态 应 力 波 作 用 是 改 善 切 削 效 果 的 一 个 主 要 因 素 ;2)振 动 切 削 中 摩 擦 力 降 低 是 前 刀 面和 剪 切 面 的 内 摩 擦 向 外 摩 擦 转 换 所 致 ;3)振

25、 动 切 削 中 ,前 刀 面 正 应 力 减 小 ,对 材 料 破 坏的 断 裂 抑 制 作 用 减 弱 ,利 于 切 削 ;4)振 动 切 削 中 ,材 料 破 坏 过 程 与 普 通 切 削 的 挤 压 滑 移过 程 有 区 别 ,它 由 每 次 冲 击 都 产 生 微 细 破 坏 而 完 成 切 削 .4 振 动 切 削 加 工 技 术 的 发 展 趋 势随 着 传 统 加 工 技 术 和 高 新 技 术 的 发 展 ,振 动 切 削 技 术 的 应 用 日 益 广 泛 ,振 动 切 削 研究 日 趋 深 入 ,主 要 有 一 下 几 个 方 面 :4.1 研 制 和 采 用 新 的

26、刀 具 材 料在 现 代 产 品 中 ,钛 合 金 、 纯 钨 、 镍 基 高 温 合 金 等 难 加 工 材 料 所 占 的 比 例 越 来 越 大 ,对 机 械 零 件 加 工 质 量 的 要 求 越 来 越 高 .为 了 更 好 地 发 挥 刀 具 的 效 能 ,除 了 选 用 合 适 的 刀南京工程学院毕业设计说明书（论文）9具 几 何 参 数 外 ,在 振 动 切 削 中 ,人 们 将 更 多 的 注 意 力 转 为 对 刀 具 材 料 的 开 发 与 使 用 上 ,其 中 突 然 金 刚 石 、 人 造 金 刚 石 和 超 细 晶 粒 的 硬 质 合 金 材 料 的 研 究 和 应

27、 用 为 主 要 方 向 .4.2 拓 宽 振 动 切 削 加 技 术 的 应 用 范 围振 动 切 削 技 术 将 主 要 应 用 于 :难 加 工 金 属 材 料 ;非 金 属 材 料 ;表 面 质 量 要 求 高 ,特 别 是 对 粗 糙 度 要 求 严 格 的 零 件 .另 外 ,在 加 工 工 艺 方 面 ,将 从 振 动 车 削 、 振 动 钻 削 、 攻 丝 等 扩 展 到 珩 磨 、 抛 光 、 刨削 、 拉 削 和 研 磨 等 .4.3 研 制 和 采 用 高 效 的 振 动 切 削 系 统现 有 的 试 验 及 实 用 振 动 切 削 加 工 系 统 在 输 出 功 率 上

28、 尚 不 够 大 ,因 能 耗 高 仍 不 是 很理 想 .因 此 ,实 用 的 大 功 率 振 动 切 削 系 统 期 待 能 早 日 问 世 .到 目 前 为 止 ,输 出 能 量 为 4KW的 振 动 切 削 系 统 已 经 研 制 出 来 并 投 产 使 用 .在 日 本 ,超 声 振 动 切 削 装 置 通 常 可 输 出 1KW,切 削 深 度 为 0.01-0.06mm.4.4 高 频 振 动 切 削超 声 振 动 切 削 在 今 后 一 个 时 期 内 将 继 续 成 为 振 动 切 削 的 研 究 重 点 .近 期 的 研 究 表明 ,用 超 声 波 修 整 的 砂 轮 能

29、够 降 低 磨 削 烧 蚀 的 可 能 性 ,进 而 提 高 砂 轮 的 使 用 寿 命 ,显 著提 高 工 件 的 表 明 质 量 .近 几 年 来 日 本 在 现 代 加 工 中 心 和 组 合 机 床 上 配 置 了 振 动 切 削 系统 ,不 仅 实 现 切 削 刀 具 的 振 动 ,也 实 现 工 件 的 振 动 ,从 而 形 成 了 两 个 方 向 的 超 声 振 动 加工 .用 超 声 振 动 可 成 功 地 加 工 高 硬 、 低 塑 性 材 料 如 陶 瓷 、 玻 璃 等 ,用 传 统 方 式 攻 螺 纹 ,易造 成 加 工 表 面 裂 纹 ,若 用 超 声 振 动 切 削

30、,不 仅 提 高 表 面 质 量 而 且 提 高 硬 质 合 金 的 使 用 寿命 ,而 其 它 切 削 条 件 仍 保 持 不 变 .4.5 用 于 精 密 超 精 密 切 削 加 工采 用 低 频 振 动 切 削 可 使 工 件 的 尺 寸 精 度 提 高 1-2级 ,几 何 形 状 精 度 提 高 2-3级 ,并在 一 定 程 度 上 提 高 耐 磨 性 和 抗 腐 蚀 性 ;而 目 前 只 有 高 频 振 动 切 削 如 超 声 振 动 切 削 才 能实 现 超 精 密 切 削 .在 振 动 珩 加 工 中 被 加 工 工 件 的 表 面 粗 糙 度 可 达 Ra0.02-0.04um

31、.超 声振 动 挤 压 工 艺 将 比 传 统 的 挤 压 加 工 提 高 表 面 质 量 1-2级 ;而 超 声 振 动 研 究 .振 幅 为 微 米 ,频 率 在 千 赫 以 上 ,不 仅 可 以 保 证 超 精 密 加 工 的 质 量 ,而 且 可 用 更 大 的 切 削 用 量 ,可 获 得较 高 的 生 产 率 .4.6 对 振 动 切 削 机 理 的 深 入 研 究南京工程学院毕业设计说明书（论文）10当 前 和 今 后 一 个 时 期 对 振 动 切 削 机 理 的 研 究 将 主 要 集 中 在 振 动 切 削 状 态 下 工 件 上多 余 金 属 是 如 何 与 工 件 相

32、分 离 并 形 成 屑 的 ,与 传 统 切 削 方 法 有 所 不 同 ;振 动 切 削 中 刀 具与 工 件 相 互 作 用 的 力 学 分 析 ;振 动 切 削 机 理 的 微 观 研 究 及 数 学 描 述 ;效 率 更 高 的 试 验 及实 用 振 动 切 削 系 统 .南京工程学院毕业设计说明书（论文）11a.工 件 不 动 ， 丝 锥 既 回 转 又 振 动 ； b.工 件 回 转 ， 丝 锥 振 动 ；c.工 件 振 动 ， 丝 锥 回 转 ； d.工 件 既 回 转 又 振 动 ， 丝 锥 不 动图 1 振 动 攻 丝 的 4 种 形 式Fig.1 Four kinds of

33、 form of vibration tapping第 一 章 螺 孔 振 动 攻 丝 的 方 案 及 其 运 动 分 析1.概 述随 着 市 场 竞 争 日 趋 激 烈 ， 机 械 产 品 对 质 量 的 要 求 越 来 越 高 ， 相 应 地 对 螺 纹 也 提 出 更高 的 要 求 .同 时 新 材 料 不 断 涌 现 ， 也 使 传 统 的 螺 纹 加 工 方 法 很 难 满 足 要 求 .这 就 产 生 了新 型 的 螺 纹 加 工 方 法 即 振 动 攻丝 .2.振 动 攻 丝 的 原 理 及 特 点振 动 攻 丝 是 在 普 通 攻 丝 的 基 础上 ， 叠 加 上 一 个 沿

34、螺 旋 方 向 振 动的 切 削 方 法 .它 把 连 续 的 切 削 运动 变 成 断 续 的 切 削 运 动 ， 将 有 限的 能 量 集 中 为 脉 冲 形 式 释 放 出来 ， 从 而 改 善 了 攻 丝 的 切 削 性 能 .按 照 振 动 与 切 削 主 运 动 的 相 对 运动 形 式 的 不 同 ， 振 动 攻 丝 可 分 为4种 形 式 (图 1).上 述 4种 形 式 中 ， a和 d只 有 丝 锥 或 工 件 运 动 ， 因 此 不 存 在 所 谓 的 振 动 攻 丝 临 界 切削 速 度 （ 振 动 攻 丝 临 界 切 削 速 度 v=2 af， a 振 幅 ， f 振

35、 动 频 率 ） 问 题 （ 隈 部 淳 郎 ，1979） .而 b和 c因 丝 锥 和 工 件 二 者 均 有 运 动 ， 故 存 在 临 界 切 削 速 度 .3.方 案 分 析在 上 述 4种 形 式 中 ， b、 c和 d工 件 都 有 运 动 ， 这 就 使 得 整 个 系 统 结 构 庞 大 ， 故 不宜 采 用 .而 对 于 a只 有 丝 锥 运 动 ， 因 而 可 通 过 简 单 机 构 予 以 实 现 .3.1 方 案 的 类 型3.1.1 切 削 主 动 力 源 和 振 源 合 一 本 方 案 只 以 1 个 步 进 电 机 为 动 力 源 ,通 过 控 制 微 机输 出

36、有 规 律 的 脉 冲 序 列 ， 经 功 率 驱 动 后 输 入 电 机 ， 使 其 做 进 多 退 少 的 运 动 ,再 通 过 丝 杆 螺 母 副 （ 下 文 简 称 靠 模 ） 的 作 用 ， 将 旋 转 运 动 变 成 螺 旋 运 动 ， 并 把 沿 圆 周 方 向 振 动转 化 为 沿 螺 旋 方 向 振 动 ， 从 而 实 现 振 动 攻 丝 （ 姜 大 志 ， 1998） .此 方 案 以 功 率 步 进 电 机为 驱 动 源 ， 把 切 削 主 动 力 源 和 振 源 合 为 一 体 ， 从 而 使 系 统 结 构 简 单 、 运 动 精 度 高 且 便于 控 制 .但 是

37、其 切 削 功 率 因 受 到 步 进 电 机 最 大 功 率 的 限 制 ， 一 般 只 用 作 小 孔 加 工 .3.1.2 切 削 主 动 力 源 和 振 源 分 离 此 方 案 必 须 使 用 2个 电 机 ， 通 常 1个 为 普 通 电 机 ，另 1个 为 步 进 电 机 .二 者 分 别 做 旋 转 运 动 和 振 动 ， 然 后 通 过 一 定 的 机 械 机 构 （ 行 星 轮 机构 ） 进 行 合 成 ， 再 经 靠 模 作 用 ， 就 得 到 振 动 攻 丝 所 需 的 运 动 (尹 韶 辉 ， 1992； 伍 世 虔 ，1989).这 一 方 案 将 切 削 主 动 力

38、 源 和 振 源 分 开 ,综 合 利 用 了 普 通 电 机 具 有 较 大 的 功 率 和南京工程学院毕业设计说明书（论文）12步 进 电 机 易 于 控 制 的 特 点 .因 此 它 可 用 于 较 大 螺 孔 的 振 动 攻 丝 场 合 ,但 因 其 使 用 了 中 间合 成 机 构 ， 使 得 系 统 结 构 庞 大 ， 运 动 精 度 降 低 .3.2 方 案 特 点上 述 2种 方 案 中 都 有 一 个 共 同 的 特 点 ： 为 了 将 圆 周 方 向 的 振 动 转 换 为 螺 旋 方 向 的振 动 ， 使 用 靠 模 机 构 .这 就 给 系 统 带 来 了 以 下 3个

39、 不 良 的 影 响 ： （ 1） 在 攻 制 不 同 螺 距 的螺 纹 时 ， 必 需 同 时 更 换 丝 锥 和 靠 模 ； （ 2） 由 于 靠 模 内 螺 纹 副 的 相 互 摩 擦 ， 不 但 消 耗 系统 一 部 分 能 量 ， 而 且 因 摩 檫 发 热 还 会 影 响 系 统 的 工 作 精 度 ； （ 3） 因 增 加 了 这 一 高 精 度的 靠 模 机 构 ， 使 得 整 个 系 统 的 制 造 成 本 增 加 .3.3 本 实 验 方 案 的 确 立由 分 析 可 知 在 上 述 两 方 案 中 使 用 靠 模 ， 其 作 用 有 ： （ 1） 转 换 振 动方 向 ；

40、 （ 2） 在 攻 丝开 始 时 给 丝 锥 施 加 一 定 的 预 压 力 以 便 导 入 .而 实 际 上 ， 当 丝 锥 的 切 削 部 分 切 入 工 件 后 ，工 件 内 就 有 部 分 螺 纹 形 成 .那 么 这 一 刚 形 成 的 具 有 未 成 型 牙 或 成 型 牙 的 内 螺 纹 与 丝 锥的 后 半 部 分 相 互 作 用 ， 就 相 当 于 上 述 两 方 案 中 靠 模 内 的 丝 杆 与 螺 母 .因 而 可 得 到 这 样 的结 论 ： 省 掉 攻 丝 靠 模 ， 让 丝 锥 自 导 ， 同 样 也 可 以 满 足 转 换 振 动 方 向 的 要 求 .但 是

41、这 一 系统 在 丝 锥 切 入 的 初 期 ， 外 界 必 须 施 加 以 一 定 的 预 压 力 ， 以 便 丝 锥 导 入 （ 本 设 计 采 用 手工 预 压 的 方 法 ） .基 于 上 面 分 析 ， 考 虑 到 本 设 计 的 实 际 情 况 (攻 制 M16螺 纹 ),我 们 研 制 出 了 一 种 新 型的 振 动 攻 丝 实 验 系 统 ,其 特 征 是 振 动 源 和 主 切 削 运 动 均 有 一 个 步 进 电 机 直 接 驱 动 机 床主 轴 完 成 ,主 轴 系 统 由 扭 转 传 动 机 构 、 周 向 间 隙 消 除 机 构 和 主 轴 的 支 撑 机 构 等

42、 组 成 .采用 一 种 内 凸 轮 齿 轮 式 主 轴 激 振 器 该 主 轴 激 振 驱 动 器 不 仅 能 够 使 机 床 主 轴 实 现 0 与)sin( taA 合 成 运 动 规 律 输 出 ， 且 由于 凸 轮 副 压 力 角 较 小 而 增 强 了 驱 动 器的 动 力 传 递 能 力 ， 有 效 地 解 决 了 周 向 振动 钻 床 主 轴 激 振 驱 动 器 设 计 的 技 术 难点 ， 为 周 向 振 动 钻 床 的 产 业 化 推 广 提 供了 技 术 保 障 。4 振 动 攻 丝 运 动 分 析为 了 满 足 振 动 攻 丝 要 求 ， 步 进 电 机 必 须 做 进

43、 多 退 少 的 运 动 ， 现 将 运 动 沿 圆 周 方 向 展开 ， 就 可 得 如 图 3的 运 动 模 型 .假 设 以 O点 为 零 点 开 始 启 动 电 机 ， 电 机 从 O点 正 转 前 进 mq步 (时 间 为 T1)到 达 A点 ，然 后 反 转 后 退 mn步 (时 间 为 T2) 到 达 B点 ； 又 由 B点 再 正 转 mq步 到 达 C点 ， 如 此 循 环 下去 ， 直 到 加 工 完 毕 . 图 3 步 进 电 机 的 运 动 模 型Fig.3 Movement model of stepping motor南京工程学院毕业设计说明书（论文）13现 以 丝

44、 锥 中 径 上 的 某 一 点 进 行 运 动 分 析 ， 假 设 振 动 攻 丝 周 期 为 T（ T=T1+T2） ， 则 在一 个 周 期 内 该 点 的 位 移 x(t)为 ：式 中 ： k= b.mp.do/2； b 步 进 电 机 步 距 角 ； mp 步 进 电 机 脉 冲 频 率 ； do 丝 锥 中径 . 其 波 形 图 如 图 4.将 上 述 周 期 性 振 动 ， 利 用 傅 立 叶 级 数 展 开 可 得 x(t)的 频 谱 为 ：x(t)=(k/2T)(2T21-T2)+2k/w 2cos(nwT1/2-arctg1/n ).sin nw(t-T1/2)-tc/T.

45、sin nw(tc-T1)由 x(t)的 频 谱 可 知 ， 施 加 给 丝 锥 的 外 激 励 x(t)， 它 具 有 直 流 分 量 和 交 流 分 量 两 部分 .其 直 流 分 量 相 当 于 给 丝 锥 提 供 匀 速 运 动 的 量 ， 显 然 它 直 接 影 响 振 动 攻 丝 生 产 率 .而其 交 流 分 量 则 是 由 一 系 列 简 谐 振 动 的 合 成 .根 据简 谐 振 动 合 成 的 周 期 性 条 件 （ 屈 维 德 ,1992） 其结 果 仍 然 保 持 周 期 性 .通 过 上 面 的 频 谱 分 析 ， 可 知丝 锥 进 多 退 少 的 运 动 是 由 匀

46、 速 旋 转 运 动 和 有 规 律振 动 的 叠 加 .这 就 从 理 论 上 证 明 了 “ 进 多 退 少 ”这 一 种 运 动 方 式 ， 能 够 满 足 振 动 攻 丝 的 要 求 .因此 ， 只 要 通 过 合 理 地 选 择 振 动 攻 丝 的 工 艺 参 数 ，就 可 以 获 得 最 佳 振 动 攻 丝 效 果 .由 上 述 分 析 可 知 x(t)的 直 流 分 量 ， 直 接 影 响振 动 攻 丝 的 生 产 率 ， 所 以 为 了 使 振 动 攻 丝 具 有 一定 的 生 产 实 际 意 义 ， 则 就 要 求 其 直 流 分 量(k/2T)(2T21-T2) 0即 可

47、得 ：k.T/2.(2(T1/T)2-1) 0 k.T/2 0 2(T1/T)2-1 0即 可 得 ： T1/T 0.71又 因 为 振 动 攻 丝 有 效 切 削 时 间 tc=T1-(T-T1) 就 有 tc/T 0.42由 上 面 分 析 可 知 ， 当 且 仅 当 tc/T 0.42时 ， 其 直 流 分 量 才 大 于 零 .因 此 振 动 攻 丝 实验 在 选 取 工 艺 参 数 时 ， 必 须 要 使 相 对 净 切 削 时 间 比 大 于 0.42才 具 有 实 际 生 产 意 义 .图 4 步 进 电 机 波 形 图Fig.4 Wave shape of stepping m

48、otor南京工程学院毕业设计说明书（论文）15第 二 章 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构 的 原 理 与 尺 度 综 合图 1所 示 为 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构 简 图 ,该 机 构 主 要 由 内 凸 轮 1,凸 轮 摆 杆 3,系杆 4和 太 阳 轮 5 等 组 成 。 其 内 凸 轮 的 廓 形 具 有 多 峰 谷 和 中 心 对 称 的 特 点 ； 两 个对 称 布 置 的 凸 轮 摆 杆 3 能 够 使 机 构 实 现 功 率 分 流 传 递 ； 同 一 凸 轮 摆 杆 3上 的 两个 凸 轮 滚 子 2 同 时 与 内 凸 轮 1 接 触 形 成 几 何 封 闭 ，

49、 以 满 足 凸 轮 摆 杆 3 正 反 向 驱动 的 要 求 。 当 分 别 给 内 凸 轮 1和 系 杆 4输 入 匀 速 运 动 1 、 H 时 ， 组 合 机 构 的 输出 运 动 规 律 为 匀 速 转 动 与 周 向 摆 振 的 复 合 运 动 。1 传 动 原 理 分 析1.1 自 由 度图 2 为 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构 的 传 动 原 理 图 。 该 机 构 属 平 面 机 构 ， 其 活 动 构件 数 n 4， 低 副 数 Lp 4 ， 高 副 数 Hp 2， 故 其 自 由 度 ：F 3n 2 Lp Hp 3 x 4- 2 x 4- 2= 2 (1)可 见 该 内 凸 轮 齿 轮 组 合 机 构 为 两 自 由 度 机 构1.2 主 从 动 构 件 分 析由 图 2 分 析 可 知 ， 由 于 内 凸 轮 副 的 存 在 ， 运 动 和 动 力 的 合 理 传 动 路 线 有 两南京工程学院毕业设计说明书（论文）16条 ， 如 图 3 所 示 。 那 么 ， 主 从 动 件 的 配 置 方 案 亦 有 两 个 ： 一 个 是 以 内 凸 轮 1 和系 杆 4 为 主 动 构 件 ， 以 太 阳 轮 5 为 从