[发明专利]一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统

说明书

本发明属于先进深孔加工技术领域，为了改善钻杆振动、提高钻杆旋转精度、降低温升，本发明提供了一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，包括钻杆、与钻杆连接的输油器以及安装于钻杆端头的深孔刀具，靠近深孔刀具端的钻杆与已加工工件孔孔壁之间设有供切削液流动的连续变间隙，连续变间隙内的流动切削液形成用于夹紧钻杆的动油膜压力。该钻杆系统可由控制计算机调节可倾瓦块的倾斜角度，从而可以实时调整径向可倾瓦块钻杆的工作状态，实现实时控制钻杆的工作状态的目的。

技术领域

本发明属于先进深孔加工技术领域，具体涉及一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统。

背景技术

通常情况下，深孔加工系统有刀具回转工件进给的运动方式，刀具回转进给工件静止和刀具静止工件回转进给三种方式，本发明应用于刀具回转工件进给的加工方式。

深孔加工难度高，加工工作量大，已成为机械加工中的关键性工序。以BTA刀具系统为例，BTA刀具系统属于内排屑系统，主要由授油器、钻杆系统、刀具系统及抽屑器等结构组成，工作时，切削液通过授油器从刀具外部输油通道到达刀具头部进行冷却润滑，并将切屑经钻杆内部通过切削液向外冲出，由于刀具腔体内部压力很高同时刀具旋转速度很快，保证了切屑的排出和工件的加工精度。

径向可倾滑动轴承是靠相对运动表面之间形成的楔形动压油膜来进行径向承载的。形成动压油膜必须具有三个必要条件：1.两工件之间的间隙必须有楔形间隙；2.两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；3.两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。工程上，为提高轴的旋转精度和稳定性，常用多油楔轴承。

在BTA深孔加工过程中，钻杆的高速进动，既有流体动压润滑的特点又有转子动力学的特性，所以，利用多油楔轴承的特性，来提高钻杆的旋转精度和稳定性，是切实可行的。同时，可倾角楔形瓦块的摆角特性，会对流体楔形间隙产生重要影响，进而影响可倾楔形瓦块的压力分布、油膜厚度分布，合理选择钻杆可倾瓦块的倾斜角度对提高钻杆的稳定性及旋转精度有着重要影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，这种钻杆可通过改变可倾瓦块角度的倾斜角度，改变切屑液压力分布，进而使钻杆类似四爪卡盘一样，被切削液压力卡紧，达到改善钻杆振动、提高钻杆旋转精度、降低温升的目的，从而更好的提高深孔加工的直线度，圆度，粗糙度等形位公差及加工精度。

本发明是通过以下技术方案来解决的：一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，包括钻杆、与钻杆连接的输油器以及安装于钻杆端头的深孔刀具，靠近深孔刀具端的钻杆与已加工工件孔孔壁之间设有供切削液流动的连续变间隙，连续变间隙内的流动切削液形成用于夹紧钻杆的动油膜压力。

所述连续变间隙为楔形间隙，是由沿径向均布安装于钻杆与工件孔之间的若干可倾瓦块形成；可倾瓦块呈瓦片状，由头部向尾部沿径向厚度逐渐增大，呈扇叶放射状，与已加工工件孔孔壁之间形成楔形间隙，切削液从楔形间隙大端流进、间隙小端流出。

所述可倾瓦块的径向角度可调节，钻杆上对应每个可倾瓦块的位置均布设有若干支撑孔，各支撑孔内分别安装有实现可倾瓦块径向角度调节的执行组件；所述执行组件包括沿径向与钻杆上的支撑孔螺纹连接的空心螺杆套筒，空心螺杆套筒内安装有支撑关节，支撑关节能在空心螺杆套筒沿径向运动正对接触支撑可倾瓦块的内侧。

所述支撑关节连接有实现支撑关节运动的控制系统，控制系统包括压电陶瓷、形状记忆合金、开关选择电路组件、控制计算机、形状记忆合金控制系统和压电陶瓷控制电源，压电陶瓷和形状记忆合金安装于空心螺杆套筒内，压电陶瓷设于支撑关节和形状记忆合金之间，控制计算机的输出端连接形状记忆合金控制系统和压电陶瓷控制电源的输入端，形状记忆合金控制系统和压电陶瓷控制电源的输出端通过开关选择电路组件连接形状记忆合金。形状记忆合金控制系统的相关原理可以参见华中理工大学辜承林的文章形状记忆合金的研究与应用。开关选择电路组件的连接线路埋藏在钻杆内壁，沿着钻杆轴向从内壁引出。