CN112453953A - 可用于车床或镗床的加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车削、镗削领域，具体涉及可用于车床或镗床的加工装置，用于提高车床、镗床的加工能力。该装置包括切削刃部分、支撑部分，切削刃部分安装于支撑部分的末端或中间，位于工件孔内。支撑部分的直径小于或等于孔的直径，支撑部分沿圆周分布有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；切削液流向楔形空间，从大间隙流入，小间隙流出，或轴向泄漏，形成具有压力的楔形油膜。液体或气体使切屑排到孔外。液体的力量大，自定心精度高，自纠偏效果好，能吸收振动。液力大小便于估算，根据需要可以调节。调节装置包括定位件，螺杆、支座；螺杆上有不同导程的螺纹。

Description

可用于车床或镗床的加工装置
技术领域
本申请属于车削、镗削加工领域，具体涉及可用于车床或镗床的加工装置。
背景技术
在车床、镗床上加工工件，当刀杆较长时，加工系统会出现颤振等问题，刀杆也容易变形。磨床、珩磨机及其它机床也有类似情况。
轴承包括滚动轴承和滑动轴承。滑动轴承包括动压润滑和静压润滑。动压滑动轴承工作原理与静压润滑不同，其原理具有启示作用。受动压润滑原理的启发，于大国设计了“一种带有凸起的切削工具(ZL201520116320.3)”等专利。以下简介与本申请相关的动压润滑的基本知识。动压润滑时，轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面，由于润滑油的粘性作用，当达到足够高的相对旋转速度时，润滑油被带入轴和轴瓦配合面间的楔形间隙时，润滑油内的压力上升，形成流体动压效应。因此油膜具有承载能力。动压润滑中，轴颈与轴承孔间必须留有间隙。当轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴承孔壁下母线(或轴瓦)接触。此时，两表面间自然形成一个收敛的楔形空间。当轴开始转动时，速度较低，带入轴承间隙中的油量较少。随着转速的增加，轴颈表面的线速度加大，带入楔形空间的油量增加，这时，楔形油膜内产生动压力，使轴颈浮起，轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，摩擦系数很小，磨损少。
发明内容
本发明的目的：提高车床、镗床等回转加工机床加工孔的能力，包括提高铣床、磨床、珩磨机床的加工能力。
图1、图2、图3、图4是现有车床、镗床典型加工装置，用于加工内孔。本申请通过改进现有加工装置来实现。
可用于车床或镗床的加工装置，有切削刃部分、支撑部分。切削刃部分安装于支撑部分，可位于支撑部分的末端或中间，切削刃部分位于工件孔内。本技术与现有加工装置有不同之处。本申请支撑部分的直径小于或等于孔的直径，支撑部分的外表面与孔的内表面之间存在楔形间隙；支撑部分沿圆周分布有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；切削液从设置于支撑部分内部的内流道、或设置于支撑部分外部的外流道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流向楔形空间；楔形凸起及与之相连的切削刃部分、支撑部分相对于工件旋转，带动切削液流入楔形空间，形成具有压力的楔形油膜。
本申请除了加工，必要时，可具有排屑功能。液体或气体从设置于支撑部分内部的内流体道、或设置于支撑部分外部的外流体道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流过，使切屑排到工件孔外。
图5、图6中，M-M视图显示：楔形凸起与已加工孔孔壁形成3个楔形空间。楔形凸起及与其相连的刀具系统一起相对于工件旋转。切削液被拖进3个楔形空间，从大间隙处流入，所以，其压力升高，并形成3个楔形油膜。3个楔形油膜作用于楔形凸起，犹如3爪卡盘夹紧一个工件。油膜作用力使楔形凸起及刀具系统被定位于深孔或浅孔的中心，刀具系统沿着已加工孔的轴线向前进给。利用已加工出的孔作为基准，进行导向，加工后续孔。
当刀具系统受到外界干扰，偏离深孔轴线时，各处楔形油膜厚度将发生变化，厚度变小的油膜内将产生更高的压力，它对楔形部分的作用力加大，从而使楔形部分恢复原来位置，同时使油膜恢复原始厚度。上述纠偏过程，因液体特性，随时动态自动进行。
为了说明本申请，需要进一步阐述以下内容。
1、轴承动压润滑原理中，轴的直径一定小于轴承内孔的直径。相关文献介绍了间隙的选择原则。此前，本发明人受此影响，认为楔形部分的最大直径必须小于所加工深孔的直径，即楔形部分与已加工深孔内壁之间必须具有间隙。现在，本发明人认为：楔形部分的最大直径可以等于所加工深孔的直径，即楔形部分与已加工深孔内壁之间的最小间隙可以很小，甚至可以等于零。这是一个突破，具有以下特点：第一，可以获得的液体的力量大。第二，自定心精度高、自纠偏效果好。第三，对于最小间隙为零的情况，该部位接近于点接触，接触线短，面积小，加之有油液，不会影响刀具系统相对于工件的相对旋转。第四，最小间隙为零时，楔形油膜内的压力很高，但不会引起爆炸。这时，液体从大间隙流入后，虽然不能沿圆周方向流出，但液体可以沿深孔轴向方向泄漏。第五，间隙为零时，可以获得很好的定位效果，当然，凸起的最高点处，由于实际接触面积小，也容易被磨损。但是，楔形轮廓的整体则不容易被磨损，其原因在于面积大，且除了楔形凸起的最高点外，其它部位有间隙。
2、楔形凸起部分，可以单独设计、制作，然后安装到刀具系统。比如，楔形部分的左端、右端分别以螺纹与其它部分相连接。
3、楔形凸起与支撑也可以是整体式结构。楔形凸起的主体与支撑部分基体材料相同，与支撑部分基体来源于同一个毛坯，与其具有一个或一个以上相同的设计基准，加工工艺基准。其优点是：不需要单独制造楔形部分，因此，深孔刀具系统的装配误差小，有利于提高加工精度。
4、本申请可用于粗、精加工。对于精度要求很低的深孔，如果采用现有加工装置能保证精度，可仍然采用现有加工装置。毕竟，相比较而言，制造楔形凸起是有成本的。
5、在轴承动压润滑中，轴颈是圆，轴承上与轴颈相配合的部位也是圆。但是，采用这种轮廓时，计算油膜作用力难度大。在濮良贵主编的《机械设计》(第八版)明确指出，计算油膜作用力的积分十分困难。因此，在本申请中，楔形凸起的轮廓优先采用阿基米德螺旋线，其次考虑圆弧、其它曲线、直线，或者，采用这样的轮廓：将曲面方程代入雷诺方程或斯托克斯方程计算液体对楔形轮廓的作用力时，积分过程能够获得解析解，或者采用数值计算方法时，计算具有收敛性和稳定性。
6、本申请所涉及的刀具在结构上可以是不对称的，或对称的，单刃的或双刃的。采用对称刀具，刀具的振动小，则刀具的旋转速度可以很高，对于提高加工效率，意义重大，也利于获得更合适的切削速度，以提高加工质量。
7、切削液优先采用油液或其它具有一定粘度的液体，应该经过滤网过滤、或离心力过滤，或磁性方法过滤。借助离心力、磁力去除切削液的杂质。其次考虑其它切削液。
8、本申请中，液体的作用力，即自定心力，是可以调节的或不可以调节；可以通过电致伸缩器或磁致伸缩器的方法调节，也可以通过调节楔形凸起沿圆周方向的位置或其空间姿态进行调节。楔形凸起可以调节时，楔形轮廓与孔内壁之间的间隙发生变化。通过调节楔形凸起，可以获得所需的液体作用力，提高自定心、自纠偏效果。图7是自定心力调节示意图。使楔形凸起的端面或者调节垫块的端面与定位件接触。因此，定位件的位置决定了楔形凸起或垫块的位置。调节定位件的左右位置，则楔形凸起沿圆周具有不同位置，同时，楔形凸起顶面与深孔内壁的间隙也发生变化。改变调节垫块沿圆周方向的位置，则楔形凸起在空间的位姿、姿态将发生变化。楔形凸起沿圆周的位置或其空间姿态发生变化，都将使油膜厚度发生变化、油膜对楔形凸起的作用力发生变化。可以调节的楔形凸起在其位置或姿态被调定后，在深孔加工开始前，利用现有技术直接被安装于刀具系统中，或者经过调节垫块被安装于刀具系统中。图5所示自定心力调节装置除了定位件，还有螺杆、支座，是一种精密调整装置。支座和定位件上的螺纹的导程不同，分别为L1、L2，因此，螺杆上相配合的两段螺纹的导程分别是L1、L2，螺纹的旋转方向相同。支座固定于相邻的两个楔形凸起之间的槽内。定位件可以沿支座的限定表面移动，但其绕螺杆轴线旋转的自由度被限制。使螺杆旋转θ角，由于支座是固定的，因此螺杆相对于支座移动的距离是：θL1/2π。定位件也通过螺纹与螺杆相配合，由于定位件只能移动，不能旋转，因此，定位件相对于螺杆反向移动距离为θL2/2π。由此得到定位件相对于固定的支座移动的距离为：d＝θL1/2π-θL2/2π＝(L1-L2)θ/2π。当L1、L2相差很小时，d的值可以很小，因此，楔形凸起的位置或姿态的变化可以很小，即，油膜的厚度变化可以很小，油膜对楔形凸起的作用力的变化可以很小。因此可以实现对定心力的精密控制。依据上述精密调节原理，可以获得一般调节装置，即粗略调节装置。也容易得到电、磁式调整装置，即利用电、磁，使楔形凸起的位置和姿态发生变化。
本发明具有以下创新点。
1.可用于车床或镗床的加工装置，有切削刃部分、支撑部分，切削刃部分安装于支撑部分，其特征在于，切削刃部分在支撑部分的末端或中间，切削刃部分位于工件孔内，支撑部分的直径小于或等于孔的直径，支撑部分的外表面与孔的内表面之间存在楔形间隙；支撑部分沿圆周分布有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；切削液从设置于支撑部分内部的内流道、或设置于支撑部分外部的外流道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流向楔形空间；楔形凸起及与之相连的切削刃部分、支撑部分相对于工件旋转，带动切削液流入楔形空间，形成具有压力的楔形油膜。
2.可用于车床或镗床的加工装置，有切削刃部分、支撑部分，切削刃部分安装于支撑部分，其特征在于，切削刃部分在支撑部分的末端或中间，切削刃部分位于工件孔内，支撑部分的直径小于或等于孔的直径，液体或气体从设置于支撑部分内部的内流体道、或设置于支撑部分外部的外流体道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流过，使切屑排到工件孔外。
3.可用于车床或镗床的加工装置，有切削刃部分、支撑部分，切削刃部分安装于支撑部分，其特征在于，切削刃部分在支撑部分的末端或中间，切削刃部分位于工件孔内，支撑部分的直径小于或等于孔的直径，支撑部分的外表面与孔的内表面之间存在楔形间隙；支撑部分沿圆周分布有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；切削液从设置于支撑部分内部的内流道、或设置于支撑部分外部的外流道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流向楔形空间；楔形凸起及与之相连的切削刃部分、支撑部分相对于工件旋转，带动切削液流入楔形空间，形成具有压力的楔形油膜；液体或气体从设置于支撑部分内部的内流体道、或设置于支撑部分外部的外流体道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流过，使切屑排到工件孔外。
4.根据创新点1或创新点3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：所述的楔形凸起沿圆周分布，有3个或为其它数量，几个楔形凸起的最大轮廓直径小于或等于工件孔直径，楔形凸起顶部与深孔内壁的单边间隙大于0毫米或等于0毫米；当刀具系统相对于工件旋转时，液体从楔形空间的大间隙流入，从小间隙流出或沿刀具系统轴线方向泄漏；楔形空间液体的自定心力是可以调节的或不可以调节；自定心力可以调节时，采用电式、磁式、机械式自定心力调节装置中的一种或其组合；自定心力可以调节时，采用精密调节装置或一般调节装置；调节时楔形凸起的位置或姿态发生变化，楔形轮廓与孔内壁之间的间隙发生变化。
5.根据创新点1或创新点3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起部分的楔形轮廓曲线是圆，或椭圆，或阿基米德螺旋线，或渐开线，或摆线，或双曲线，或以上线的组合。
6.根据创新点1或创新点3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起部分的楔形轮廓是曲面，将曲面方程代入雷诺方程或斯托克斯方程计算液体对楔形轮廓的作用力时，积分过程能够获得解析解，或采用数值计算方法时，具有收敛性和稳定性。
7.根据创新点1或创新点3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：所述的切削刃部分为对称结构或不对称布结构；所述的切削液为油或其它液体，经过滤网过滤、或离心力过滤，或磁性方法过滤。
8.根据创新点1或创新点3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起下方无调节垫块或有调节垫块，楔形凸起或者调节垫块与一个定位件接触；调节定位件的位置，则楔形凸起沿圆周具有不同位置，同时，楔形凸起顶面与深孔内壁的间隙发生变化；改变调节垫块沿圆周方向的位置，则楔形凸起在空间的位置和姿态发生变化。
9.根据创新点1或创新点3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：自定心力调节装置包括定位件，螺杆、支座；螺杆上有两段螺纹，分别与定位件和支座上的螺纹相配合；支座和定位件上的螺纹的导程不同，分别为L1、L2；螺杆上相配合的两段螺纹的导程分别是L1、L2，螺纹的旋转方向相同；支座固定于相邻的两个楔形凸起之间的槽内；定位件可以沿支座的限定表面移动，但其绕螺杆轴线旋转的自由度被限制；使螺杆旋转θ角，则螺杆相对于支座移动的距离是：θL1/2π；定位件相对于螺杆反向移动距离为θL2/2π；定位件相对于固定的支座移动的距离为：d＝θL1/2π-θL2/2π＝(L1-L2)θ/2π。
10.根据创新点1或创新点3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起所在部分是独立制作的零件，有用于连接的结构，连接结构之一是螺纹；或者，楔形凸起与支撑部分是一体，楔形凸起的主体与支撑部分材料相同，来源于同一个毛坯；楔形凸起的顶部的材料与热处理要求与楔形凸起主体的材料与热处理要求相同或不同；楔形凸起的顶部有涂层或硬质合金或没有涂层、硬质合金；所述的加工装置可用于车床，镗床以及磨床，珩磨机，铣床，加工中心及其它回转加工机床。
本申请的有益效果：
楔形凸起与已加工深孔内壁之间的最小间隙可以很小，可以等于零，所获得的液体的力量大，自定心精度高、自纠偏效果好。最小间隙为零时，楔形油膜内的压力很高，但不会引起爆炸，液体可以沿深孔轴向方向泄漏。
楔形凸起的位置或姿态可以精细调节，楔形轮廓与孔内壁之间的间隙、液膜厚度、液体对楔形轮廓的作用力都可精细调节。因此，油膜的作用力，即自定心力，根据需要是可以精细调节的或能保持不变。
当楔形凸起部分是独立制作的零件时，通过螺纹连接，能方便地将其安装于刀具系统。而楔形凸起与钻头基体是整体结构时，安装方便，刀具系统本身精度高。
楔形凸起的轮廓采用阿基米德螺旋线，或者其它优选的轮廓。计算液体对楔形轮廓的作用力时，积分过程能够获得解析解，或者采用数值计算方法时，计算具有收敛性和稳定性。
刀具系统相对旋转速度可以提高，切削液能保持清洁。
能提高刀具系统的稳定性，油膜可吸收刀具系统的振动，提高深孔加工质量。
附图说明
图1现有双刃加工装置主视示意图
图2现有双刃加工装置剖视示意图
图3现有单刃加工装置主视示意图
图4现有单刃加工装置剖视示意图
图5可用于车床或镗床的加工装置主视示意图
图6可用于车床或镗床的加工装置侧视示意图
图7加工装置油膜作用力调节原理图
图中：1-工件，2-工件孔，3-切屑刃部分，4-支撑部分，5-楔形凸起，6-楔形凸起部分，7-楔形凸起最低点，8-楔形空间，9-楔形凸起最高点，10-槽底，11-定位块端面，12-定位块，13-限定表面，14-螺杆，15-支座，16-调节垫块，17-楔形凸起端面，18-调节垫块端面。
具体实施方式
以下对本申请实施方式作进一步说明，具体实施方式不对本申请做任何限制。
1、楔形凸起是连接式结构或整体式结构。
2、液体作用力通过机械、或电、或磁的方式调节。
3、楔形凸起部分的楔形轮廓是圆，或阿基米德螺旋面、直线、其它曲线，或以上线的组合。
4、切削刃部分为对称布置或不对称布置；单刃或双刃；切削液为油或其它液体，经过滤网过滤、或离心力过滤，或磁性方法过滤。
5、楔形凸起或者调节垫块与定位件接触。
6、楔形凸起的顶部的材料与热处理要求与楔形凸起部分主体的材料与热处理要求相同或不同；楔形凸起的顶部有涂层或硬质合金或没有涂层、硬质合金；所述的切削刃部分用于车床、镗床、磨床、珩磨机床或其它机床。

Claims (10)

1.可用于车床或镗床的加工装置，有切削刃部分、支撑部分，切削刃部分安装于支撑部分，其特征在于，切削刃部分在支撑部分的末端或中间，切削刃部分位于工件孔内，支撑部分的直径小于或等于孔的直径，支撑部分的外表面与孔的内表面之间存在楔形间隙；支撑部分沿圆周分布有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；切削液从设置于支撑部分内部的内流道、或设置于支撑部分外部的外流道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流向楔形空间；楔形凸起及与之相连的切削刃部分、支撑部分相对于工件旋转，带动切削液流入楔形空间，形成具有压力的楔形油膜。
2.可用于车床或镗床的加工装置，有切削刃部分、支撑部分，切削刃部分安装于支撑部分，其特征在于，切削刃部分在支撑部分的末端或中间，切削刃部分位于工件孔内，支撑部分的直径小于或等于孔的直径，液体或气体从设置于支撑部分内部的内流体道、或设置于支撑部分外部的外流体道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流过，使切屑排到工件孔外。
3.可用于车床或镗床的加工装置，有切削刃部分、支撑部分，切削刃部分安装于支撑部分，其特征在于，切削刃部分在支撑部分的末端或中间，切削刃部分位于工件孔内，支撑部分的直径小于或等于孔的直径，支撑部分的外表面与孔的内表面之间存在楔形间隙；支撑部分沿圆周分布有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；切削液从设置于支撑部分内部的内流道、或设置于支撑部分外部的外流道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流向楔形空间；楔形凸起及与之相连的切削刃部分、支撑部分相对于工件旋转，带动切削液流入楔形空间，形成具有压力的楔形油膜；液体或气体从设置于支撑部分内部的内流体道、或设置于支撑部分外部的外流体道、或支撑部分与工件孔内壁的间隙流过，使切屑排到工件孔外。
4.根据权利要求1或权利要求3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：所述的楔形凸起沿圆周分布，有3个或为其它数量，几个楔形凸起的最大轮廓直径小于或等于工件孔直径，楔形凸起顶部与深孔内壁的单边间隙大于0毫米或等于0毫米；当刀具系统相对于工件旋转时，液体从楔形空间的大间隙流入，从小间隙流出或沿刀具系统轴线方向泄漏；楔形空间液体的自定心力是可以调节的或不可以调节；自定心力可以调节时，采用电式、磁式、机械式自定心力调节装置中的一种或其组合；自定心力可以调节时，采用精密调节装置或一般调节装置；调节时楔形凸起的位置或姿态发生变化，楔形轮廓与孔内壁之间的间隙发生变化。
5.根据权利要求1或权利要求3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起部分的楔形轮廓曲线是圆，或椭圆，或阿基米德螺旋线，或渐开线，或摆线，或双曲线，或以上线的组合。
6.根据权利要求1或权利要求3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起部分的楔形轮廓是曲面，将曲面方程代入雷诺方程或斯托克斯方程计算液体对楔形轮廓的作用力时，积分过程能够获得解析解，或采用数值计算方法时，具有收敛性和稳定性。
7.根据权利要求1或权利要求3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：所述的切削刃部分为对称结构或不对称布结构；所述的切削液为油或其它液体，经过滤网过滤、或离心力过滤，或磁性方法过滤。
8.根据权利要求1或权利要求3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起下方无调节垫块或有调节垫块，楔形凸起或者调节垫块与一个定位件接触；调节定位件的位置，则楔形凸起沿圆周具有不同位置，同时，楔形凸起顶面与深孔内壁的间隙发生变化；改变调节垫块沿圆周方向的位置，则楔形凸起在空间的位置和姿态发生变化。
9.根据权利要求1或权利要求3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：自定心力调节装置包括定位件，螺杆、支座；螺杆上有两段螺纹，分别与定位件和支座上的螺纹相配合；支座和定位件上的螺纹的导程不同，分别为L1、L2；螺杆上相配合的两段螺纹的导程分别是L1、L2，螺纹的旋转方向相同；支座固定于相邻的两个楔形凸起之间的槽内；定位件可以沿支座的限定表面移动，但其绕螺杆轴线旋转的自由度被限制；使螺杆旋转θ角，则螺杆相对于支座移动的距离是：θL1/2π；定位件相对于螺杆反向移动距离为θL2/2π；定位件相对于固定的支座移动的距离为：d＝θL1/2π-θL2/2π＝(L1-L2)θ/2π。
10.根据权利要求1或权利要求3所述的可用于车床或镗床的加工装置，其特征在于：楔形凸起所在部分是独立制作的零件，有用于连接的结构，连接结构之一是螺纹；或者，楔形凸起与支撑部分是一体，楔形凸起的主体与支撑部分材料相同，来源于同一个毛坯；楔形凸起的顶部的材料与热处理要求与楔形凸起主体的材料与热处理要求相同或不同；楔形凸起的顶部有涂层或硬质合金或没有涂层、硬质合金；所述的加工装置可用于车床，镗床以及磨床，珩磨机，铣床，加工中心及其它回转加工机床。
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