基于深孔鉆削穩(wěn)定性研究及應用

段樹軍等

摘 要：為了反映小深孔鉆削機床加工過程中槍鉆的穩(wěn)定情況，對高速運轉(zhuǎn)下的槍鉆系統(tǒng)以及其不規(guī)則體的轉(zhuǎn)子進行研究。基于機床顫振的非線性理論、深孔加工系統(tǒng)的非線性動力學、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學建立槍鉆加工小深孔的動力學模型，從而得到槍鉆系統(tǒng)的動力學方程。

關鍵詞：深孔鉆削；穩(wěn)定性；應用實例

0 引言

深孔鉆削加工技術是機械加工生產(chǎn)中被廣泛應用的一種加工技術，深孔鉆削加工技術的應用促進了我國機械加工行業(yè)的發(fā)展，在許多的機床、設備、工具、零件的生產(chǎn)加工時，都需要使用深孔鉆削加工技術，使其在需要加工的產(chǎn)品上鉆削出符合人們需要的、與設計圖紙大小、深度相符的孔洞，從而更加方便的將各種零件組裝起來，供人們使用。但是，目前深孔鉆削加工技術在使用中仍然存在許多的問題，其中最主要的問題就是深孔鉆削加工技術中使用的鉆頭的穩(wěn)定性不足，由于在機械加工中使用的都是高硬度的金屬或者合金材料，才能夠保證生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的質(zhì)量，但是，也因此導致了深孔鉆削加工的難度的增大，如果鉆頭的強度低于機械設備或者與機械設備的材料的硬度相同，那么，在深孔鉆削加工的鉆頭就會非常容易斷裂，從而影響機械加工的質(zhì)量，因此，本文主要對深孔鉆削加工技術的穩(wěn)定性進行研究，希望能夠解決在深孔鉆削加工技術中存在的問題，提高機械加工的質(zhì)量。

1 深孔加工現(xiàn)狀及發(fā)展

深孔鉆削加工技術在十八世紀時就已經(jīng)被人們發(fā)明出來并逐漸在機械加工中得到越來越多的應用，而深孔鉆削加工技術被發(fā)明的最初目的是應用于武器的生產(chǎn)，自從火藥被發(fā)明以來，人們一直致力于對大規(guī)模殺傷性武器的研究，希望人們能夠依靠武器的力量讓自己變得更加的強大，而隨著越來越多的武器被研發(fā)出來，且人們對槍炮的需求量的逐漸的增大，以前的人工生產(chǎn)武器的技術已經(jīng)不能夠滿足人們的需求，為了提高機械的生產(chǎn)效率，人們發(fā)明了深孔鉆削加工技術。在機械生產(chǎn)中，人們不可能將體積巨大、形狀復雜的機械一次性的生產(chǎn)出來，因此，人們將機械分為多個零件，等到零件生產(chǎn)出來后，經(jīng)過適當?shù)募庸そM裝后就能夠得到人們想要的產(chǎn)品，深孔鉆削技術就是零件加工中的必要的技術之一。

深孔鉆削加工技術最初使用的鉆頭是扁鉆，但是扁鉆的可變性較低，不能夠達到人們的要求，因此，麻花鉆代替了扁鉆，相比于扁鉆來說，麻花鉆擁有兩種鉆頭，結(jié)構簡單，制造方便，切削液也容易導入，適宜加工大尺寸范圍的孔洞。但是，麻花鉆也有一定的缺點，比如說當加工深孔時，麻花鉆不利于冷卻和廢屑的排出，剛性也很低，不適宜大量的加工，因此生產(chǎn)效率較低。為了提高機械加工的生產(chǎn)效率，人們一直在不斷的對深孔鉆削加工技術進行研究，進而發(fā)明了槍鉆、內(nèi)排屑深孔鉆、單管內(nèi)排屑噴吸鉆等更加適合當前機械加工生產(chǎn)的深孔鉆削加工技術的鉆頭，鉆頭的研究的最主要的目的就是提高鉆頭的穩(wěn)定性，提高鉆頭的剛度，提高深孔鉆削加工的生產(chǎn)效率，才能夠更好的促進深孔鉆削加工技術的發(fā)展。

2 機床切削顫振控制的研究現(xiàn)狀

切削顫振是機械加工過程中機床、工件和刀具之間發(fā)生的是一種復雜的動態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。在進行機床切削時產(chǎn)生的顫振會加大機床的磨損程度，縮短機床的使用壽命，因此，人們一直在對機床切削進行研究，希望能夠減少甚至消除顫振，但是，在目前的機械加工中還沒有可以徹底消除機床切削顫振的方法，只能夠通過采取一定的措施來控制機床切削顫振，而控制措施主要可以分為主動控制、被動控制、半主動控制、調(diào)整切削參數(shù)控制等。主動控制就是采用反饋控制的原理，檢測出系統(tǒng)的某一狀態(tài)量的變動，然后把與狀態(tài)量同頻率和幅度但反相的控制量加到這個狀態(tài)量本身或作相應變動后加在其它狀態(tài)量上去。目前的機械加工所采用的機床設備大都已經(jīng)實現(xiàn)了計算機化，甚至一些技術先進的企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了智能化，因此，機床在工作時各個部分的具體的情況都會在計算機上進行顯示，人們可以根據(jù)計算機所輸出的機床的工作時的數(shù)據(jù)，查找出具體的產(chǎn)生顫振的部位，以及顫振的頻率和幅度，再根據(jù)這些信息采取相應的解決措施，這種由人們主動的對機床切削顫振進行干預控制的措施為主動控制。

而被動控制主要是在機床的制造時添加吸振部件，在機床工作時，吸振部件會對機床切削時產(chǎn)生的顫振產(chǎn)生消弱的作用，但是，吸振部件所能夠起到的作用較小，而且不同的機床需要在不同部位安裝不同強度的吸振部件，所以，被動控制在機床切削顫振控制中取得的效果不是很理想。半自動控制結(jié)合了主動控制和被動控制的優(yōu)點，是在機床內(nèi)安裝了可控制調(diào)節(jié)的、響應速度快的介質(zhì)，從而達到更好的對顫振進行控制的目的，因此在當前的機械加工中的應用較為廣泛。但是，目前的機床切削顫振控制仍然存在許多的問題，需要人們繼續(xù)的研究，才能夠更好的對機床切削顫振進行控制[1]。

3 深孔鉆削穩(wěn)定性研究

3.1 機床結(jié)構分析

目前在機械加工中使用的機床根據(jù)其加工的產(chǎn)品的不同其組成結(jié)構也有所不同，但是其主體的結(jié)構組成卻大同小異，因此，本文主要對機床的總體結(jié)構進行介紹，并以應用較為廣泛的槍鉆為鉆頭。機床系統(tǒng)總體為工件固定、高速主軸動力頭進給的槍鉆加工形式。其高速主軸自動進給動力頭由可調(diào)速變頻電機帶動高速主軸實現(xiàn)，以滿足槍鉆加工時鉆頭所需的轉(zhuǎn)速要求；動力頭的進給由伺服電機驅(qū)動滾珠茲杠完成，可達到進給自動，穩(wěn)定和持續(xù)；動力頭前端聯(lián)接槍鉆鉆柄，傳遞鉆頭的旋轉(zhuǎn)和進給運動；動力頭后端聯(lián)接高壓授油器[2]。

3.2 槍鉆系統(tǒng)鉆削中的穩(wěn)定分析

提高槍鉆系統(tǒng)鉆削穩(wěn)定性是深孔鉆削加工技術研究的最主要的目的，只有槍鉆系統(tǒng)鉆削的穩(wěn)定性足夠才能夠保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，減少產(chǎn)品表面因為槍鉆系統(tǒng)鉆削穩(wěn)定性不足而出現(xiàn)的劃痕。由于槍鉆系統(tǒng)切削加工時處在半封閉或者全封閉的狀態(tài)下，因此加工運動的方式較為多變，只有穩(wěn)定性足夠才能夠提高加工的質(zhì)量。所以，人們?yōu)榱颂岣邩屻@系統(tǒng)鉆削的穩(wěn)定性，對其在運動時的各個受力情況進行了分析，每一種力都有可能改變槍鉆的運行的軌跡，而掌握受力方向并使各個力之間達到穩(wěn)定的平衡，就能夠提高槍鉆鉆削的穩(wěn)定性。因此動力學方程的建立，對于提高槍鉆系統(tǒng)鉆削穩(wěn)定性有重要的意義[3]。

4 槍鉆系統(tǒng)鉆削模型實例

槍鉆系統(tǒng)鉆削模型的建立主要分為兩個部分，分別為切削力分析和槍鉆系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的選擇，而切削力分析主要分為切削力均量、切削力動態(tài)波動成分，其中切削力動態(tài)波動成分對于槍鉆系統(tǒng)的振動及穩(wěn)定性有很大的影響，因此，在建立槍鉆系統(tǒng)鉆削模型時，需要對切削力動態(tài)波動成分進行全面的分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取相應的措施，保證鉆桿的受力平衡。其次就是槍鉆系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的選擇，選擇轉(zhuǎn)速的時候要充分考慮加工零件時系統(tǒng)鉆削的穩(wěn)定性。由于建立模型前都需要先建立動力學方程，而動力學方程的運算會得出最適合的轉(zhuǎn)速的范圍，以此來作為模型選擇轉(zhuǎn)速的依據(jù)[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，深孔鉆削加工的穩(wěn)定性對于提高機械加工的質(zhì)量有很大的作用，但是，在目前的深孔鉆削加工中仍然存在許多的問題，只有通過建立鉆削模型、運用動力學方程的方法，計算出最適合的機床結(jié)構，并對原有的機床進行改造，才能夠很好的提高深孔鉆削加工的穩(wěn)定性。

參考文獻：

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