[發明專利]基于壓電陶瓷材料糾偏的深孔加工用槍鉆及糾偏方法

有效

• 申請號: 202010745162.3
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN112247205B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 程寓;錢清
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23B41/02
• 分類號: B23B41/02;B23B47/00;B23Q17/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明應用于中小直徑深孔(以下)加工領域，具體涉及一種基于壓電陶瓷材料進行測偏、糾偏的深孔加工用槍鉆及相應的測偏、糾偏方法。壓電槍鉆包括壓電鉆頭和壓電鉆桿；壓電鉆桿前端周向角度相差90°安裝有兩個長條型瓦狀壓電陶瓷，所述瓦狀壓電陶瓷用于檢測軸線偏斜導致鉆桿彎曲時產生的軸向應力所引起的電壓變化，從而判斷軸線偏斜的方向及大小；壓電鉆頭上焊接弧形實體，并在周向加工三個圓柱凹槽，其中安裝圓柱狀壓電陶瓷，所述圓柱狀壓電陶瓷上表面黏附硬質合金保護層并與孔壁形成過盈配合，通過施加外部電壓信號使之發生徑向變形，與加工孔壁相擠壓，將偏斜的鉆頭推回正確位置；通過在線測偏與實時糾偏的動態結合，提高中小直徑深孔直線度。

技術領域

本發明屬于深孔加工領域，具體涉及一種基于壓電陶瓷材料糾偏的深孔加工用槍鉆及糾偏方法。

背景技術

深孔加工技術產生于對槍、炮管的制造過程,金屬管形火器也就成為最早出現的深孔零件。二戰結束前,深孔加工技術的發展和應用一直被局限于相對封閉的軍工領域,并以其高難度、高成本和神秘性而聞名于機械制造業。隨著科學技術的發展，深孔加工技術現已廣泛應用于航空航天、能源采掘、汽車制造、石化、冶金、儀器儀表、國防裝備制造等產業領域,但由于深孔加工難度大、加工工作量大、制造成本高,已成為機械制造技術中的難點之一。深孔加工的特殊性也形成了其加工過程中的經典難題:排屑難、冷卻以及潤滑難、工具系統剛度低、刀具的自導向等,這些問題長期困擾著深孔加工行業,它們在極大程度上限制了深孔加工的工藝范圍、加工效率以及加工精度,也限制了深孔加工理論及技術向其他領域拓展的能力,所以研究深孔加工新技術已成為普遍關注的問題。

由于深孔加工中的待加工對象多為細長孔，因而在實際加工中，孔軸線偏斜的問題十分嚴重。研究深孔軸線偏斜問題，就必須得從偏斜的檢測與偏斜的控制兩方面入手。目前對于深孔加工中軸線偏斜的檢測，仍然缺乏有效的技術支持，實際生產中更多的還是依賴于工人的經驗，通過噪聲以及振動信號來感知軸線偏斜，缺乏時效性。而目前對于軸線偏斜的控制，更多的也還是通過優化工藝參數及刀具參數，來實現軸線偏斜的改善，缺乏過程中的控制手段。因此，針對深孔加工中軸線偏斜的在線檢測與過程中的實時糾偏，國內外的學者進行了大量的研究，提出了眾多的新穎的技術方案。

譬如中北大學的崔貴波、吳伏家等人提出在周向布置三個超聲波測厚儀并隨著刀具一起做進給運動，通過“三點定圓”的方法，借助外部裝置計算深孔軸線中心的實時位置來實現深孔加工軸線偏斜的在線檢測(“深孔加工過程中實時檢測的研究”，崔貴波，機械工程師，第3期，第66-67頁，2008年)。譬如在鉆頭末端以及鉆桿末端分別安裝內外激光源以及光敏元件，以內外光敏元件接收到內外激光源發射出的激光光束來確定鉆頭的位姿形態從而達到檢測偏斜(CN202622002U)的目的。同時在鉆頭處安裝有各種可以使鉆頭發生相應偏轉的裝置，比如：1、安裝金屬塊及加熱裝置，利用金屬熱脹冷縮的特性來強制鉆頭偏轉(CN105382632B、CN105345094B)；2、在鉆頭部分安裝徑向及軸向伸縮裝置來使鉆頭發生偏轉(CN103182552B)；3、在鉆頭位置安裝拉桿，通過外部機構對拉桿施加推力或者拉力來使鉆頭發生偏轉(CN102642040B)。譬如中北大學的張榮濤參考“三片瓦式”動壓滑動軸承的結構特點，在內排屑深孔刀具鉆頭、鉆桿之間以螺紋聯接三楔形結構實體，利用鉆桿與孔壁之間的切削液流道借助液壓實現過程中糾偏(“基于軸承動壓潤滑原理的BTA鉆桿設計及其自定心、自糾偏機理研究”，張榮濤，中北大學，2018年)。又譬如依據切削液在楔形縫隙內的流動特性，設計出具有一定錐度的順錐形實體，同樣是以螺紋聯接于鉆頭、鉆桿之間，在偏斜時利用液壓力實時糾偏(CN104162696B)。此外還有利用外部裝置比如安裝致動器強行抬起鉆頭(CN208840567U)減小軸線偏斜，中北大學的付康康提出采用磁流變液阻尼器來抑制振動減小軸線偏斜(“槍鉆加工孔軸線偏斜分析及控制技術研究”，付康康，中北大學，2018年)，中北大學的李耀明、魏杰等提出采用擠壓油膜阻尼器產生的油膜壓力減輕振動減小軸線偏斜(“擠壓油膜阻尼器對深孔加工直線度的影響”，李耀明，工具技術，第51卷第2期，第81-83頁，2017年)。