精密枪钻深孔加工质量的数值解析及试验研究

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1、分类号ＴＧ５单位代码：１０１１０：学号：ｍｎ＾ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｆＣｈｉｎａ博士学位论文精密枪钻深孔加工质量的数值解析及试验研究博士研究生陈遊琴指导教师白培康教授６＾＾图书分类号TG5密级非密注1UDC博士学位论文精密枪钻深孔加工质量的数值解析及试验研究陈淑琴飞指导教师（姓名、职称）白培康教授申请学位级别工学博士专业名称机械设计及理论论文提交日期2018年4月1日论文答辩日期年月日学位授予日期年月日论文评阅人答辩委员会主席2018年5月20

2、日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类号Ph.D.DissertationTheNumericalAnalysisandExperimentalResearchoftheProcessingQualityonPrecisionGun-DrillDeepHoleMachiningBy:ShuqinChenSupervisor:ProfessorPeikangBaiNorthUniversityofChina20,May,2018中北大学学位论文精密枪钻深孔加工质量的数值解析及试验研究摘要随着国防军事装备、航空

3、航天器件、汽车、微机电系统元件及民用产品应用的多样化、小型化及微型化发展，精密高效小深孔加工技术成为左右产品更新换代和新兴产业发展的重要基础，同时已经成为机械制造领域亟待解决的难题。探索小深孔的精密高效加工技术，改善孔加工刀具及设备，研究更先进的加工工艺，完善深孔加工质量评测体系，成为满足国民经济需求，面向市场应用的关键。论文以枪钻加工精度、表面质量为主线，综合运用数值解析、模拟仿真与试验验证的方法，深入分析枪钻加工圆度误差和直线度形成机理及变化规律，着重研究孔表面粗糙度和表面层硬化程度以及表面层微观结构的分布

4、规律，进一步拓展枪钻加工应用。从枪钻深孔钻削机理及刀具几何特性出发，依据二元直角切削模型，建立了枪钻内、外刃微元钻削模型，通过数值积分法，得到枪钻加工轴向力、径向力及扭矩的解析式。数值仿真了枪钻几何参数（刀具后角、齿宽、余偏角）和进给量对枪钻总轴向力和总钻削转矩的影响规律，对优化刀具结构及钻削工艺提供基础保证。深入分析了枪钻深孔加工圆度误差的形成机理，建立了枪钻加工孔圆度误差模型。研究了钻杆回转误差和工件的低频振动对孔形貌的影响，分别对钻杆绕动的半频效应，钻杆绕动和工件低频振动的复合效应，振幅和频率的复合效应以

5、及初始相位对孔圆度的影响进行分析比较，推测在实际加工中圆度凸角的个数和孔轮廓的最终形状，并通过FFT法预测优化方法，预测在不同切削速度、进给速度和孔深（长径比）的情况下圆度误差的大小。依据单因素试验，测试在不同加工条件下的圆度误差，揭示枪钻切削速度、进给速度和孔深（长径比）对圆度误差的影响规律，并与圆度误差数值模型预测结果进行对比分析，验证误差数值模型的合理性。依据枪钻加工实际，深入分析各控制因素对深孔加工直线度偏斜的影响规律，着重研究枪钻加工系统中导向套和辅助支撑装置的中心偏斜及加工参数对直线度偏斜的影响规律

6、。根据欧拉梁理论，建立了导向套和辅助支撑装置中心偏斜的直线度误差模型。中北大学学位论文通过单因素试验法，分析了各控制因素对孔直线度偏斜的影响规律，验证了预测模型的有效性，并以优化加工参数为目标，试验分析了切削速度和进给速度与孔直线度之间的变化规律。利用SEM、光学显微镜及显微硬度仪等测试仪，研究了不同切削参数对枪钻加工孔表面粗糙度、微观形貌及表面显微硬度的影响规律，并探讨了刀具磨损形态与孔表面微结构之间的映射关系。关键词：枪钻加工、钻削力、直线度、圆度、表面质量中北大学学位论文TheNumericalAnaly

7、sisandExperimentalResearchoftheProcessingQualityonPrecisionGun-DrillDeepHoleMachiningAbstractWiththediversification,miniaturizationandminimicrominiaturizationofthenationaldefenseandmilitaryequipment,deviceofaerospace,automobiles,micro-electromechanicalsystem

8、componentsandcivilproducts,thedevelopmentofsophisticatedandefficientmicro-deepholeprocessingtechnologyhasbecometheimportantfoundationforthereplacementoftheproductanddevelopmentofthenewindustries