CN102699375A - 一种数控振动深孔钻镗加工设备及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种数控振动深孔钻镗加工设备，其特征在于：包括设置在床身上的工件、钻头和钻杆，所述工件通过主电机驱动做旋转运动，所述钻头随钻杆通过电机驱动做旋转运动并通过伺服减速电机和振动电机驱动同时做数控进给运动及轴向往复振动。本发明提供的深孔钻镗设备可实现工件和钻头同时双向回转以及轴向振动钻削功能，改善了钻头切削区恶劣的工作条件与润滑效果，实现了切屑的自主控制，大幅度拓宽了设备工艺范围，提高孔的圆度、直线度等加工精度指标，进而提高了孔加工质量和效率。解决了现有技术存在的断排屑难题，并可自动完成切屑的分离、收集和输送，实现钻削过程自动化，可广泛用于回转类深孔零件加工领域。

Description

一种数控振动深孔钻镗加工设备及其加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种深孔钻镗加工设备，特别涉及一种数控振动深孔钻镗设备，还涉及这种数控振动深孔钻镗加工设备的加工方法。

背景技术

深孔加工是机械加工领域的一个重要分支，在国防工业、石油采掘、航空航天、机床、汽车等行业有着广泛的应用。深孔加工与车削、铣削等相比有着很大的区别，在深孔加工过程中，钻头切削条件十分恶劣，切屑的产生和的排出都是在狭小的半封闭空间内完成，钻头磨损快，容易产生崩刃、破损和切屑堵塞等现象，尤其是超长深孔的加工，由于钻杆长、强度低、刚度差，极易出现钻头偏斜与加工孔质量达不到要求。因此，深孔加工一直是机械加工领域的一个难题。

深孔加工技术起源于十九世纪末至二十世纪初，为了解决枪管的加工，发明了将高压液体通过钻杆内通道送到切削区，从而带走铁屑和热量，并在钻头外径上加上导向套，以保证孔的正确方向的加工方法—枪钻。枪钻与传统的加长麻花钻深孔加工方式相比，是深孔加工技术的一次飞跃，它解决了麻花钻在深孔加工中钻头的不易冷却，排屑困难的问题，但它仍属于外排屑加工方式，排屑时易划伤已加工的孔表面，且排屑不够通畅。

1942年德国的Beisher发明了内排屑深孔钻的加工方式。二战后，国际上成立了一个以德、瑞典、英、法国为主要参与国的国际孔加工协会(Boringand Trepanning Association)，推出了一种具有单边切削刃、自导向钻头和高压切削液的内排屑深孔钻，称为BTA钻或称为Beisner内排屑深孔钻。它能够自动地排屑冷却、润滑，又有单边刃自导向功能，属于外进油内排屑。BTA钻在枪钻的基础上增加了钻杆的刚性，改善了排屑条件，并提高了孔的表面加工质量。经过几十年的生产实践，BTA法(内排屑加工法)己经形成一套较完整的加工系统，钻头的发展也己经基本定型。

但BTA钻系统存在密封装置制造复杂问题，为克服BTA系统存在的不足之处，1963年瑞典Sandvik公司发明了喷吸钻系统。喷吸式深孔钻是在内排屑深孔钻基础上发展起来的新型实心深孔加工方法，它是利用流体的喷吸效应原理，当高压流体经过一个狭小的通道(喷嘴)高速喷射时，在这股喷射流的周围形成一个低压区，可以将喷嘴附近的流体吸走，它解决了BTA系统的复杂压力头制造及密封问题。但喷吸钻由于采用双管系统，排屑空间受到限制，所以只适用于钻削直径较大的孔，同时加工精度较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工精度高的数控振动深孔钻镗加工设备，以解决现有技术加工精度低、断排屑不稳定的问题。

本发明的另一个目的在于提供所述数控振动深孔钻镗加工设备的加工方法。

本发明的目的是这样实现的，一种数控振动深孔钻镗加工设备，包括安装在机床上的工件、钻头和钻杆，所述工件通过主电机驱动做旋转运动，所述钻头随钻杆通过电机驱动做旋转运动，并通过伺服减速电机和振动电机驱动同时做数控进给运动及轴向往复振动。

所述床身上还设有主轴箱、授油器和振动箱，所述工件通过工件支架设置在所述主轴箱和授油器之间；所述授油器和振动箱之间设有钻杆支架，所述钻头和钻杆安装在所述振动箱、钻杆支架和授油器的引导支撑孔中。

所述授油器通过液压锁紧机构固定于所述床身。

还包括排屑器、床尾粗油箱、精油箱、床头粗油箱及泵站。

还包括电气控制系统，所述电气控制系统包括电气柜和控制操作面板，所述控制操作面板设置在所述床身上。

本发明的另一个目的是这样实现的，所述数控振动深孔钻镗加工设备的加工方法，深孔加工时，工件做旋转运动，动力由主电机、主轴箱传递至工件；钻头随钻杆做旋转运动、深孔轴线方向的进给运动、深孔轴线方向的小幅度往复振动，旋转运动动力由电机通过振动箱、钻杆传递至钻头，进给运动动力由伺服减速电机通过丝杠副、拖板、振动箱、钻杆传递至钻头，小幅度往复振动由振动电机通过振动箱、钻杆传递至钻头。

钻盲孔时冷却液由精油箱泵出，通过授油器到达切削区，含切屑的混合液通过钻杆内部、振动箱、排屑器、床尾粗油箱，最终到达精油箱，完成冷却液的循环，在排屑器处完成大部分切屑与冷却液的分离；钻通孔时，最后阶段的冷却液部分通过授油器、切削区、工件、主轴箱、床头粗油箱到达精油箱。

镗孔时冷却液的主要循环路线为精油箱→授油器→切削区→工件→主轴箱→床头粗油箱→精油箱，切屑与冷却液的分离主要在床头粗油箱内完成。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的深孔钻镗设备可实现工件和钻头同时双向回转，大幅度拓宽了设备工艺范围，提高了孔的圆度、直线度等加工精度指标，进而提高了孔加工质量和效率。

2、本发明钻头轴向的小幅度往复振动能有效实现稳定可靠地断屑，减小切屑体积，使切屑易被冷却液从切削区排出，减小了切屑对液路的阻塞；低频轴向振动钻削工艺可改善钻头切削区恶劣的工作条件与润滑效果，实现了切屑的自主控制，解决了现有技术存在的断排屑难题。

3、本发明排屑与切削收集系统包括两个回路，可自动完成切屑的分离、收集和输送，实现钻削过程自动化。可广泛用于回转类深孔零件加工领域。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为图1俯视图；

图3为图1立体图。

图中，1.电气柜，2.主轴箱，3.工件支架，4.工件，5.授油器，6.控制操作面板，7.钻杆，8.钻杆支架，9.振动箱，10.床身，11.排屑器，12.床尾粗油箱，13.精油箱，14.床头粗油箱。

具体实施方式

实施例，一种数控振动深孔钻镗加工设备，参见图1、图2，包括床身10、排屑器11、床尾粗油箱12、精油箱13、床头粗油箱14、泵站及设置在床身10上的主轴箱2、授油器5、振动箱9、工件4、钻头和钻杆7，工件4通过工件支架3设置在主轴箱2和授油器5之间；授油器5和振动箱9之间设有钻杆支架8，钻头和钻杆7安装在振动箱9、钻杆支架8和授油器5的引导支撑孔中。采用双向回转BTA内排屑深孔加工低频轴向振动钻削方式。钻头通过钻杆与振动箱9相连接，在电机驱动下做旋转运动并通过伺服减速电机和振动电机驱动同时做数控进给运动及轴向往复振动。

主轴箱2固定于床身10的一侧，工件支架3的数量和位置以及授油器5的位置由工件4尺寸决定，钻杆7长度、钻杆支架8数量和位置由待加工深孔长度决定，振动箱9可以沿导轨做进给运动。

排屑系统主要包括床头粗油箱14、床尾粗油箱12、精油箱13、授油器5、振动箱9、主轴箱2、钻杆7和工件4。

工作时，工件4装夹于主轴箱2、授油器5、工件支架3上，钻杆7装夹于振动箱9上，由钻杆支架8、授油器5完成钻杆7的引导与辅助支撑。

参见图3，深孔加工时，工件4做旋转运动，动力由主电机、主轴箱2传递至工件4；深孔钻头随钻杆7做旋转运动、深孔轴线方向的进给运动、深孔轴线方向的小幅度往复振动，旋转运动动力由电机通过振动箱9、钻杆7传递至钻头，进给运动由伺服减速电机通过丝杠副、拖板、振动箱9、钻杆7传递至钻头，小幅度往复振动由振动电机通过振动箱9、钻杆7传递至钻头。钻盲孔时冷却液由精油箱13泵出，通过授油器5到达切削区，一方面降低切削区的温度，一方面将切屑冲出切削区，含切屑的混合液通过钻杆7内部、振动箱9、排屑器11、床尾粗油箱12，最终到达精油箱13，完成冷却液的循环，在排屑器11处完成大部分切屑与冷却液的分离；钻通孔时，最后阶段的冷却液部分通过授油器5、切削区、工件4、主轴箱2、床头粗油箱14到达精油箱13。镗孔时冷却液的主要循环路线为精油箱13→授油器5→切削区→工件4→主轴箱2→床头粗油箱14→精油箱13，镗孔时切屑量较少，切屑与冷却液的分离主要在床头粗油箱14内完成，床头粗油箱14中的切屑需要及时处理。

在深孔镗削中，切削区为一环形区域，工件与深孔镗削刀具的刀刃外侧接触并相互作用，精油箱13→泵站→授油器5→切削区→工件4→主轴箱2→床头粗油箱14→精油箱13构成前排屑镗孔时切削液的循环回路；在深孔钻削中，切削区为半封闭区域，工件与整个刀刃接触并相互作用，精油箱13→泵站→授油器5→切削区→钻杆7→振动箱9→排屑器11→床尾粗油箱12→精油箱13构成后排屑钻孔时的切削液循环回路。

该设备的电气控制系统主要包括电气柜1和各种控制操作面板6，控制参数有钻杆转速、进给速度、往复振动频率及主轴转速等；最主要的参数为钻头的振动频率与主轴转速之比，即频转比，其直接关系到振动钻削的效果，进一步对排屑、加工精度及钻头磨破损造成影响。

Claims (8)

1.一种数控振动深孔钻镗加工设备，其特征在于：包括设置在床身（10）上的工件（4）、钻头和钻杆（7），所述工件（4）通过主电机驱动做旋转运动，所述钻头随钻杆（7）通过电机驱动做旋转运动并通过伺服减速电机和振动电机驱动同时做数控进给运动及轴向往复振动。

2.如权利要求1所述的数控振动深孔钻镗加工设备，其特征在于：所述床身(10)上还设有主轴箱（2）、授油器（5）和振动箱（9），所述工件（4）通过工件支架（3）设置在所述主轴箱（2）和授油器（5）之间；所述授油器（5）和振动箱（9）之间设有钻杆支架（8），所述钻头和钻杆（7）安装在所述振动箱（9）、钻杆支架（8）和授油器（5）的引导支撑孔中。

3.如权利要求2所述的数控振动深孔钻镗加工设备，其特征在于：所述授油器（5）通过液压锁紧机构固定于所述床身（10）。

4.如权利要求1-3任一项所述的数控振动深孔钻镗加工设备，其特征在于：还包括排屑器（11）、床尾粗油箱（12）、精油箱（13）、床头粗油箱（14）及泵站。

5.如权利要求1-3任一项所述的数控振动深孔钻镗加工设备，其特征在于：还包括电气控制系统，所述电气控制系统包括电气柜（1）和控制操作面板，所述控制操作面板设置在所述床身（10）上。

6.如权利要求1-5任一项所述数控振动深孔钻镗加工设备的加工方法，其特征在于：深孔加工时，工件（4）做旋转运动，动力由主电机、主轴箱（2）传递至工件（4）；钻头随钻杆（7）做旋转运动、深孔轴线方向的进给运动、深孔轴线方向的小幅度往复振动，旋转运动动力由电机通过振动箱（9）、钻杆（7）传递至钻头，进给运动由伺服减速电机通过丝杠副、拖板、振动箱（9）、钻杆（7）传递至钻头，小幅度往复振动由振动电机通过振动箱（9）、钻杆（7）传递至钻头。

7.如权利要求6所述数控振动深孔钻镗加工设备的加工方法，其特征在于：钻盲孔时冷却液由精油箱（13）泵出，通过授油器（5）到达切削区，含切屑的混合液通过钻杆（7）内部、振动箱（9）、排屑器（11）、床尾粗油箱（12），最终到达精油箱(13)，完成冷却液的循环，在排屑器(11)处完成大部分切屑与冷却液的分离；钻通孔时，最后阶段的冷却液部分通过授油器(5)、切削区、工件(4)、主轴箱(2)、床头粗油箱(14)到达精油箱(13)。

8.如权利要求6或7所述数控振动深孔钻镗加工设备的加工方法，其特征在于：镗孔时冷却液的主要循环路线为精油箱(13)→授油器(5)→切削区→工件(4)→主轴箱(2)→床头粗油箱(14)→精油箱(13)，切屑与冷却液的分离主要在床头粗油箱(14)内完成。

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