[发明专利]一种基于液压的中小直径深孔加工自纠偏系统

说明书

本发明应用于中小直径深孔加工领域，具体涉及一种基于液压的中小直径深孔加工自纠偏系统。包括内回转体，外回转体和驱动机构；内回转体套设在钻杆的外周，且相对钻杆固定；内回转体和外回转体之间填充有切削液从而在内回转体和外回转体之间形成流道，流道包括多个周向均布的楔形流道，当驱动机构驱动内回转体旋转时，切削液从楔形流道的大端进入小端，压力流和剪切流叠加产生油膜压力实现钻杆的自定心和自纠偏。本发明在楔形实体与外套筒之间形成楔形流动空间，正常状态下楔形空间油膜压力提供周向对称的自定心力；当钻杆发生偏斜时，楔形空间将产生油膜压力，即自纠偏力，利用自纠偏力可将钻杆“推回”到正确的轴线上去，实现轴线偏斜的自纠正。

技术领域

本发明主要应用于中小直径深孔加工领域，具体涉及一种基于液压的中小直径深孔加工自纠偏系统。

背景技术

深孔加工技术产生于对枪、炮管的制造过程,金属管形火器也就成为最早出现的深孔零件。二战结束前,深孔加工技术的发展和应用一直被局限于相对封闭的军工领域,并以其高难度、高成本和神秘性而闻名于机械制造业。随着科学技术的发展，深孔加工技术现已广泛应用于航空航天、能源采掘、汽车制造、石化、冶金、仪器仪表、国防装备制造等产业领域,但由于深孔加工难度大、加工工作量大、制造成本高,已成为机械制造技术中的难点之一。据有关资料统计,在29个制造行业中,至少有50％对深孔加工技术及其装备有直接需求,1/3以上有迫切需求,所以深孔加工质量的好坏,将会直接影响机械产品的生产效率及加工质量。同时深孔加工的特殊性也形成了其加工过程中的经典难题:排屑难、冷却以及润滑难、工具系统刚度低、刀具的自导向等,这些问题长期困扰着深孔加工行业,它们在极大程度上限制了深孔加工的工艺范围、加工效率以及加工精度,也限制了深孔加工理论及技术向其他领域拓展的能力,所以研究深孔加工新技术已成为普遍关注的问题。

考虑到深孔细长的特点，决定了深孔刀具必然同样细长，导致了刀具的刚度不足，在受到较大的切削力时，刀具必然会出现失稳的现象，造成轴线的偏斜。

针对深孔轴线的偏斜问题，国内外的专家学者进行了大量的研究，提出了众多新颖的技术方案，总体上分为液压纠偏与非液压纠偏两大类。

液压纠偏方案有：譬如中北大学的张荣涛参考“三片瓦式”动压滑动轴承的结构特点，提出在内排屑深孔刀具钻头、钻杆之间以螺纹联接三楔形结构实体，利用钻杆与孔壁之间的切削液流道实现液压纠偏(“基于轴承动压润滑原理的BTA钻杆设计及其自定心、自纠偏机理研究”，张荣涛，中北大学，2018年)；又譬如依据切削液在楔形缝隙内的流动特性，设计出具有一定锥度的顺锥形实体，同样是以螺纹联接于钻头、钻杆之间，在偏斜时利用液压力纠偏(CN104162696B)；此外中北大学的李耀明、魏杰等提出以挤压油膜阻尼器安装于钻杆上，通过油膜压力减轻振动来减小轴线偏斜(“挤压油膜阻尼器对深孔加工直线度的影响”，李耀明，工具技术，第51卷第2期，第81-83页，2017年)；中北大学的付康康也提出采用磁流变液阻尼器来抑制振动来减小轴线偏斜(“枪钻加工孔轴线偏斜分析及控制技术研究”，付康康，中北大学，2018年)。

非液压纠偏方案有：譬如在钻头末端以及钻杆末端分别安装有内外激光源以及光敏元件，以内外光敏元件接收到内外激光源发射出的激光光束来确定钻头的位姿形态从而达到检测偏斜的目的(CN202622002U)，同时在钻头处安装有各种可以使钻头发生相应偏转的装置，比如有：1、安装金属块及加热装置，利用金属热胀冷缩的特性来强制钻头偏转(CN105382632B、CN105345094B)；2、在钻头部分安装径向及轴向伸缩装置来使钻头发生偏转(CN103182552B)；3、在钻头位置安装拉杆，通过外部机构对拉杆施加推力或者拉力来使钻头发生偏转(CN102642040B)。此外还有利用外部装置比如安装致动器强行抬起钻头来抑制振动减小轴线偏斜(CN208840567U)等。

以上的方案大多适用于大直径深孔以及内排屑深孔加工刀具，而对于中小直径深孔加工，普遍使用外排屑的硬质合金枪钻进行加工，目前对于中小直径深孔加工中的轴线纠偏方法研究较少，如何改善中小直径深孔加工中的轴线偏斜，仍是一个亟待解决的问题。

发明内容