1 绪论

1.1 振动攻丝机发展历史

在振动中切削使得各种难加工的材料易于加工的特性，导致了这项技术，即振动切削技术在各种类型的加工中的兴起和发展，并由此获得了优良的加工工艺效果。以上的加工工作效果和发展设想是有最早将振动引入到加工的日本科学家隈部教授提出。由于以上的原因，包括日本、美国、前苏联、英国、德园等多个发达国家的全球各国，开始对这项振动加工技术进行了积极的研究和开发。这些先进的西方工业国及日本等国先后开展了有关于振动加工技术的深入而有意义的研究，其中就包括了切削加工的研究工作, 并由此取得了对包括中国、巴基斯坦在内的世界上大部分发展中国家的科学技术优势。面临着这样的困境和技术壁垒，我国国内的研究机构和科学家们开始了在专业范围内对包括振动攻丝技术在内的振动加工技术的专业生产方面的研究和开发，并继而获得了长足的进步和可喜的成绩。一些振动攻丝机加工专业化生产厂家如雨后春笋般涌现。这其中就包括：成都科海有限公司。

1.2 振动攻丝运动的特点

在加工关于振动攻丝的零件时，研究表明了这一过程的连续性、周期性。在一个振动的周期内，切削刀具进行着与波动性切削相似的加工过程。并且值得注意的是，在这个完整的切削加工过程中，仅仅有一部分的运动环节用于刀具对工件的深入和切削。在这一点上，这种加工过程就具有了振动波动的性质，而无数的波动周期又形成了一个具有继起行的连续不断的切削加工过程。

为了能够获得在极短的位置移动内的足够大的速率和加速，进行振动切削加工的刀具必须要在最新切削的地方及时切离。以上的情况就能够在一个完整的切削加工的循环过程中，在极其有限的范围内产生及其大量的能量，并产生了对被切削的地方的材料的极大的冲击作用力。这样的加工方式在应对极难加工的、极其坚硬的金属材料时，能够引发塑性金属呈现脆性的性状和状态。

为了更加利于金属塑性变形的减小和摩擦力的减小，并由此降低金属切削加工中切削力的极大降低，振动切削加工技术被更为广泛地应用在了加工工程中。与此同时，为了解决断屑问题，振动切削加工使得刀具的切削刃和最新切削区之间发生了有间断的接触，这一情况就让切削层发生了几何参数上的周而复始的变化。

为了保护工作中的切削刀具并更好地延长刀具的工作时长，振动切削加工技

术使得切削刀刃和切削位置产生了周期性的接触和分离。这一情况造成了刀具切削位置极难通过长时间摩擦而产生大量加工热量。并且在加工刀具与工件分离时，振动切削的加工技术能够赋予刀具和工件一定的散热效果，这就进一步使得加工工作获得了冷却的效果，从而能够保护了加工刀具。根据上面的分析，可以

轻易地得出振动攻丝技术使各类的加工工艺因素获得了减少切削热量和切削力度的效果。这就进而在断屑的方面形成了优化的效果，因而为了能够提高攻丝的加工效率，并提高丝锥寿命，同时保证加工质量，振动攻丝技术的采用是十分有必要的。

图 1-1回转振动方向图

振动攻丝按照丝锥振动频率的不同可以分为两种形式。低频振动攻丝和高频振动攻丝这两种加工形式各有优势和劣势。对于高频振动攻丝来说，因为攻丝由于工艺本身的限制，切削速度会比较低。采用高频振动容易使丝锥和工件之间发生剧烈的摩擦产生高温，使得丝锥退火，不利于攻丝的进行。而在振动频率低于千赫兹的低频振动攻丝加工中则不易出现上述情况，故加工中常采用低频振动加工技术。

有了包括丝锥除了常规攻丝时的圆周进给在内的振动加工技术特殊性，振动加工技术还要围绕其中心准确地沿着螺纹升角方向进行攻丝加工。这样的丝锥攻丝加工过程应与工件的相对振动攻丝设计方案的角度进行考虑，从而得到了以下几种攻丝加工形式：

第一种依据的是在纹螺旋升角上振动的丝锥回转于圆周方向，与此同时，被加工的零件保持不动。

第二种则依靠丝锥振动于螺旋向并随之上升，与此同时被加工零部件沿回旋向旋转。

第三种按照回转攻丝的丝锥，被加工零件振动于上升的旋角前进加工。

第四种由振动于圆周方向的被加工零件，并同时旋转上升，而加工丝锥不作动作。

这四者的加工工作模式如图1-1所示。

1.3 振动攻丝的优点

在几个方面上，特别是如下的情况中，平常的攻丝加工模式有不少局限性，现呈现如下所示：

1、普通攻丝很难满足高精度、高表面质量的高精度螺纹的生产制造要求。这是因为丝锥的回转速度不够快，并由此导致了对切削速度、回转速度、在丝锥刃上切削的极大的限制性作用。振动情况不规律，脱落使刀刃形状发生变化，积屑瘤的产生等多种有害现象的产生俱由上述原因所产生。在针对极难加工的金属材料时，以上情况将造成极大的危害甚至是危险，如无规律的切削面、螺纹形状等，与此同时有不规则、精度低、粗糙度大等的情况和缺点的产生。

2、在针对具有比较小的直径的螺旋纹路的攻丝加工中，尤其是针对小于M4的小螺纹中，加工极其困难。这是由于加工丝锥的外形结构和由之造成的强度因素（直径小、强度低）所造成的容易折断丝锥和低下的效率所引起的。因此在这种情况下，实现大规模的攻丝工艺生产是极其困难的。

3、普通的攻丝模式容易造成螺纹质量很差，攻丝效率也相应降低等问题。没有振动攻丝的加工特性，在针对极难加工的金属材料的方面，应对于切削力大、硬度高、韧性大、排屑困难等问题，会形成折断加工丝锥的不良现象，从而进一步增加了制造成本并且极大地降低了加工效率和螺纹的加工质量。

4、容易导致加工废品率的提升。这是由于普通攻丝切屑难排出所造成的。同时因为切削液难以进入切削区，对于较长的攻丝加工和盲孔攻丝，会导致攻丝效率的极大下降并进一步导致制造废品的增加。

而采用新型的振动攻丝制造技术，则可以较好地解决以上攻丝加工中存在的困难。这是因为采用振动攻，能够使丝锥在螺纹升角方向上加工振动。振动攻丝的加工技术的出现和发展使得小螺纹攻丝、盲孔攻丝的困难得到了很好的解决。并由此得到了一种针对高精度螺纹攻丝的新的加工方法。可以认为，振动攻丝加工技术是一种新颖的卓有成效的针对于螺纹的制造模式方法。

振动攻丝与普通攻丝相比，有优越的加工成效。这一点显著地体现在加工内螺纹的时候。其优点如下所示：

一方面是极好地解决了折断切屑少、零件易被加工碎屑划伤的问题，这在普通攻丝工艺中是极难完成的。

特别是在加工难加工的金属材料中，由此而引发的促进切屑顺利排出的优良效果则更为显著。

另一方面是振动攻丝周期性地改变了加工速率的方向和力度。这种情况就能够使加工丝锥削减在周期振动中的加工时间，从而进一步切实提高加工速率。

而由上述原因所导致的减小加工碎屑、减小摩擦力的优良成效则极大地减小了加工力度和旋转力矩，因而使振动攻丝加工的切削力、加工扭矩进一步降低。

值得一提的是振动攻丝能够极大地增加加工丝锥的使用时长。

因为加工积屑瘤、热量导致的磨损都难以在以振动加工中产生，从而与普通的攻丝加工的困难产生了本质的不同。其中的原因由根本上来说是因为作用在零件上的是具有周期性的脉冲加工力，这就导致了快速的冷却和加工降温的加快。与此同时，根据振动加工的切削温度低，零件部分的残余应力也随之降低。进而提高了加工的表面品质和制造的综合精度。

在切削刃上没有残留的黏结物质，这就可以使得在加工刃上流畅的排屑。这样的振动攻丝加工方式进而减小了螺纹的表面粗糙度和形状误差。以上的情况为加工零件提供了更加精密的切削轮廓和更为规律整齐的形状造型，并极大地降低了相关的加工误差。

综合上述原因，振动攻丝加工技术的运用和进一步发展，在对难加工金属材料的螺纹进行加工制造时，极大地提高了螺纹加工制造的效率、质量和精密程度。与此同时，应用于对难加工材料上的螺纹加工的刀具器械的使用时长也得到了极大地增加以及显著地提升。因为以上的原因，在工业制造第一线的生产者和在研究创造方向上的科学技术工作者们有理由认为，随着生产水平的不断提高以及加工技术的进一步发展，人们对用于加工的尖端材料的需求不断增大，振动攻丝的加工工艺技术将会有更加深入的发展。

1.4 攻丝机设计分析

攻丝机也叫攻牙机。这一机械是在器械外壳、零件表面、螺钉等多样的不同型号的通孔或盲孔的里侧制造内部螺纹、 螺丝的加工制造器械。

按照驱动动力源的不同、攻丝机主轴数目不同、加工零件种类不同、攻丝机加工过程的自动化程度不同以及攻丝机攻牙时是否同时钻孔等因素，能够把攻丝机分为多种设备类型和加工方法模式。

其一，以下五种手动攻丝机、气动攻丝机、电动攻丝机、机械式模内攻牙机和液压攻丝机等的分类来自于驱动动力源的不同；

其二，单轴攻丝机、二轴攻丝机四轴攻丝机、六轴攻丝机、多轴攻丝机等的分类来自于攻丝机主轴数目不同；