基于脈沖流體特性的深孔加工高效排屑及實時監(jiān)控技術研究.pdf

1、隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展，深孔加工技術在機械加工領域中的應用越來越廣泛，同時，也面臨著多品種、小批量、新型材料及愈來愈高的精度及效率要求的挑戰(zhàn)。如何提高深孔加工質量及加工效率成為國內外研究人員關注的熱點問題。然而，由于深孔加工是處于封閉或半封閉狀態(tài)下進行的，排屑不暢、油溫過高、自動化程度低依然是制約深孔加工技術精密化、高效化發(fā)展的關鍵難題。在深孔加工過程中，排屑不暢在很大程度上影響著加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性，極易引發(fā)堵屑現(xiàn)象，導致加工過程被迫中斷；

2、油溫過高影響了刀具的冷卻效果，限制了刀具的切削性能，導致深孔表面質量差；自動化程度低表現(xiàn)在，由于深孔加工的密閉性，操作者無法對加工狀態(tài)進行直接觀察，只能憑借手摸鉆桿、耳聽噪聲、眼觀油壓表來猜測加工狀態(tài)是否正常。鑒于此，本人針對基于脈沖流體的深孔加工高效排屑技術，集成化深孔加工實時監(jiān)控技術，風動式負壓抽屑雙油冷技術展開研究，有效的解決深孔加工排屑、油冷、智能監(jiān)控的問題。主要研究內容如下：
　　（1）基于脈沖流體的高效排屑技術研究。建

3、立充分考慮切削液壓力及其沿程損失、管壁摩擦力、其它切屑對其的阻力及自身重力等多種因素的切屑受力數學模型，研究了堵屑現(xiàn)象產生的邊界條件。得出折屑系數過小（即切屑受力面積?。?，切削液流速、壓力不足，斷屑不徹底等是導致堵屑產生的主要原因。建立脈沖式供油切削液的非定常紊流瞬時流體模型，分析其流體特性，得出脈沖流體能夠產生較高的急速射流和隨時間不斷發(fā)生變化的混沌流場，對于增大折屑系數，增強切削液最大流速非常有利，有助于解決堵屑問題，提高排屑效率。

4、設計了一種脈沖式DF系統(tǒng)，并通過多組不同脈沖開關頻率f的實驗，驗證了該系統(tǒng)具有更好的排屑效果，得出f=0.7Hz時，切削液流體特性分布對深孔排屑最為有利。
　?。?）集成化深孔加工實時監(jiān)控技術研究。分析了深孔加工過程中的主要工況信號，確定針對油壓油溫信號、鉆桿振動信號及排屑狀態(tài)信號進行實時監(jiān)控及預警。分四部分對實時監(jiān)控技術研究：第一，建立了深孔加工切削液流場數學模型，得出了深孔加工鉆削深度、主軸轉速以及堵屑程度等因素對切削液流場入

5、口壓力的影響的關系方程式，研制了油壓油溫實時監(jiān)控系統(tǒng)。第二，建立了考慮質量偏心、非線性剛度、動態(tài)鉆削力及重力的鉆桿振動方程，分析了轉速對鉆桿運動軌跡的影響。利用平行激光測振原理，研制了基于IG-28平行激光傳感器的鉆桿振動信號實時監(jiān)測系統(tǒng)。第三，分析了鉆桿內有無切屑兩種狀態(tài)下脈沖超聲波聲壓信號差異，對基于超聲波探傷機理的深孔加工排屑狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)進行了方案設計，提出以相鄰兩條切屑的最大排屑時間間隔Δt作為排屑狀態(tài)異常的判定標準，設定預

6、警值Δt預警，實現(xiàn)排屑狀態(tài)的監(jiān)測及預警。第四，完成了對四種信號實時監(jiān)測系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)了深孔加工工況信號的實時監(jiān)測及預警，提高了深孔機床的自動化程度。
　?。?）設計了一種深孔機床風動式負壓抽屑雙冷卻系統(tǒng)，主要由風動式負壓抽屑部分和水循環(huán)部分以及自冷式負壓抽屑箱散熱部分組成。在低溫壓縮空氣的沖擊作用下，鉆桿尾部形成了負壓區(qū)，對切屑產生了負壓抽屑效應；同時，部分切削液得到了霧化，與低溫壓縮空氣進行熱交換，完成了第一次冷卻效應；自冷式