[發明專利]一種帶有徑向可傾瓦塊的深孔加工智能鉆桿系統

有效

• 申請號: 201810870619.6
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN108788238B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 陳振亞;沈興全;辛志杰;苗鴻賓;董振;訾河山
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B23B41/02
• 分類號: B23B41/02;B23Q17/09;B23Q3/12
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 楊陳鳳

本發明屬于先進深孔加工技術領域，為了改善鉆桿振動、提高鉆桿旋轉精度、降低溫升，本發明提供了一種帶有徑向可傾瓦塊的深孔加工智能鉆桿系統，包括鉆桿、與鉆桿連接的輸油器以及安裝于鉆桿端頭的深孔刀具，靠近深孔刀具端的鉆桿與已加工工件孔孔壁之間設有供切削液流動的連續變間隙，連續變間隙內的流動切削液形成用于夾緊鉆桿的動油膜壓力。該鉆桿系統可由控制計算機調節可傾瓦塊的傾斜角度，從而可以實時調整徑向可傾瓦塊鉆桿的工作狀態，實現實時控制鉆桿的工作狀態的目的。

技術領域

本發明屬于先進深孔加工技術領域，具體涉及一種帶有徑向可傾瓦塊的深孔加工智能鉆桿系統。

背景技術

通常情況下，深孔加工系統有刀具回轉工件進給的運動方式，刀具回轉進給工件靜止和刀具靜止工件回轉進給三種方式，本發明應用于刀具回轉工件進給的加工方式。

深孔加工難度高，加工工作量大，已成為機械加工中的關鍵性工序。以BTA刀具系統為例，BTA刀具系統屬于內排屑系統，主要由授油器、鉆桿系統、刀具系統及抽屑器等結構組成，工作時，切削液通過授油器從刀具外部輸油通道到達刀具頭部進行冷卻潤滑，并將切屑經鉆桿內部通過切削液向外沖出，由于刀具腔體內部壓力很高同時刀具旋轉速度很快，保證了切屑的排出和工件的加工精度。

徑向可傾滑動軸承是靠相對運動表面之間形成的楔形動壓油膜來進行徑向承載的。形成動壓油膜必須具有三個必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續充滿潤滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。工程上，為提高軸的旋轉精度和穩定性，常用多油楔軸承。

在BTA深孔加工過程中，鉆桿的高速進動，既有流體動壓潤滑的特點又有轉子動力學的特性，所以，利用多油楔軸承的特性，來提高鉆桿的旋轉精度和穩定性，是切實可行的。同時，可傾角楔形瓦塊的擺角特性，會對流體楔形間隙產生重要影響，進而影響可傾楔形瓦塊的壓力分布、油膜厚度分布，合理選擇鉆桿可傾瓦塊的傾斜角度對提高鉆桿的穩定性及旋轉精度有著重要影響。

發明內容

本發明的目的是提出一種帶有徑向可傾瓦塊的深孔加工智能鉆桿系統，這種鉆桿可通過改變可傾瓦塊角度的傾斜角度，改變切屑液壓力分布，進而使鉆桿類似四爪卡盤一樣，被切削液壓力卡緊，達到改善鉆桿振動、提高鉆桿旋轉精度、降低溫升的目的，從而更好的提高深孔加工的直線度，圓度，粗糙度等形位公差及加工精度。

本發明是通過以下技術方案來解決的：一種帶有徑向可傾瓦塊的深孔加工智能鉆桿系統，包括鉆桿、與鉆桿連接的輸油器以及安裝于鉆桿端頭的深孔刀具，靠近深孔刀具端的鉆桿與已加工工件孔孔壁之間設有供切削液流動的連續變間隙，連續變間隙內的流動切削液形成用于夾緊鉆桿的動油膜壓力。

所述連續變間隙為楔形間隙，是由沿徑向均布安裝于鉆桿與工件孔之間的若干可傾瓦塊形成；可傾瓦塊呈瓦片狀，由頭部向尾部沿徑向厚度逐漸增大，呈扇葉放射狀，與已加工工件孔孔壁之間形成楔形間隙，切削液從楔形間隙大端流進、間隙小端流出。

所述可傾瓦塊的徑向角度可調節，鉆桿上對應每個可傾瓦塊的位置均布設有若干支撐孔，各支撐孔內分別安裝有實現可傾瓦塊徑向角度調節的執行組件；所述執行組件包括沿徑向與鉆桿上的支撐孔螺紋連接的空心螺桿套筒，空心螺桿套筒內安裝有支撐關節，支撐關節能在空心螺桿套筒沿徑向運動正對接觸支撐可傾瓦塊的內側。

所述支撐關節連接有實現支撐關節運動的控制系統，控制系統包括壓電陶瓷、形狀記憶合金、開關選擇電路組件、控制計算機、形狀記憶合金控制系統和壓電陶瓷控制電源，壓電陶瓷和形狀記憶合金安裝于空心螺桿套筒內，壓電陶瓷設于支撐關節和形狀記憶合金之間，控制計算機的輸出端連接形狀記憶合金控制系統和壓電陶瓷控制電源的輸入端，形狀記憶合金控制系統和壓電陶瓷控制電源的輸出端通過開關選擇電路組件連接形狀記憶合金。形狀記憶合金控制系統的相關原理可以參見華中理工大學辜承林的文章形狀記憶合金的研究與應用。開關選擇電路組件的連接線路埋藏在鉆桿內壁，沿著鉆桿軸向從內壁引出。