CN104162696B - 自纠偏深孔加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械制造孔加工技术领域，具体涉及自纠偏深孔加工系统。本发明采用了楔形和锥形结构，根据液压流体力学理论提出了防止和纠正深孔加工过程中刀具偏斜的技术方案。自纠偏深孔加工系统包括工件、油路部分、刀具部分，油路部分包括油路系统主体、排屑孔，刀具部分包括切削刃、刀体、楔形体、圆锥体、圆柱体，排屑孔穿过刀体、楔形体、圆锥体、圆柱体，楔形体有沿其圆周方向均匀分布的楔形槽。刀具部分与工件有相对旋转运动，两表面间形成楔形油膜，产生一定的动压力。本发明的有益效果：多个油楔的合力使刀具趋于稳定在正确的位置，提高深孔加工的精度。另外，圆锥体与工件孔之间形成的液体因其锥形形状对刀具部分也有纠偏作用。

Description

自纠偏深孔加工系统
技术领域
本发明属于机械制造孔加工技术领域，具体涉及自纠偏深孔加工系统。
背景技术
王峻出版了《现代深孔加工技术》一书，目前深孔加工装备与工艺设计主要参考该书，普通圆柱孔加工也可借鉴书中内容。深孔加工包括钻深孔、镗深孔、铰孔和珩磨深孔等。在实体上加工孔较多，有时需将零件的底孔扩大。深孔加工主要方式有：第一，刀具旋转，工件进给；第二，工件旋转，刀具进给。钻深孔应用最为广泛，钻头按排屑方式主要分为：内排屑深孔钻和外排屑深孔钻。
深孔加工过程中难以观察加工部位和刀具状况，刀杆长度大，容易发生偏斜，造成工件报废，因此深孔加工是机械加工的难点。防止与纠正钻头、镗刀及刀杆偏斜，确保加工精度，是需要解决的重大课题，也是远未解决的世界性技术难题。
现有深孔加工机床、现有深孔加工BTA刀具是本发明重要的技术背景之一，切削液从油管和进油口进入深孔机床输油器空腔，由于输油器右方端盖及刀杆密封件的限制，切削液只能通过工件已加工孔与刀杆之间的环状间隙流向切削刃部，然后将切屑推入排屑孔并最终反方向排出。
目前所用的内排屑深孔钻钻杆外部为圆柱体。
为了防止深孔加工过程中刀具走偏，常常将刀具做成非对称结构，两侧切削力合力不为零，此合力指向一侧，作用于刀具，使刀具的导向块与已加工孔一侧孔壁始终紧密贴合，其结果是以已加工孔一侧孔壁定位，从而避免孔的偏斜。尽管如此，由于材料不均匀，加工过程中的振动等原因，在不少情况下，所加工的孔仍然出现偏斜，使产品成为废品。为了减少孔的偏斜，技术人员进行过多种努力，但尚未很好解决这一技术难题。
发明内容
本发明的目的：针对深孔加工过程中刀具容易偏离理想位置这一技术难题，提出相关解决方案，防止和纠正刀具的偏斜，使刀具尽可能处于正确位置，提高孔加工成品率及加工精度。
本发明采用如下的技术方案实现：
自纠偏深孔加工系统，其特征在于包括工件、油路部分、刀具部分，所述的油路部分包括油路系统主体、排屑孔，所述的刀具部分包括切削刃、刀体、楔形体，排屑孔穿过刀体、楔形体，楔形体有沿其圆周方向均匀分布的楔形槽，所述的楔形槽与工件孔内壁间的油膜为楔形形状，不同楔形槽的结构沿同一圆周方向变化规律相同；楔形槽最大深度小于楔形体最大外径与排屑孔直径之差的一半，当工件没有底孔时，所述的楔形体位于切削刃的后部，当 工件有底孔时，所述的楔形体可以位于切削刃的前部或后部，或使切削刃前部、后部都有楔形体。
所述的楔形槽为两个或两个以上。
所述的楔形体上有通油槽。
所述的通油槽最大深度小于楔形体最大外径与排屑孔直径之差的一半。
所述的刀具部分包括圆柱体，排屑孔穿过圆柱体，所述的圆柱体可直接与楔形体连接，或通过圆锥体与楔形体连接。
所述的楔形体位于端盖与工件之间。
所述的圆锥体位于端盖与工件之间。
所述的楔形槽在加工孔时有切削液。
所述的切削刃和刀体可以是对称结构或非对称结构。
楔形体与工件已加工孔或工件底孔相配合，构成旋转副。当楔形体与工件已加工孔相配合时，楔形体最大直径小于工件已加工孔直径，当楔形体与工件底孔相配合时，楔形体最大直径小于工件底孔直径。
在机械设计学科中，轴承包括滚动轴承和滑动轴承，滑动轴承包括动压轴承和静压轴承，部分动压轴承采用楔形结构，比如M1050无心磨床主轴支撑在动压轴承上，该动压轴承为“三片瓦”式结构，轴与轴承之间形成三个楔形油膜，三个楔形油膜支撑无心磨床的主轴，楔形油膜具有自定心作用，因此使主轴处于正确的位置，主轴具有很高的精度，为磨削高精度产品提供保障。
本发明将楔形油膜的原理应用于深孔加工。楔形油膜中液体的压力高于非楔形部分的压力，本发明中楔形油膜支撑深孔加工刀具部分，使深孔刀具处于正确的位置，借助油膜的定心作用防止和纠正深孔加工过程中刀具可能出现的偏斜。这一点与现有机械设备有所不同，以M1050无心磨床为例，在该设备中楔形油膜所支撑的对象是轴而不是刀具。另外需要强调的是，M1050无心磨床类设备，其楔形结构依靠非旋转的轴承获得，而在本发明中楔形结构可由旋转的刀具部分获得。从另外一个角度看，用于支撑轴类零件的动压轴承的楔形结构一般位于旋转副中尺寸较大的零件上，这一点可参见濮良贵、纪名刚主编《机械设计》第八版，301-302页，该书由高等教育出版社出版，而在本发明中楔形结构位于旋转副中尺寸较小的零件上。
楔形结构油膜支撑磨床主轴，其承载能力和精度在机床设计著作中已有详细介绍，本发明的可行性可参照相关内容。
本发明刀具部分可以有圆锥体，也可以没有圆锥体。当有圆锥体时，由圆锥体与工件孔 之间形成的液体为锥形形状，对刀具部分也有纠偏作用。沈兴全主编《液压传动与控制》第三章第四节“孔口与缝隙的压力流量特性”介绍了流经圆锥环形间隙的流量及液压卡紧现象，顺锥的液压侧向力使偏心距减小，倒锥使偏心距加大，本发明利用了顺锥的原理，刀具部分的圆锥为顺锥，可以防止和纠正刀具的偏斜。
本发明的有益效果：刀具部分与工件有相对旋转运动，两表面间形成楔形油膜，产生一定的动压力，多个油楔的合力使刀具趋于稳定在正确的位置，提高深孔加工的精度。另外，圆锥体与工件孔之间形成的液体因其锥形形状对刀具部分也有纠偏作用。
附图说明
图1带圆锥体的自纠偏深孔加工系统示意图。
图2楔形体A-A截面剖视图。
图3不带圆锥体的自纠偏深孔加工系统示意图。
图中：1-工件，2-切削刃，3-刀体，4-楔形体，5-圆锥体，6-钻套，7-回转件，8-圆柱体，9-端盖，10-油路系统底座，11-油路系统主体，12-排屑孔，13-通油槽，14-楔形槽，15-进油口，16-油管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式作进一步说明，具体实施方式不对本发明做任何限制。
自纠偏深孔加工系统，包括工件1、油路部分、刀具部分，所述的油路部分包括油路系统主体11、排屑孔12，所述的刀具部分包括切削刃2、刀体3、楔形体4，排屑孔12穿过刀体3、楔形体4，楔形体4有沿其圆周方向均匀分布的楔形槽14，所述的楔形槽14与工件孔内壁间的油膜为楔形形状，不同楔形槽的结构沿同一圆周方向变化规律相同；楔形槽14最大深度小于楔形体4最大外径与排屑孔12直径之差的一半，当工件没有底孔时，所述的楔形体4位于切削刃2的后部，当工件有底孔时，所述的楔形体4可以位于切削刃2的前部或后部，或使切削刃2前部、后部都有楔形体4。
所述的楔形槽14为两个或两个以上。
所述的楔形体4上有通油槽13。
所述的通油槽13最大深度小于楔形体4最大外径与排屑孔12直径之差的一半。
所述的刀具部分包括圆柱体8，排屑孔12穿过圆柱体8，所述的圆柱体8可直接与楔形体4连接，或通过圆锥体5与楔形体4连接。
所述的楔形体4位于端盖9与工件1之间。
所述的圆锥体5位于端盖9与工件1之间。
所述的楔形槽14在加工孔时有切削液。

Claims (9)

1.自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于包括工件(1)、油路部分、刀具部分，
所述的油路部分包括油路系统主体(11)、排屑孔(12)，
所述的刀具部分包括切削刃(2)、刀体(3)、楔形体(4)，排屑孔(12)穿过刀体(3)、楔形体(4)，楔形体(4)有沿其圆周方向均匀分布的楔形槽(14)，所述的楔形槽(14)与工件孔内壁间的油膜为楔形形状，不同楔形槽的结构沿同一圆周方向变化规律相同；楔形槽(14)最大深度小于楔形体(4)最大外径与排屑孔(12)直径之差的一半，当工件没有底孔时，所述的楔形体(4)位于切削刃(2)的后部，当工件有底孔时，所述的楔形体(4)可以位于切削刃(2)的前部或后部，或使切削刃(2)前部、后部都有楔形体(4)。
2.根据权利要求1所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的楔形槽(14)为两个或两个以上。
3.根据权利要求1所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的楔形体(4)上有通油槽(13)。
4.根据权利要求3所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的通油槽(13)最大深度小于楔形体(4)最大外径与排屑孔(12)直径之差的一半。
5.根据权利要求1所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的刀具部分包括圆柱体(8)，排屑孔(12)穿过圆柱体(8)，所述的圆柱体(8)可直接与楔形体(4)连接，或通过圆锥体(5)与楔形体(4)连接。
6.根据权利要求1所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的楔形体(4)位于端盖(9)与工件(1)之间。
7.根据权利要求5所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的圆锥体(5)位于端盖(9)与工件(1)之间。
8.根据权利要求1所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的楔形槽(14)在加工孔时有切削液。
9.根据权利要求1所述的自纠偏深孔加工系统，是一种装置，其特征在于所述的切削刃(2)和刀体(3)可以是对称结构或非对称结构。
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