大直徑深孔鏜削加工的新方法探討

暴鵬飛 馬偉偉 于杰

摘 要：深孔加工是機械加工中的一大分支，被廣泛的應用于多種產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，深孔加工的應用效率高，但是發(fā)展歷史不長，在技術的升級方面還存在一些問題。與淺孔加工相比深孔加工應用難度大技術發(fā)展不成熟。為解決大直徑深孔鏜削加工過程中存在的一些技術問題，本研究將從現(xiàn)狀入手，提出行之有效的加工方案。

關鍵詞：大直徑;深孔;鏜削加工;技術;應用

前言

深孔加工技術如今被廣泛的應用于能源、化工和機械機床制造業(yè)等多個領域，其應用場景廣闊，應用發(fā)展空間大。但是深孔加工技術應用的難度要遠遠大于淺孔加工，并且技術應用體系尚未完善，這也是目前深孔加工技術對于部分管件加工作業(yè)無法做到全面監(jiān)督和管理的主要原因。技術問題的解決需要投入大量的資金支持，并且在超長管件加工中的問題非常突出，根據(jù)現(xiàn)存問題，我們吸取傳統(tǒng)機械加工經(jīng)驗對超長管件加工作業(yè)進行了新的設計，通過內(nèi)孔加工裝備的發(fā)展，對大直徑的深孔鏜削加工方法進行進一步的研究。

一、設備構成及工作原理

本研究所構架的步進內(nèi)置式深孔鏜削機器人主要由電動機、行走輪、可伸縮壓力支撐足、主體機構、鏜刀、深孔工件構成。電機固定于設備尾部，以主軸為核心連接深孔鏜桿和鏜削刀具，主體結(jié)構之上是本體行走輪。行走輪可以起到的作用有：完成機械設備的所有行走任務、和可伸縮壓力支撐足一起對整個機器本體結(jié)構進行支撐、在設備換刀或者運行出現(xiàn)故障時能夠及時的幫助設備退出管道，避免更大故障問題的發(fā)生。設備支撐輪下方的彈簧由液壓控制，能夠幫助穩(wěn)定系統(tǒng)和提供準確的定位，在設備加工過程中能夠增強穩(wěn)定性，對加工精度有一定的積極影響[1]。除此之外支撐輪還可以控制設備的加工范圍，在不同直徑的管件加工過程中都可以進行調(diào)整，長度的控制非常合理，應用范圍也可進一步變寬。

二、深孔鏜削設備的行走方式及應用原理

（一）、行走方式

目前市場上應用的行走類機器人有連續(xù)運動和非連續(xù)運動這兩種，連續(xù)運動的機器人有輪式、履帶式。主要依靠摩擦力，輪子和履帶之間的摩擦產(chǎn)生動力，驅(qū)動輪和管壁之間的附著力會產(chǎn)生推動力幫助設備前進。通常情況下連續(xù)運動的機械設備動力會更加充足運行速度會更快，但是對使用場景有一定的限制，因為在移動的過程中設備機構需要很大的牽引力才能夠驅(qū)動設備前進，正向壓力和摩擦力之間會出現(xiàn)矛盾，機構的牽引力較小時就會影響設備的正常運行，對于設備性能的呈現(xiàn)存在不穩(wěn)定型。非連續(xù)運動型的機器人沒有這樣大的運行動力，因此為了節(jié)約動能通常是選擇蠕動，除了運行的速度較慢之外，該類型機械設備的牽引力問題得以解決，在應用過程中趨于穩(wěn)定[2]。本研究中的深孔鏜削機器人對于牽引力有一定的要求，對于設備的運行速率也有一定的要求，因此選擇的是在牽引力上表現(xiàn)較為穩(wěn)定，且具備較好運行效率的輪式步進行走方法、深孔鏜削過程中設備的支撐足可以承擔整個設備的穩(wěn)定運行和定位任務，加工循環(huán)結(jié)束之后，也可以利用輪式行走功能進入到下一個加工循環(huán)之中，完成另外的加工任務，提升加工效率，節(jié)約加工資源。

（二）、行走原理

深孔鏜削機器人的加工管件運轉(zhuǎn)必然是依靠電機，因此電動機始終要保持流暢開啟狀態(tài)，為機器人提供鏜削運行動力。除此之外液壓缸活塞桿伸出定位腳在管件的內(nèi)壁上進行固定，可實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定定位。在使用過程中為保證設備定位的準確定，需要對固定元件的運行穩(wěn)定性進行進一步的檢查。鏜削程序完成之后鏜桿才能收回設備內(nèi)部。支撐液壓活塞收回之后支撐足與管壁實現(xiàn)分離，支撐足運動到預設位置之后就停止給油，行走輪電動機會根據(jù)支撐足的運行情況判斷是否開啟，開啟后支撐液壓缸的活塞將會在此由活塞桿為首伸出，支撐足會第二次完成與深孔內(nèi)部的貼合。以上準備工序完成之后鏜刀開始工作，直至該程序運行完畢下一循環(huán)開始。這些是設備運行切削程序的完整運行情況，在設備加工的過程中，會一種重復該行走步驟，切削加工徹底完成后才可停止。

（三）、荷載計算

根據(jù)基本的切削力運算公式，將本次研究的切削設備深孔鏜削機器人的切削力設定為F，其中Fe設定為設備的背心力，而Fi則設定為設備的進給力，a為設備的切削深度，f是設備的實際給進量，v是設備的切削速度，最終加工形式和加工材料的選擇以合適的指數(shù)和公式范圍內(nèi)的參數(shù)表示。通過9.81和270固定參數(shù)的統(tǒng)計，可以對不同應用場景下的切削條件進行計算，切削速度和推進量需要額外注意，因為在設備運行的過程中這兩個變量有可能會影響到鏜刀應力場，從而影響最終的計算結(jié)果[3]。

（四）、運動性能仿真

通過運算后建模，本研究對該理論支撐下的深孔鏜刀運行機器進行了模型思想拆分，通過對運動約束和施加負荷進行進一步的計算最終完成整個模型，模型具有仿真能力，它對設備的動力學呈現(xiàn)要非常的真實，并且要具備接觸力要素，通過模型的仿真模擬，可以直觀的呈現(xiàn)設備切削過程中的動力、切削速率、設備運行持續(xù)性以及設備結(jié)構穩(wěn)定性等等情況，以此來論證設計的合理性。通過建模和后續(xù)的運行實驗可以看出設備其實還是會受到重力的影響，在運行過程中出現(xiàn)重力差設備的加工管件運行就會出現(xiàn)一定的偏差，支撐液壓缸內(nèi)油液的壓力能夠緩解這一狀況，但是并不持久，只能有一定程度的改善。但是液壓缸內(nèi)的壓強調(diào)節(jié)對設備運行來說至關重要，因為壓強調(diào)節(jié)會影響支撐腳的震動，減少壓強能夠降低震動的幅度，設備的運行會更趨于穩(wěn)定。而設備在高速旋轉(zhuǎn)的過程中切削的刀片會出現(xiàn)較大震動，該震動會進一步的傳遞到震動軸上，可能會對后續(xù)的設備運行造成影響，因此為了降低震動情況的出現(xiàn)，需要在鏜刀的刀具和導向塊進行進一步的調(diào)節(jié)，完成刀具的合理分布，并盡量的向中心軸線靠攏，這樣后續(xù)質(zhì)心也會盡量的落于軸線之上，對于控制刀具的震動效果很好。

結(jié)束語

本研究給出了一種新的大直徑深孔加工鏜削設備設計方案，通過對方案的進一步論證，最終結(jié)果表明該創(chuàng)新設備可以滿足大直徑深孔的加工要求，設備運行的穩(wěn)定性和效率也有最基本的保證。

參考文獻：

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