暴鵬飛 馬偉偉 于杰

摘 要：深孔加工是機(jī)械加工中的一大分支，被廣泛的應(yīng)用于多種產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，深孔加工的應(yīng)用效率高，但是發(fā)展歷史不長(zhǎng)，在技術(shù)的升級(jí)方面還存在一些問題。與淺孔加工相比深孔加工應(yīng)用難度大技術(shù)發(fā)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(shù)問題，本研究將從現(xiàn)狀入手，提出行之有效的加工方案。

關(guān)鍵詞：大直徑;深孔;鏜削加工;技術(shù);應(yīng)用

前言

深孔加工技術(shù)如今被廣泛的應(yīng)用于能源、化工和機(jī)械機(jī)床制造業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，應(yīng)用發(fā)展空間大。但是深孔加工技術(shù)應(yīng)用的難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于淺孔加工，并且技術(shù)應(yīng)用體系尚未完善，這也是目前深孔加工技術(shù)對(duì)于部分管件加工作業(yè)無法做到全面監(jiān)督和管理的主要原因。技術(shù)問題的解決需要投入大量的資金支持，并且在超長(zhǎng)管件加工中的問題非常突出，根據(jù)現(xiàn)存問題，我們吸取傳統(tǒng)機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)對(duì)超長(zhǎng)管件加工作業(yè)進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，通過內(nèi)孔加工裝備的發(fā)展，對(duì)大直徑的深孔鏜削加工方法進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

一、設(shè)備構(gòu)成及工作原理

本研究所構(gòu)架的步進(jìn)內(nèi)置式深孔鏜削機(jī)器人主要由電動(dòng)機(jī)、行走輪、可伸縮壓力支撐足、主體機(jī)構(gòu)、鏜刀、深孔工件構(gòu)成。電機(jī)固定于設(shè)備尾部，以主軸為核心連接深孔鏜桿和鏜削刀具，主體結(jié)構(gòu)之上是本體行走輪。行走輪可以起到的作用有：完成機(jī)械設(shè)備的所有行走任務(wù)、和可伸縮壓力支撐足一起對(duì)整個(gè)機(jī)器本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐、在設(shè)備換刀或者運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)的幫助設(shè)備退出管道，避免更大故障問題的發(fā)生。設(shè)備支撐輪下方的彈簧由液壓控制，能夠幫助穩(wěn)定系統(tǒng)和提供準(zhǔn)確的定位，在設(shè)備加工過程中能夠增強(qiáng)穩(wěn)定性，對(duì)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(shè)備的加工范圍，在不同直徑的管件加工過程中都可以進(jìn)行調(diào)整，長(zhǎng)度的控制非常合理，應(yīng)用范圍也可進(jìn)一步變寬。

二、深孔鏜削設(shè)備的行走方式及應(yīng)用原理

（一）、行走方式

目前市場(chǎng)上應(yīng)用的行走類機(jī)器人有連續(xù)運(yùn)動(dòng)和非連續(xù)運(yùn)動(dòng)這兩種，連續(xù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(chǎn)生動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)輪和管壁之間的附著力會(huì)產(chǎn)生推動(dòng)力幫助設(shè)備前進(jìn)。通常情況下連續(xù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備動(dòng)力會(huì)更加充足運(yùn)行速度會(huì)更快，但是對(duì)使用場(chǎng)景有一定的限制，因?yàn)樵谝苿?dòng)的過程中設(shè)備機(jī)構(gòu)需要很大的牽引力才能夠驅(qū)動(dòng)設(shè)備前進(jìn)，正向壓力和摩擦力之間會(huì)出現(xiàn)矛盾，機(jī)構(gòu)的牽引力較小時(shí)就會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)于設(shè)備性能的呈現(xiàn)存在不穩(wěn)定型。非連續(xù)運(yùn)動(dòng)型的機(jī)器人沒有這樣大的運(yùn)行動(dòng)力，因此為了節(jié)約動(dòng)能通常是選擇蠕動(dòng)，除了運(yùn)行的速度較慢之外，該類型機(jī)械設(shè)備的牽引力問題得以解決，在應(yīng)用過程中趨于穩(wěn)定[2]。本研究中的深孔鏜削機(jī)器人對(duì)于牽引力有一定的要求，對(duì)于設(shè)備的運(yùn)行速率也有一定的要求，因此選擇的是在牽引力上表現(xiàn)較為穩(wěn)定，且具備較好運(yùn)行效率的輪式步進(jìn)行走方法、深孔鏜削過程中設(shè)備的支撐足可以承擔(dān)整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和定位任務(wù)，加工循環(huán)結(jié)束之后，也可以利用輪式行走功能進(jìn)入到下一個(gè)加工循環(huán)之中，完成另外的加工任務(wù)，提升加工效率，節(jié)約加工資源。

（二）、行走原理

深孔鏜削機(jī)器人的加工管件運(yùn)轉(zhuǎn)必然是依靠電機(jī)，因此電動(dòng)機(jī)始終要保持流暢開啟狀態(tài)，為機(jī)器人提供鏜削運(yùn)行動(dòng)力。除此之外液壓缸活塞桿伸出定位腳在管件的內(nèi)壁上進(jìn)行固定，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定定位。在使用過程中為保證設(shè)備定位的準(zhǔn)確定，需要對(duì)固定元件的運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步的檢查。鏜削程序完成之后鏜桿才能收回設(shè)備內(nèi)部。支撐液壓活塞收回之后支撐足與管壁實(shí)現(xiàn)分離，支撐足運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)位置之后就停止給油，行走輪電動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)支撐足的運(yùn)行情況判斷是否開啟，開啟后支撐液壓缸的活塞將會(huì)在此由活塞桿為首伸出，支撐足會(huì)第二次完成與深孔內(nèi)部的貼合。以上準(zhǔn)備工序完成之后鏜刀開始工作，直至該程序運(yùn)行完畢下一循環(huán)開始。這些是設(shè)備運(yùn)行切削程序的完整運(yùn)行情況，在設(shè)備加工的過程中，會(huì)一種重復(fù)該行走步驟，切削加工徹底完成后才可停止。

（三）、荷載計(jì)算

根據(jù)基本的切削力運(yùn)算公式，將本次研究的切削設(shè)備深孔鏜削機(jī)器人的切削力設(shè)定為F，其中Fe設(shè)定為設(shè)備的背心力，而Fi則設(shè)定為設(shè)備的進(jìn)給力，a為設(shè)備的切削深度，f是設(shè)備的實(shí)際給進(jìn)量，v是設(shè)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(shù)和公式范圍內(nèi)的參數(shù)表示。通過9.81和270固定參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，可以對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的切削條件進(jìn)行計(jì)算，切削速度和推進(jìn)量需要額外注意，因?yàn)樵谠O(shè)備運(yùn)行的過程中這兩個(gè)變量有可能會(huì)影響到鏜刀應(yīng)力場(chǎng)，從而影響最終的計(jì)算結(jié)果[3]。

（四）、運(yùn)動(dòng)性能仿真

通過運(yùn)算后建模，本研究對(duì)該理論支撐下的深孔鏜刀運(yùn)行機(jī)器進(jìn)行了模型思想拆分，通過對(duì)運(yùn)動(dòng)約束和施加負(fù)荷進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算最終完成整個(gè)模型，模型具有仿真能力，它對(duì)設(shè)備的動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)要非常的真實(shí)，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(xiàn)設(shè)備切削過程中的動(dòng)力、切削速率、設(shè)備運(yùn)行持續(xù)性以及設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等等情況，以此來論證設(shè)計(jì)的合理性。通過建模和后續(xù)的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)可以看出設(shè)備其實(shí)還是會(huì)受到重力的影響，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)重力差設(shè)備的加工管件運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，支撐液壓缸內(nèi)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(nèi)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)對(duì)設(shè)備運(yùn)行來說至關(guān)重要，因?yàn)閴簭?qiáng)調(diào)節(jié)會(huì)影響支撐腳的震動(dòng)，減少壓強(qiáng)能夠降低震動(dòng)的幅度，設(shè)備的運(yùn)行會(huì)更趨于穩(wěn)定。而設(shè)備在高速旋轉(zhuǎn)的過程中切削的刀片會(huì)出現(xiàn)較大震動(dòng)，該震動(dòng)會(huì)進(jìn)一步的傳遞到震動(dòng)軸上，可能會(huì)對(duì)后續(xù)的設(shè)備運(yùn)行造成影響，因此為了降低震動(dòng)情況的出現(xiàn)，需要在鏜刀的刀具和導(dǎo)向塊進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，完成刀具的合理分布，并盡量的向中心軸線靠攏，這樣后續(xù)質(zhì)心也會(huì)盡量的落于軸線之上，對(duì)于控制刀具的震動(dòng)效果很好。

結(jié)束語(yǔ)

本研究給出了一種新的大直徑深孔加工鏜削設(shè)備設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)方案的進(jìn)一步論證，最終結(jié)果表明該創(chuàng)新設(shè)備可以滿足大直徑深孔的加工要求，設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率也有最基本的保證。

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