大直径深孔镗削加工的新方法探讨

暴鹏飞 马伟伟 于杰

摘 要：深孔加工是机械加工中的一大分支，被广泛的应用于多种产业的生产环节，深孔加工的应用效率高，但是发展历史不长，在技术的升级方面还存在一些问题。与浅孔加工相比深孔加工应用难度大技术发展不成熟。为解决大直径深孔镗削加工过程中存在的一些技术问题，本研究将从现状入手，提出行之有效的加工方案。

关键词：大直径;深孔;镗削加工;技术;应用

前言

深孔加工技术如今被广泛的应用于能源、化工和机械机床制造业等多个领域，其应用场景广阔，应用发展空间大。但是深孔加工技术应用的难度要远远大于浅孔加工，并且技术应用体系尚未完善，这也是目前深孔加工技术对于部分管件加工作业无法做到全面监督和管理的主要原因。技术问题的解决需要投入大量的资金支持，并且在超长管件加工中的问题非常突出，根据现存问题，我们吸取传统机械加工经验对超长管件加工作业进行了新的设计，通过内孔加工装备的发展，对大直径的深孔镗削加工方法进行进一步的研究。

一、设备构成及工作原理

本研究所构架的步进内置式深孔镗削机器人主要由电动机、行走轮、可伸缩压力支撑足、主体机构、镗刀、深孔工件构成。电机固定于设备尾部，以主轴为核心连接深孔镗杆和镗削刀具，主体结构之上是本体行走轮。行走轮可以起到的作用有：完成机械设备的所有行走任务、和可伸缩压力支撑足一起对整个机器本体结构进行支撑、在设备换刀或者运行出现故障时能够及时的帮助设备退出管道，避免更大故障问题的发生。设备支撑轮下方的弹簧由液压控制，能够帮助稳定系统和提供准确的定位，在设备加工过程中能够增强稳定性，对加工精度有一定的积极影响[1]。除此之外支撑轮还可以控制设备的加工范围，在不同直径的管件加工过程中都可以进行调整，长度的控制非常合理，应用范围也可进一步变宽。

二、深孔镗削设备的行走方式及应用原理

（一）、行走方式

目前市场上应用的行走类机器人有连续运动和非连续运动这两种，连续运动的机器人有轮式、履带式。主要依靠摩擦力，轮子和履带之间的摩擦产生动力，驱动轮和管壁之间的附着力会产生推动力帮助设备前进。通常情况下连续运动的机械设备动力会更加充足运行速度会更快，但是对使用场景有一定的限制，因为在移动的过程中设备机构需要很大的牵引力才能够驱动设备前进，正向压力和摩擦力之间会出现矛盾，机构的牵引力较小时就会影响设备的正常运行，对于设备性能的呈现存在不稳定型。非连续运动型的机器人没有这样大的运行动力，因此为了节约动能通常是选择蠕动，除了运行的速度较慢之外，该类型机械设备的牵引力问题得以解决，在应用过程中趋于稳定[2]。本研究中的深孔镗削机器人对于牵引力有一定的要求，对于设备的运行速率也有一定的要求，因此选择的是在牵引力上表现较为稳定，且具备较好运行效率的轮式步进行走方法、深孔镗削过程中设备的支撑足可以承担整个设备的稳定运行和定位任务，加工循环结束之后，也可以利用轮式行走功能进入到下一个加工循环之中，完成另外的加工任务，提升加工效率，节约加工资源。

（二）、行走原理

深孔镗削机器人的加工管件运转必然是依靠电机，因此电动机始终要保持流畅开启状态，为机器人提供镗削运行动力。除此之外液压缸活塞杆伸出定位脚在管件的内壁上进行固定，可实现系统的稳定定位。在使用过程中为保证设备定位的准确定，需要对固定元件的运行稳定性进行进一步的检查。镗削程序完成之后镗杆才能收回设备内部。支撑液压活塞收回之后支撑足与管壁实现分离，支撑足运动到预设位置之后就停止给油，行走輪电动机会根据支撑足的运行情况判断是否开启，开启后支撑液压缸的活塞将会在此由活塞杆为首伸出，支撑足会第二次完成与深孔内部的贴合。以上准备工序完成之后镗刀开始工作，直至该程序运行完毕下一循环开始。这些是设备运行切削程序的完整运行情况，在设备加工的过程中，会一种重复该行走步骤，切削加工彻底完成后才可停止。

（三）、荷载计算

根据基本的切削力运算公式，将本次研究的切削设备深孔镗削机器人的切削力设定为F，其中Fe设定为设备的背心力，而Fi则设定为设备的进给力，a为设备的切削深度，f是设备的实际给进量，v是设备的切削速度，最终加工形式和加工材料的选择以合适的指数和公式范围内的参数表示。通过9.81和270固定参数的统计，可以对不同应用场景下的切削条件进行计算，切削速度和推进量需要额外注意，因为在设备运行的过程中这两个变量有可能会影响到镗刀应力场，从而影响最终的计算结果[3]。

（四）、运动性能仿真

通过运算后建模，本研究对该理论支撑下的深孔镗刀运行机器进行了模型思想拆分，通过对运动约束和施加负荷进行进一步的计算最终完成整个模型，模型具有仿真能力，它对设备的动力学呈现要非常的真实，并且要具备接触力要素，通过模型的仿真模拟，可以直观的呈现设备切削过程中的动力、切削速率、设备运行持续性以及设备结构稳定性等等情况，以此来论证设计的合理性。通过建模和后续的运行实验可以看出设备其实还是会受到重力的影响，在运行过程中出现重力差设备的加工管件运行就会出现一定的偏差，支撑液压缸内油液的压力能够缓解这一状况，但是并不持久，只能有一定程度的改善。但是液压缸内的压强调节对设备运行来说至关重要，因为压强调节会影响支撑脚的震动，减少压强能够降低震动的幅度，设备的运行会更趋于稳定。而设备在高速旋转的过程中切削的刀片会出现较大震动，该震动会进一步的传递到震动轴上，可能会对后续的设备运行造成影响，因此为了降低震动情况的出现，需要在镗刀的刀具和导向块进行进一步的调节，完成刀具的合理分布，并尽量的向中心轴线靠拢，这样后续质心也会尽量的落于轴线之上，对于控制刀具的震动效果很好。

结束语

本研究给出了一种新的大直径深孔加工镗削设备设计方案，通过对方案的进一步论证，最终结果表明该创新设备可以满足大直径深孔的加工要求，设备运行的稳定性和效率也有最基本的保证。

参考文献：

[1]谭德宁，张书华.锥度深孔数控镗刀加工方法[J]. 工具技术，2021，55（9）：101-104.

[2]柳东，叶明国，李娟.基于深孔钻镗床的一种深孔加工导向体的设计[J].现代制造技术与装备，2016（1）：45，49.

[3]龚俊，王玮.大直径深孔镗削加工的新方法[J]. 新技术新工艺，2010（6）：17-19.