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業的生產環節，深孔加工的應用效率高，但是發展歷史不長，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等多個領域，其應用場景廣闊，應用發展空間大。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無法做到全面監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，根據現存問題，我們吸取傳統機械加工經驗對超長管件加工作業進行了新的設計，通過內孔加工裝備的發展，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構進行支撐、在設備換刀或者運行出現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生。設備支撐輪下方的彈簧由液壓控制，能夠幫助穩定系統和提供準確的定位，在設備加工過程中能夠增強穩定性，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運動和非連續運動這兩種，連續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生動力，驅動輪和管壁之間的附著力會產生推動力幫助設備前進。通常情況下連續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動設備前進，正向壓力和摩擦力之間會出現矛盾，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存在不穩定型。非連續運動型的機器人沒有這樣大的運行動力，因此為了節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較為穩定，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定運行和定位任務，加工循環結束之后，也可以利用輪式行走功能進入到下一個加工循環之中，完成另外的加工任務，提升加工效率，節約加工資源。

（二）、行走原理

深孔鏜削機器人的加工管件運轉必然是依靠電機，因此電動機始終要保持流暢開啟狀態，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壁上進行固定，可實現系統的穩定定位。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部。支撐液壓活塞收回之后支撐足與管壁實現分離，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和公式范圍內的參數表示。通過9.81和270固定參數的統計，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，可以直觀的呈現設備切削過程中的動力、切削速率、設備運行持續性以及設備結構穩定性等等情況，以此來論證設計的合理性。通過建模和后續的運行實驗可以看出設備其實還是會受到重力的影響，在運行過程中出現重力差設備的加工管件運行就會出現一定的偏差，支撐液壓缸內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。但是液壓缸內的壓強調節對設備運行來說至關重要，因為壓強調節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定。而設備在高速旋轉的過程中切削的刀片會出現較大震動，該震動會進一步的傳遞到震動軸上，可能會對后續的設備運行造成影響，因此為了降低震動情況的出現，需要在鏜刀的刀具和導向塊進行進一步的調節，完成刀具的合理分布，并盡量的向中心軸線靠攏，這樣后續質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，最終結果表明該創新設備可以滿足大直徑深孔的加工要求，設備運行的穩定性和效率也有最基本的保證。

參考文獻：

[1]譚德寧，張書華.錐度深孔數控鏜刀加工方法[J]. 工具技術，2021，55（9）：101-104.

[2]柳東，葉明國，李娟.基于深孔鉆鏜床的一種深孔加工導向體的設計[J].現代制造技術與裝備，2016（1）：45，49.

[3]龔俊，王瑋.大直徑深孔鏜削加工的新方法[J]. 新技術新工藝，2010（6）：17-19.