電磁式深孔振動鉆削裝置的設計

武慧紅

（伯曼機械制造上海有限公司，上海 201700）

0 引 言

振動切削的實質是在鉆頭（或工件）工作的同時，對鉆頭（或工件）施加某種有規律的振動，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律變化，達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，常常發生周期性的堵塞,很容易使鉆頭折斷；切屑經常堵塞在螺旋槽內，不僅產生劇烈摩擦，也會嚴重劃傷孔的表面，降低孔的表面質量。振動鉆孔可以控制切屑的大小和形狀，配合負壓抽屑裝置，很容易排屑，防止內孔氧化發黑、內孔劃痕、裂紋產生，提高工件加工精度和表面質量。振動鉆削深孔是目前國內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。有的學者已對電磁振動鉆削裝置進行研究[2-5]，在其電磁振動理論和深孔振動加工分析基礎上，我們設計了一種電磁式軸向深孔振動鉆削裝置并進行了分析，能為深孔加工提供新的技術工藝。

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換成直線運動機械能的傳動裝置，不需任何中間轉換機構，它可看成是將一臺旋轉電機剖開并展成平面而成，見圖1。由定子演變的一側稱為初級，由轉子演變的一側稱為次級；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，它與旋轉電機不同的是，這個磁場是平移的，而不是旋轉的，稱為行波磁場。把次級導體看成是無限多根導條并列放置，這樣在行波磁場的切割下，次級感應電動勢并產生電流，電流與氣隙磁場相互作用便產生電磁推力，此時，電機次級是運動件，將受電磁推力做直線運動。

圖2 電磁式軸向振動結構簡圖

2 主要技術參數的分析計算

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

式中：A為振幅，mm；fr為進給量，mm/r；x為刀尖軸向位移，0≤i≤1；n為主軸轉速，r?min-1。由式（1）可初步選擇保證斷屑的比例關系。實際生產中，先選進給量 fr，再按 fr算出保證斷屑的最小振幅，然后在保證工藝系統穩定條件選擇i的數值，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主動控制。根據式（1），初取：2A/fr=5.6，進給量 fr=0.025 mm/r，頻率f=50 Hz，振幅 A=0.07 mm，工件轉速 n=1400 r/min。脈沖電流，見圖3，其中電流I的方向與刀具進給方向相反，-I與刀具進給方向一致，其中大小可調整，周期T也可根據加工需要調整。

圖3 脈沖電流

3 電磁式振動鉆削裝置的總體結構

圖4 電磁式深孔振動結構簡圖

電磁式深孔振動結構簡圖，見圖4，主要由SIED數控深孔鉆床床身、輸油器、電磁式振動裝置、負壓抽屑裝置等組成。工作時，主軸電機帶動工件旋轉作主運動，進給電機帶動刀具作進給運動，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壓抽屑裝置（一部分切削液通過A口進入輸油器，并從鉆桿外壁與已加工孔表面之間的環形空間到達鉆頭頭部，并將切屑從鉆桿內部推出；另一部分切削液通過B口進入負壓抽屑裝置，產生一定的負壓，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整振動參數，達到理想的振動切削效果；利用這種振動裝置，配合使用負壓抽屑系統，能可靠解決加工深孔時的斷屑排屑問題。

4 結束語

利用電磁式振動裝置有效地解決了斷屑問題，采用負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構簡單，操作方便，易于在機床上安裝；通過調節交流電電流的頻率和大小，即可改變鉆桿的頻率和振幅，調整方便，并可連續調整，適應性強。

[1] 王世清.深孔加工技術[M].西安：西北工業大學出版社,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計與分析[J].機械設計與研究，2011（6）:69-71.

[3] 高印寒，王昕，代漢達.永磁振動鉆削排屑分析[J].農業機械學報，2003,34(5)：143-146.

[4] 宛劍業,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].遼寧工學院學報，1999，19（6）：26-28.

[5] 宛劍業，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，2007，41（11）：94-97.

[7] 王峻.現代深孔加工技術[M].哈爾濱：哈爾濱工業出版社，2005.