[發明專利]一種基于液壓的中小直徑深孔加工自糾偏系統

有效

• 申請號: 202010829793.3
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN112077362B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 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: B23B47/00
• 分類號: B23B47/00;B23B41/02
• 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加工領域，具體涉及一種基于液壓的中小直徑深孔加工自糾偏系統。包括內回轉體，外回轉體和驅動機構；內回轉體套設在鉆桿的外周，且相對鉆桿固定；內回轉體和外回轉體之間填充有切削液從而在內回轉體和外回轉體之間形成流道，流道包括多個周向均布的楔形流道，當驅動機構驅動內回轉體旋轉時，切削液從楔形流道的大端進入小端，壓力流和剪切流疊加產生油膜壓力實現鉆桿的自定心和自糾偏。本發明在楔形實體與外套筒之間形成楔形流動空間，正常狀態下楔形空間油膜壓力提供周向對稱的自定心力；當鉆桿發生偏斜時，楔形空間將產生油膜壓力，即自糾偏力，利用自糾偏力可將鉆桿“推回”到正確的軸線上去，實現軸線偏斜的自糾正。

技術領域

本發明主要應用于中小直徑深孔加工領域，具體涉及一種基于液壓的中小直徑深孔加工自糾偏系統。

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。據有關資料統計,在29個制造行業中,至少有50％對深孔加工技術及其裝備有直接需求,1/3以上有迫切需求,所以深孔加工質量的好壞,將會直接影響機械產品的生產效率及加工質量。同時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。

考慮到深孔細長的特點，決定了深孔刀具必然同樣細長，導致了刀具的剛度不足，在受到較大的切削力時，刀具必然會出現失穩的現象，造成軸線的偏斜。

針對深孔軸線的偏斜問題，國內外的專家學者進行了大量的研究，提出了眾多新穎的技術方案，總體上分為液壓糾偏與非液壓糾偏兩大類。

液壓糾偏方案有：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，提出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實現液壓糾偏(“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糾偏(CN104162696B)；此外中北大學的李耀明、魏杰等提出以擠壓油膜阻尼器安裝于鉆桿上，通過油膜壓力減輕振動來減小軸線偏斜(“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)；中北大學的付康康也提出采用磁流變液阻尼器來抑制振動來減小軸線偏斜(“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)。

非液壓糾偏方案有：譬如在鉆頭末端以及鉆桿末端分別安裝有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的目的(CN202622002U)，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，比如有：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)。此外還有利用外部裝置比如安裝致動器強行抬起鉆頭來抑制振動減小軸線偏斜(CN208840567U)等。

以上的方案大多適用于大直徑深孔以及內排屑深孔加工刀具，而對于中小直徑深孔加工，普遍使用外排屑的硬質合金槍鉆進行加工，目前對于中小直徑深孔加工中的軸線糾偏方法研究較少，如何改善中小直徑深孔加工中的軸線偏斜，仍是一個亟待解決的問題。

發明內容