2.2深孔加工工艺研究
20世纪50年代:隈部淳一郎提出振动切削理论,解决了深孔的断屑和切屑处理难题。
20世纪80年代:中北大学王峻发明SIED技术,解决内排屑深孔钻削方式不能钻小直径深孔的问题;薛万夫教授开发振动深孔加工设备;王宁侠应用强力珩磨技术于深孔加工过程。
近年来:西安石油大学深孔加工技术研究所研制多齿折线刃深孔钻头;广西工学院研制高效深孔钻;何铮、胡凤兰研究磁化切削的加工方法;中北大学的关世玺和太原机械学院的汪志明研究负压抽屑装置;赵翠萍、樊铁镔研究导向块的位置分布对深孔加工质量的影响;西安石油大学的彭海、张敏,大连交通大学的施志辉等探讨了绿色加工技术。
此外,还提到了一些国际领先的公司和组织,如美国ATI Stellram刀具公司、瑞典的Sandvik-Cotomant公司以及德国的BOTEK公司,它们在深孔加工领域也取得了显著的成就。
这些研究和创新表明深孔加工技术领域在不断发展,并且在全球范围内得到了广泛关注和应用。
2.3深孔钻削监测研究
20世纪:深孔加工技术逐渐成熟,但对于微细超长深孔的加工仍存在挑战。
近年来:国内的多所院校和科研机构,如哈尔滨工业大学、西安理工大学、中北大学、北京理工大学、吉林大学和北京科技大学等,进行了深孔加工监测方面的研究。他们采用正交小波变换、模糊模式识别技术、多个特征参数综合监测、超声波检测等方法,实现了对刀具状态的在线监测和识别。
国外方面:美国的IssamABU-MAHFOUZ利用多层前馈神经网络成功识别了钻头的不同磨损状态。德国Dortmund大学的科研工作者WEBBER、THEIS和RAABE致力于发展带有测力元件的测量钻头,用于直接测量切削分量。日本町田铁工生产的全自动钻床配备了扭矩检测器和钻头磨损监控系统,实现了对微孔加工过程的智能监控。
综上所述,深孔加工技术在不断发展,但对于微细超长深孔的加工仍需要进一步研究和解决。
03
深孔加工机床的发展现状
1989年:山东德隆机床有限责任公司设计制造了Z2102型单坐标深孔钻床,这是中国第一台利用枪钻加工的普通单坐标深孔钻床。
1997年起:上海机床研究所开始致力于数控专用型小孔径深孔钻床的研制开发。
2002年:上海机床研究所成功开发出第三代产品,完全能够满足国内饲料机械加工行业对小孔径加工的需求。
这些发展表明,中国在深孔加工设备领域取得了一定的成就,不断提高深孔加工的精度和效率,满足了国内产业对于小孔径加工需求的发展。
1995年,德州德隆机床有限责任公司自主研发并生产了第一台可完成塑料模具上多孔系加工的ZK2103型(如图2)三坐标数控深孔钻床,其钻孔直径4~30mm、最大加工深度1200mm。
在国外,尤其是在制造业发达的国家,不仅有三坐标(三数控轴)深孔钻床,而且出现了四轴、五轴,甚至六轴的全自动数控枪钻加工中心或数控钻铣中心(如图3),而且都有自动换刀装置。为了扩大加工范围,有的深孔钻床除具有枪钻法钻削、铣削、刚性攻丝等功能外,还具有内排屑钻削法(BTA法)钻孔的功能。虽然国内有一些类似的产品,但是在精密程度和品种规格等方面与国外还存在着较大的差距。
1996年,美国密西根大学在国家科学基金会与工业25家企业资助下开始了对可重构制造系统的研究,这标志着可重构制造系统的概念首次被提出。
此后,各发达国家也纷纷开展了可重构机床的研究。例如,德国斯图加特大学的研究人员对制造系统的重构、机床模块的接口以及运动功能模块进行了理论研究。
这些研究表明,可重构制造系统及重构机床的概念为解决机床功能冗余以及功能转换成本高等问题提供了新的思路和方法。
国内的中北大学的吴伏家教授及其团队在进行可重构深孔机床(如图4)方面的研究工作。其中黄晓斌建立了深孔钻床的运动学模型,对深孔零件族及刀辅具进行了分析,并对深孔机床结构进行了功能模块的划分,从理论上验证了可重构深孔机床的可实现性。李震从机床改造的角度,对深孔机床的重构进行了实践,为今后的研究提供了一种新思路。
在机床的设计和改进中,机床关键零部件结构的动、静态优化及轻量化设计是实现机床加工性能和加工精度提高的主要途径之一。
研究人员对型号为M2120A的内圆磨床的床身结构进行了模态分析,指出了加强筋的布局对结构动态性能的影响,并提出了改进措施。
另外,也有研究人员利用ANSYS对卧式加工中心部件——滑鞍进行了动态分析,识别出其薄弱环节并进行改进。
这些研究表明,对机床关键零部件结构进行动、静态优化及轻量化设计,是提高机床加工性能和加工精度的重要途径,有助于改善机床的性能和精度。
04
深孔加工技术的发展趋势
自BTA加工方法出现以后,深孔工艺虽然没有经历太大改动,但在一些加工工艺方面的优化,如新型刀具的研制、导向块的优化布置、负压排屑装置的应用等,仍然是提高深孔加工水平的重要手段。基于绿色加工技术的准干式和干式深孔加工技术也将受到越来越多的重视,因为人们对环保意识的不断增强。
现代深孔加工机床与其他机床一样,正朝着高效化、精密化、高可靠、智能化、模块化的方向发展。尤其是模块化可重构机床,近几年做了大量的研究。然而,传统深孔加工领域在近几年并没有出现更先进的加工设备。
由于传统深孔加工技术的局限性,特种加工技术(如激光、水射流、电火花和电解深孔加工等)为深孔加工技术开辟了一个全新的发展领域,能够更好地完成难加工材料、特殊复杂型面、特小特深孔等的加工。
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