基于深孔钻削稳定性研究及应用

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　　摘 要：为了反映小深孔钻削机床加工过程中枪钻的稳定情况，对高速运转下的枪钻系统以及其不规则体的转子进行研究。基于机床颤振的非线性理论、深孔加工系统的非线性动力学、转子系统动力学建立枪钻加工小深孔的动力学模型，从而得到枪钻系统的动力学方程。
　　关键词：深孔钻削；稳定性；应用实例
　　0 引言
　　深孔钻削加工技术是机械加工生产中被广泛应用的一种加工技术，深孔钻削加工技术的应用促进了我国机械加工行业的发展，在许多的机床、设备、工具、零件的生产加工时，都需要使用深孔钻削加工技术，使其在需要加工的产品上钻削出符合人们需要的、与设计图纸大小、深度相符的孔洞，从而更加方便的将各种零件组装起来，供人们使用。但是，目前深孔钻削加工技术在使用中仍然存在许多的问题，其中最主要的问题就是深孔钻削加工技术中使用的钻头的稳定性不足，由于在机械加工中使用的都是高硬度的金属或者合金材料，才能够保证生产出来的产品的质量，但是，也因此导致了深孔钻削加工的难度的增大，如果钻头的强度低于机械设备或者与机械设备的材料的硬度相同，那么，在深孔钻削加工的钻头就会非常容易断裂，从而影响机械加工的质量，因此，本文主要对深孔钻削加工技术的稳定性进行研究，希望能够解决在深孔钻削加工技术中存在的问题，提高机械加工的质量。
　　1 深孔加工现状及发展
　　深孔钻削加工技术在十八世纪时就已经被人们发明出来并逐渐在机械加工中得到越来越多的应用，而深孔钻削加工技术被发明的最初目的是应用于武器的生产，自从火药被发明以来，人们一直致力于对大规模杀伤性武器的研究，希望人们能够依靠武器的力量让自己变得更加的强大，而随着越来越多的武器被研发出来，且人们对枪炮的需求量的逐渐的增大，以前的人工生产武器的技术已经不能够满足人们的需求，为了提高机械的生产效率，人们发明了深孔钻削加工技术。在机械生产中，人们不可能将体积巨大、形状复杂的机械一次性的生产出来，因此，人们将机械分为多个零件，等到零件生产出来后，经过适当的加工组装后就能够得到人们想要的产品，深孔钻削技术就是零件加工中的必要的技术之一。
　　深孔钻削加工技术最初使用的钻头是扁钻，但是扁钻的可变性较低，不能够达到人们的要求，因此，麻花钻代替了扁钻，相比于扁钻来说，麻花钻拥有两种钻头，结构简单，制造方便，切削液也容易导入，适宜加工大尺寸范围的孔洞。但是，麻花钻也有一定的缺点，比如说当加工深孔时，麻花钻不利于冷却和废屑的排出，刚性也很低，不适宜大量的加工，因此生产效率较低。为了提高机械加工的生产效率，人们一直在不断的对深孔钻削加工技术进行研究，进而发明了枪钻、内排屑深孔钻、单管内排屑喷吸钻等更加适合当前机械加工生产的深孔钻削加工技术的钻头，钻头的研究的最主要的目的就是提高钻头的稳定性，提高钻头的刚度，提高深孔钻削加工的生产效率，才能够更好的促进深孔钻削加工技术的发展。
　　2 机床切削颤振控制的研究现状
　　切削颤振是机械加工过程中机床、工件和刀具之间发生的是一种复杂的动态不稳定现象。在进行机床切削时产生的颤振会加大机床的磨损程度，缩短机床的使用寿命，因此，人们一直在对机床切削进行研究，希望能够减少甚至消除颤振，但是，在目前的机械加工中还没有可以彻底消除机床切削颤振的方法，只能够通过采取一定的措施来控制机床切削颤振，而控制措施主要可以分为主动控制、被动控制、半主动控制、调整切削参数控制等。主动控制就是采用反馈控制的原理，检测出系统的某一状态量的变动，然后把与状态量同频率和幅度但反相的控制量加到这个状态量本身或作相应变动后加在其它状态量上去。目前的机械加工所采用的机床设备大都已经实现了计算机化，甚至一些技术先进的企业已经实现了智能化，因此，机床在工作时各个部分的具体的情况都会在计算机上进行显示，人们可以根据计算机所输出的机床的工作时的数据，查找出具体的产生颤振的部位，以及颤振的频率和幅度，再根据这些信息采取相应的解决措施，这种由人们主动的对机床切削颤振进行干预控制的措施为主动控制。
　　而被动控制主要是在机床的制造时添加吸振部件，在机床工作时，吸振部件会对机床切削时产生的颤振产生消弱的作用，但是，吸振部件所能够起到的作用较小，而且不同的机床需要在不同部位安装不同强度的吸振部件，所以，被动控制在机床切削颤振控制中取得的效果不是很理想。半自动控制结合了主动控制和被动控制的优点，是在机床内安装了可控制调节的、响应速度快的介质，从而达到更好的对颤振进行控制的目的，因此在当前的机械加工中的应用较为广泛。但是，目前的机床切削颤振控制仍然存在许多的问题，需要人们继续的研究，才能够更好的对机床切削颤振进行控制[1]。
　　3 深孔钻削稳定性研究
　　3.1 机床结构分析
　　目前在机械加工中使用的机床根据其加工的产品的不同其组成结构也有所不同，但是其主体的结构组成却大同小异，因此，本文主要对机床的总体结构进行介绍，并以应用较为广泛的枪钻为钻头。机床系统总体为工件固定、高速主轴动力头进给的枪钻加工形式。其高速主轴自动进给动力头由可调速变频电机带动高速主轴实现，以满足枪钻加工时钻头所需的转速要求；动力头的进给由伺服电机驱动滚珠兹杠完成，可达到进给自动，稳定和持续；动力头前端联接枪钻钻柄，传递钻头的旋转和进给运动；动力头后端联接高压授油器[2]。
　　3.2 枪钻系统钻削中的稳定分析
　　提高枪钻系统钻削稳定性是深孔钻削加工技术研究的最主要的目的，只有枪钻系统钻削的稳定性足够才能够保证产品的加工质量，减少产品表面因为枪钻系统钻削稳定性不足而出现的划痕。由于枪钻系统切削加工时处在半封闭或者全封闭的状态下，因此加工运动的方式较为多变，只有稳定性足够才能够提高加工的质量。所以，人们为了提高枪钻系统钻削的稳定性，对其在运动时的各个受力情况进行了分析，每一种力都有可能改变枪钻的运行的轨迹，而掌握受力方向并使各个力之间达到稳定的平衡，就能够提高枪钻钻削的稳定性。因此动力学方程的建立，对于提高枪钻系统钻削稳定性有重要的意义[3]。
　　4 枪钻系统钻削模型实例
　　枪钻系统钻削模型的建立主要分为两个部分，分别为切削力分析和枪钻系统转速的选择，而切削力分析主要分为切削力均量、切削力动态波动成分，其中切削力动态波动成分对于枪钻系统的振动及稳定性有很大的影响，因此，在建立枪钻系统钻削模型时，需要对切削力动态波动成分进行全面的分析，并根据分析结果采取相应的措施，保证钻杆的受力平衡。其次就是枪钻系统转速的选择，选择转速的时候要充分考虑加工零件时系统钻削的稳定性。由于建立模型前都需要先建立动力学方程，而动力学方程的运算会得出最适合的转速的范围，以此来作为模型选择转速的依据[4]。
　　5 结语
　　综上所述，深孔钻削加工的稳定性对于提高机械加工的质量有很大的作用，但是，在目前的深孔钻削加工中仍然存在许多的问题，只有通过建立钻削模型、运用动力学方程的方法，计算出最适合的机床结构，并对原有的机床进行改造，才能够很好的提高深孔钻削加工的稳定性。
　　参考文献：
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　　[2]蔡东红，蔡君，许育东，刘宁，李振红，陈名海，石敏，庞俊忠.小口径枪管精密深孔加工新技术――φ5.8mm口径深孔钻、铰新工艺[A]新世纪 新机遇，新挑战――知识创新和高新技术产业发展（下册）[C].2011.
　　[3]曹小荣，田真真，冯夏阳，贾实林，沈伟，徐金根.全液压履带深孔钻车在任楼煤矿瓦斯钻孔施工中的应用[A].2010年安徽省科协年会――煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C].2010.
　　[4]何建国，吉方，蒲洁，连克难，张平宽，王慧霖.轴向振动钻削参数的调整研究[A].面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术――2011年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C].2011.
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