CN104162701B - 一种纠偏钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造深孔加工技术领域，特别涉及一种纠偏钻杆，有助于克服深孔加工过程中钻杆偏心。其纠偏钻杆与钻头固连，纠偏钻杆内有轴向通孔，纠偏钻杆外部一端为圆锥体结构，另一端为圆柱体结构；圆柱体结构与刀杆密封件圆柱孔相配合，圆锥体结构位于刀杆密封件内端面与钻头之间，圆锥体长度等于或小于刀杆密封件内端面与纠偏钻杆内端面之间的距离。本发明的有益效果：将提高深孔直线度及深孔相对设计基准的平行度、垂直度、同轴度，为解决深孔加工在线纠偏的世界性技术难题提供了具有一定可行性的方案。

Description

一种纠偏钻杆

技术领域

本发明属于机械制造深孔加工技术领域，具体涉及一种纠偏钻杆。

背景技术

深孔加工常常指在实体上加工孔，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。

深孔加工是机械加工的难点，加工过程中难以观察加工部位和刀具状况，极易发成偏斜，造成工件加工失败，因此及时纠正偏斜，确保加工准确是需要解决的重大课题，也是远未解决的世界性技术难题。

生产中常采用工件旋转式内排屑卧式深孔机床。这种机床主要用于回转体零件上钻深孔。工件以其一端安装在主轴箱末端的夹紧定位装置中，另一端装在工件中心架上。钻杆夹持在进给座孔中。钻头的柄部有方牙螺纹与钻杆相连接。具有一定压力的切削液进入输油器后通过钻杆外部的环状空隙流向切削刃部，将切削刃上形成的切屑反向压入钻头的出屑口，经钻杆的中空内腔向后排出，直至积屑盘。切削液经过过滤网回到油箱中，经过若干层过滤网后，重新被供油泵抽出，反复使用。

目前所用的内排屑深孔钻钻杆外部为圆柱体。

发明内容

本发明的目的：为了解决目前深孔加工过程中极易产生的深孔走偏问题，实现自动调整钻头刀杆姿态和在线自动纠偏，确保钻头导向正确，提高成品率及加工精度。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种纠偏钻杆，其特征在于纠偏钻杆与钻头固连，纠偏钻杆内有轴向通孔，纠偏钻杆外部一端为圆锥体结构，另一端为圆柱体结构；圆柱体结构与刀杆密封件圆柱孔相配合，圆锥体结构位于刀杆密封件内端面与钻头之间，圆锥体长度等于或小于刀杆密封件内端面与纠偏钻杆内端面之间的距离。纠偏钻杆内端面靠近钻头，加工过程中进入工件内部，纠偏钻杆外端面(图中未示出)不进入工件内部。如果圆锥体结构位于刀杆密封件内端面与钻头之外，有可能产生切削液泄漏。

本发明的有益效果：上述纠偏钻杆能利用纠偏钻杆的圆锥部分实现自动纠偏。钻头的最大直径等于所钻孔的直径，纠偏钻杆直径小于所钻孔的直径，包括纠偏钻杆在内的一般深孔钻杆长度大，容易弯曲，偏离理想位置，引起钻头姿态变化，采用本发明可以使纠偏钻杆处于正确位置。其他原因也容易使纠偏钻杆偏斜，采用本发明可以及时纠正纠偏钻杆及钻头偏斜。当圆锥体长度等于刀杆密封件内端面与纠偏钻杆内端面之间的距离时，可取得良好的纠偏效果，当圆锥体长度小于刀杆密封件内端面与纠偏钻杆内端面之间的距离时，纠偏力有所 减小，但由于圆锥体长度小，纠偏钻杆加工容易。

本发明促进了深孔加工纠偏难题的解决，将提高深孔直线度及深孔相对设计基准的平行度、垂直度，同轴度，为解决深孔加工在线纠偏的世界性技术难题提出了具有一定可行性的方案。

附图说明

图1为内排屑卧式深孔机床结构示意图。

图2为内排屑卧式深孔机床输油器结构示意图。

图3为锥体长度较小的纠偏钻杆结构示意图。

图4为本发明原理示意图。

图5为液体压力分布图。

图中：1-主轴电机，2-主轴箱，3-卡盘，4-工件中心架，5-工件，6-输油器，7-纠偏钻杆，8-钻杆支承座，9-钻杆进给座，10-排屑管，11-钻套，12-钻头，13-刀杆密封件，14-刀杆密封件内端面，15-纠偏钻杆内端面。

如图2所示，切削液从输油器的进油孔进入空腔后，由于其右方刀杆密封件的密封作用，切削液只能向左通过环状间隙流向切削刃部，然后将切屑以反方向推入钻头出屑口，进入纠偏钻杆内腔并向后排出。

下面结合图4、图5，阐述一种纠偏钻杆的工作原理。

液压传动研究表明，液体流过阀芯阀体间的缝隙时，在特定情况下，作用在阀芯上的径向力会使阀芯卡住，叫作液压卡紧。产生液压卡紧的主要原因是滑阀副几何形状误差和同心度变化引起的径向不平衡液压力，此液压力引起液压卡紧。

当柱塞或柱塞孔，阀芯或阀体孔因加工误差带有一定锥度时，两相对运动零件之间的间隙为圆锥环形间隙，其间隙大小沿轴线方向变化。如图4所示，其中图4(a)的阀芯大端为高压，液流由大端流向小端，称为倒锥；图4(b)的阀芯小端为高压，液流由小端流向大端，称为顺锥。阀芯存在锥度不仅影响流经间隙的流量，而且影响缝隙中的压力分布。

设圆锥半角为θ，阀芯以速度u₀向右移动，进出口处的缝隙和压力分别为h₁、p₁和h₂、p₂，并设距左端面x距离处的缝隙为h，压力为，，则在微小单元dx处的流动，由于dx值很小而认为dx段内缝隙宽度不变。

对于图4(a)的流动情况，由于将其代入同心环形缝隙流量公式得

$q=-\frac{{\mathrm{\πdh}}^3\mathrm{dp}}{12\mathrm{\ηdx}}+\frac{u_0}{2}\mathrm{\πdh}$

由于h＝h₁+xtgθ，代入前式并整理后得

$\mathrm{dp}=-\frac{12\mathrm{\ηq}}{\mathrm{\πdtg\θ}h}\frac{\mathrm{dh}}{h^3}+\frac{{6\mathrm{\ηu}}_0}{\mathrm{tg\θ}}\frac{\mathrm{dh}}{h^2}---\left(1\right)$

对上式进行积分，并将tgθ＝(h₂-h₁)/l代入得

$\mathrm{\Δp}=p_1-p_2=\frac{6\mathrm{\ηl}}{\mathrm{\πd}}\frac{(h_1+h_2)}{{\left(h_1{h}_2\right)}^2}q-\frac{6\mathrm{\ηl}}{h_1{h}_2}{u}_0$

将上式移项可求出环形圆锥缝隙的流量公式

$q=\frac{\mathrm{\πd}{\left(h_1{h}_2\right)}^2\mathrm{\Δp}}{6\mathrm{\ηl}(h_1+h_2)}+\frac{u_0}{(h_1+h_2)}{\mathrm{\πdh}}_1{h}_2---\left(2\right)$

当阀芯没有运动时，u₀＝0，流量公式为

$q=\frac{\mathrm{\πd}{\left(h_1{h}_2\right)}^2\mathrm{\Δp}}{6\mathrm{\ηl}(h_1+h_2)}---\left(3\right)$

环形圆锥缝隙中压力的分布可通过对式(1)积分，并将边界条件h＝h₁，p＝p₁代入得

$p=p_1-\frac{6\mathrm{\ηq}}{\mathrm{\πdtg\θ}}(\frac{1}{h_1^2}-\frac{1}{h^2})-\frac{{6\mathrm{\ηu}}_0}{\mathrm{tg\θ}}(\frac{1}{h_1}-\frac{1}{h})---\left(4\right)$

将式(2)代入上式，并将tgθ＝(h-h₁)/x代入得

$p=p_1-\frac{1-{\left(\frac{h_1}{h}\right)}^2}{1-{\left(\frac{h_1}{h_2}\right)}^2}\mathrm{\Δp}-\frac{{6\mathrm{\ηu}}_0}{h^2}\frac{(h_2-h)}{(h_1+h_2)}x---\left(5\right)$

当u₀＝0时，则有

$p=p_1-\frac{1-{\left(\frac{h_1}{h}\right)}^2}{1-{\left(\frac{h_1}{h_2}\right)}^2}\mathrm{\Δp}---\left(6\right)$

对于图4(b)所示的顺锥情况，其流量计算公式和倒锥安装时流量计算公式相同，但其压力分布在u₀＝0时，则为

$p=p_1-\frac{{\left(\frac{h_1}{h}\right)}^2-1}{{\left(\frac{h_1}{h_2}\right)}^2-1}\mathrm{\Δp}---\left(7\right)$

如果阀芯在阀体孔内出现偏心，如图5所示，由式(6)和式(7)可知，作用在阀芯一侧的压力将大于另一侧的压力，使阀芯受到一个液压侧向力的作用，图5(a)所示的倒锥的液压侧向力使偏心距加大，当液压侧向力足够大时，阀芯将紧贴在孔的壁面上，产生所谓的液压卡紧现象。图5(b)所示的顺锥的液压侧向力使偏心距减小，阀芯自动定心，不会出现液压卡紧现象，即出现顺锥是有利的。

如图4、图5所示，阀芯带有顺锥，阀芯与阀孔轴线平行，并有偏心。虽然阀芯受到不平衡力的作用，但这种力使阀芯与阀孔间的偏心距减小，使径向不平衡力减到最小值，即可以使阀芯自动定心，达到平衡。

本发明即利用顺锥结构原理实现自动纠偏。

所述的纠偏钻杆的锥体结构为顺锥，所述的纠偏钻杆相当于阀芯。当高压切削液进入钻孔后，如果纠偏钻杆有偏心，此时所述的纠偏钻杆锥体结构受到高压切削液产生的径向不平衡力作用，这种力能够使纠偏钻杆与孔间的偏心距减小，实现纠偏。

图2中，纠偏钻杆圆锥体部分长度大，其尺寸约等于钻头至刀杆密封件处的距离，如果纠偏钻杆有偏心，高压切削液产生较大的纠偏力，使发生偏心的纠偏钻杆自动回到正确的位置，该结构适用于所需纠偏力较大的场合。

图3中，纠偏钻杆圆锥体部分长度小，其尺寸小于钻头至刀杆密封件处的距离，如果纠偏钻杆有偏心，高压切削液也能使发生偏斜的纠偏钻杆回到正确的位置，但纠偏力相对较小，该结构适用于所需纠偏力较小的场合，这种情况下，虽然纠偏力相对较小，但纠偏钻杆锥体部分长度小，加工纠偏钻杆比较容易。

具体实施方式

以下为结合附图对本发明实施方式的进一步说明，具体实施方式是用来说明本发明的，不对本发明做任何限制。

具体实施方式1：

一种纠偏钻杆，其特征在于纠偏钻杆(7)与钻头(12)固连，纠偏钻杆(7)内有轴向通孔，纠偏钻杆(7)外部一端为圆锥体结构，另一端为圆柱体结构；圆柱体结构与刀杆密封件圆柱孔相配合，圆锥体结构位于刀杆密封件(13)内端面与钻头(12)之间，圆锥体长度等于刀杆密封件内端面(14)与纠偏钻杆内端面(15)之间的距离。

具体实施方式2：

一种纠偏钻杆，其特征在于纠偏钻杆(7)与钻头(12)固连，纠偏钻杆(7)内有轴向通孔，纠偏钻杆(7)外部一端为圆锥体结构，另一端为圆柱体结构；圆柱体结构与刀杆密封件圆柱孔相配合，圆锥体结构位于刀杆密封件(13)内端面与钻头(12)之间，圆锥体长度小于刀杆密封件内端面(14)与纠偏钻杆内端面(15)之间的距离。

Claims (1)

1.一种纠偏钻杆，其特征在于纠偏钻杆(7)与钻头(12)固连，纠偏钻杆(7)内有轴向通孔，纠偏钻杆(7)外部一端为圆锥体结构，另一端为圆柱体结构；圆柱体结构与刀杆密封件圆柱孔相配合，圆锥体结构位于刀杆密封件(13)内端面与钻头(12)之间，圆锥体长度等于或小于刀杆密封件内端面(14)与纠偏钻杆内端面(15)之间的距离。