基于脈沖流體特性的深孔加工高效排屑及實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)研究.pdf

1、隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展，深孔加工技術(shù)在機(jī)械加工領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)，也面臨著多品種、小批量、新型材料及愈來(lái)愈高的精度及效率要求的挑戰(zhàn)。如何提高深孔加工質(zhì)量及加工效率成為國(guó)內(nèi)外研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。然而，由于深孔加工是處于封閉或半封閉狀態(tài)下進(jìn)行的，排屑不暢、油溫過(guò)高、自動(dòng)化程度低依然是制約深孔加工技術(shù)精密化、高效化發(fā)展的關(guān)鍵難題。在深孔加工過(guò)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(dǎo)致加工過(guò)程被迫中斷；

2、油溫過(guò)高影響了刀具的冷卻效果，限制了刀具的切削性能，導(dǎo)致深孔表面質(zhì)量差；自動(dòng)化程度低表現(xiàn)在，由于深孔加工的密閉性，操作者無(wú)法對(duì)加工狀態(tài)進(jìn)行直接觀察，只能憑借手摸鉆桿、耳聽(tīng)噪聲、眼觀油壓表來(lái)猜測(cè)加工狀態(tài)是否正常。鑒于此，本人針對(duì)基于脈沖流體的深孔加工高效排屑技術(shù)，集成化深孔加工實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，風(fēng)動(dòng)式負(fù)壓抽屑雙油冷技術(shù)展開(kāi)研究，有效的解決深孔加工排屑、油冷、智能監(jiān)控的問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）基于脈沖流體的高效排屑技術(shù)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(duì)其的阻力及自身重力等多種因素的切屑受力數(shù)學(xué)模型，研究了堵屑現(xiàn)象產(chǎn)生的邊界條件。得出折屑系數(shù)過(guò)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(dǎo)致堵屑產(chǎn)生的主要原因。建立脈沖式供油切削液的非定常紊流瞬時(shí)流體模型，分析其流體特性，得出脈沖流體能夠產(chǎn)生較高的急速射流和隨時(shí)間不斷發(fā)生變化的混沌流場(chǎng)，對(duì)于增大折屑系數(shù)，增強(qiáng)切削液最大流速非常有利，有助于解決堵屑問(wèn)題，提高排屑效率。

4、設(shè)計(jì)了一種脈沖式DF系統(tǒng)，并通過(guò)多組不同脈沖開(kāi)關(guān)頻率f的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)具有更好的排屑效果，得出f=0.7Hz時(shí)，切削液流體特性分布對(duì)深孔排屑最為有利。
　?。?）集成化深孔加工實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)研究。分析了深孔加工過(guò)程中的主要工況信號(hào)，確定針對(duì)油壓油溫信號(hào)、鉆桿振動(dòng)信號(hào)及排屑狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及預(yù)警。分四部分對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)研究：第一，建立了深孔加工切削液流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，得出了深孔加工鉆削深度、主軸轉(zhuǎn)速以及堵屑程度等因素對(duì)切削液流場(chǎng)入

5、口壓力的影響的關(guān)系方程式，研制了油壓油溫實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。第二，建立了考慮質(zhì)量偏心、非線性剛度、動(dòng)態(tài)鉆削力及重力的鉆桿振動(dòng)方程，分析了轉(zhuǎn)速對(duì)鉆桿運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。利用平行激光測(cè)振原理，研制了基于IG-28平行激光傳感器的鉆桿振動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。第三，分析了鉆桿內(nèi)有無(wú)切屑兩種狀態(tài)下脈沖超聲波聲壓信號(hào)差異，對(duì)基于超聲波探傷機(jī)理的深孔加工排屑狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，提出以相鄰兩條切屑的最大排屑時(shí)間間隔Δt作為排屑狀態(tài)異常的判定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定預(yù)

6、警值Δt預(yù)警，實(shí)現(xiàn)排屑狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及預(yù)警。第四，完成了對(duì)四種信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了深孔加工工況信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警，提高了深孔機(jī)床的自動(dòng)化程度。
　?。?）設(shè)計(jì)了一種深孔機(jī)床風(fēng)動(dòng)式負(fù)壓抽屑雙冷卻系統(tǒng)，主要由風(fēng)動(dòng)式負(fù)壓抽屑部分和水循環(huán)部分以及自冷式負(fù)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(fù)壓區(qū)，對(duì)切屑產(chǎn)生了負(fù)壓抽屑效應(yīng)；同時(shí)，部分切削液得到了霧化，與低溫壓縮空氣進(jìn)行熱交換，完成了第一次冷卻效應(yīng)；自冷式