一种深孔加工装置、加工方法及深孔钻床

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种深孔加工装置、加工方法及深孔钻床。

背景技术

深孔加工技术广泛应用于航空航天、能源采掘、汽车制造、石化、冶金、仪器仪表、国防装备制造等产业领域，其加工难度大、制造成本高，已成为机械制造技术中的难点之一，特别地，深孔是指孔深与孔径之比大于或等于5的孔，考虑到深孔细长的特点，决定了深孔刀具必然同样细长。

但是细长刀具在深孔加工过程中，加工碎屑不易排出，导致散热困难，并在受到较大的切削力时，刀具自导向会引起刀具偏斜，造成直径变大、出现锥形或孔偏斜的现象，导致加工精度达不到质量要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种深孔加工装置、加工方法及深孔钻床，有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种深孔加工装置、加工方法及深孔钻床，包括：

底板，其一面沿长度方向设有滑轨组；

动力头组件，包括平行于所述滑轨组的钻杆、及设置在所述钻杆端部的钻头、以及位于所述钻头和所述钻杆之间的导流套，且所述钻杆的直径小于所述导流套的直径，所述导流套的直径小于或等于所述钻头的直径；

旋转组件，设置在所述滑轨组上，用于驱动所述钻杆转动；

线性驱动组件，设置在所述底板上，用于驱动所述旋转组件带动所述钻杆沿轴向滑动；

授油器组件，设置在所述滑轨组远离所述旋转组件的一端，包括授油主体、及设置在所述授油主体上的授油压轴，所述授油主体内部呈中空腔体，所述授油压轴的中心处设有供所述钻杆穿过的导流通道，所述授油压轴伸入所述中空腔体的轴段上设有通孔，以使所述中空腔体和所述导流通道连通形成第一通路；

其中，所述导流通道与所述钻杆之间留设有伸缩缝，所述伸缩缝远离所述钻头的一端设有密封结构，所述导流套的外圆面上设有多个螺旋导流槽，且相邻两个所述螺旋导流槽之间设有凸沿，所述钻头内设有第一排屑孔，所述导流套内设有与所述第一排屑孔连通的导流孔，所述钻杆内设有与所述导流孔连通的第二排屑孔。

进一步地，在所述动力头组件和所述授油器组件之间设有支撑套组件；

所述支撑套组件包括T型支撑板、及设置在所述T型支撑板上的外套筒、及同轴设置在所述外套筒内的固定套，所述固定套与所述外套筒的环形间隙内设有轴承；其中，所述T型支撑板包括固定在所述滑轨组上的第一板体，及垂直设置在所述第一板体上的第二板体，且所述第二板体的内孔一侧呈开口设置，并在开口处设有贴板。

进一步地，所述底板与所述授油器组件之间还设有距离调节组件，所述钻杆的移动速度大于所述授油器组件的移动速度，所述钻头和所述导流套位于所述授油器组件的前端，并在所述授油压轴面向加工件的一端面设有密封垫；

所述距离调节组件包括相互配合的第一螺母和第一丝杆、以及设置在所述第一丝杆两端

部的两个轴承座，以及用于驱动所述第一丝杆转动的第一驱动件，两个所述轴承座固定在所述底板上，所述第一螺母固定在所述授油主体下方；

所述第一驱动件包括第一伺服电机、第一齿轮和第二齿轮，所述第一伺服电机设置在所述底板背离所述距离调节组件的一面，所述第一齿轮设置在所述伺服电机的驱动端，所述第二齿轮设置所述第一丝杆的端部，且所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合。

进一步地，在所述授油压轴伸出所述授油主体的轴段上套设有进油环，所述进油环上设有进油口；

所述授油压轴的外圆柱面设有环腔，沿所述环腔的圆周方向均布设有至少3个进油孔，且所述进油孔沿径向贯穿至所述导流通道形成第二通路；

沿轴向在所述环腔的前侧和后侧的外圆柱面上设有密封圈；

当所述授油器组件跟随所述钻杆移动时，所述第二通路开启，所述第一通路关闭，对移动中的所述钻杆进行定心；

当所述授油压轴抵接在待加工件的表面时，所述第二通路关闭，所述第一通路开启，并在所述钻杆内形成与进液方向相反的排屑通路。

进一步地，所述旋转组件包括第二伺服电机、安装板、主轴箱和传动件；

所述安装板设置在所述滑轨组上，所述主轴箱固定在所述安装板上，所述第二伺服电

机通过安装座固定在所述主轴箱上，所述钻杆同轴设置在所述主轴箱内切割主轴面向待加工件的一端，且在所述切割主轴的中心处设有与所述第二排屑孔连通的第三排屑孔；

其中，所述传动件包括设置在所述切割主轴上的第一皮带轮、及设置在所述第二伺服电机上的第二皮带轮、以及包绕在所述第一皮带轮和所述第二皮带轮上的传动皮带。

进一步地，所述线性驱动组件包括第三伺服电机、第二丝杆和第二螺母；

所述第二螺母固定在所述旋转组件的下方，所述第三伺服电机设置在所述第二丝杆远离所述授油器组件的一端，以驱动所述旋转组件沿所述钻杆的轴向滑动。

进一步地，所述授油压轴包括沿滑动方向设置在所述授油主体两端的前压套筒和后端盖；

所述前压套筒包括固定在所述授油主体上的第一法兰盘、及设置在所述第一法兰盘前端的轴套、以及伸入所述授油主体内部的注液轴段，且位于所述注液轴段上的所述通孔呈长条型，且沿圆周方向设置多个；

所述后端盖包括固定在所述授油主体上的第二法兰盘，在所述第二法兰盘面向所述授油主体的一面延伸处与所述注液轴段拼接的连接轴段，所述连接轴段与所述注液轴段留设有端面间隙。

进一步地，所述授油压轴面向加工件的一端面设有压力传感器，所述压力传感器的设置在所述密封垫的外圆周处，且所述压力传感器凸出所述授油压轴端面的距离小于所述密封垫凸出所述授油压轴端面的距离；

当所述授油压轴抵接在加工件表面，所述压力传感器的压力值达到第一设定范围内时，所述授油器组件继续跟随所述钻杆移动，而当压力值达到第二设定范围内时，所述第二通路关闭，所述第一通路开启，以对所述钻头加工产生的碎屑进行排出。

本发明还提供了一种应用如上所述的深孔加工装置的深孔加工方法，包括以下步骤：

启动旋转组件，以带动钻杆转动，此时第一通路与第二通路均不进油；

启动线性驱动组件，驱动旋转组件以带动钻杆沿轴向移动，同时授油器组件在距离调节组件的作用下同步开始移动，此时第二通路开启，而第一通路关闭；

当授油压轴抵接在加工孔的端面时，线性驱动组件继续驱动钻杆移动，而距离调节器组件停止动作，此时第一通路开启，而第二通路关闭；

授油主体内的液体经第一通路进入孔壁与钻杆的缝隙内，并通过多个螺旋导流槽快速进入钻头的第一排屑孔，依次经过导流孔和第二排屑孔后从主轴箱内切割主轴的第三排屑孔排出。

本发明还提供了一种深孔钻床，包括如上所述的深孔加工装置；

以及用于驱动所述深孔加工装置在垂直方向移动的立柱组件；

以及设置在所述深孔加工装置所在加工端的工作台组件。

本发明的有益效果为：本发明通过在钻头与钻杆之间设置导流套，多个螺旋导流槽形成的旋流压力，能够加快冷却液在钻孔内的流动速度，对钻头起到快速降温作用，避免钻头出现过热结瘤的现象，而在钻头高速运转过程中，高出螺旋导流槽的凸沿能够对冷却液进行定向分流，使液体快速进入钻头的第一排屑孔，而溢流在凸沿与加工孔壁之间间隙内冷却液，会对导流套周向形成向心压力，以保证钻头在钻孔内的定心精度，从而提高深孔加工的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中深孔加工装置的前轴测视图；

图2为本发明实施例中深孔加工装置的正视图；

图3为本发明实施例中动力头组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中支撑套组件的结构示意图；

图5为本发明实施例中深孔加工装置的后轴测视图；

图6为本发明实施例中距离调节组件的结构示意图；

图7为图1的A处局部放大图；

图8为本发明实施例中进油环的安装示意图；

图9为本发明实施例中第二通路的进油示意图；

图10为本发明实施例中第一通路的进油示意图；

图11为本发明实施例中旋转组件的结构示意图；

图12为本发明实施例中线性驱动组件的结构示意图；

图13为本发明实施例中授油压轴的结构示意图；

图14为本发明实施例中深孔钻床的结构示意图。

附图标记：1、底板；11、滑轨组；2、动力头组件；21、钻杆；211、第二排屑孔；22、钻头；221、第一排屑孔；23、导流套；231、螺旋导流槽；232、凸沿；233、导流孔；3、旋转组件；31、第二伺服电机；32、安装板；33、主轴箱；34、第一皮带轮；35、第二皮带轮；36、传动皮带；4、线性驱动组件；41、第三伺服电机；42、第二丝杆；43、第二螺母；5、授油器组件；51、授油主体；52、授油压轴；52a、前压套筒；52b、后端盖；521、导流通道；522、通孔；523、进油孔；53、进油环；531、进油口；532、环腔；6、支撑套组件；61、T型支撑板；62、外套筒；63、固定套；64、轴承；65、贴板；7、距离调节组件；71、第一螺母；72、第一丝杆；73、轴承座；74、第一驱动件；741、第一伺服电机；742、第一齿轮；743、第二齿轮；100、深孔加工装置；200、立柱组件；300、工作台组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图13所示的深孔加工装置100，包括：底板1，其一面沿长度方向设有滑轨组11；滑轨组11采用双导轨与滑块配合结构，并使双导轨设置在底板1沿长度方向的两侧边位置，保证底板1受力均匀，避免出现侧倾现象；

动力头组件2包括平行于滑轨组11的钻杆21、及设置在钻杆21端部的钻头22、以及位于钻头22和钻杆21之间的导流套23，且钻杆21的直径小于导流套23的直径，导流套23的直径小于或等于钻头22的直径，减少了导流套23和钻杆21与加工孔壁的接触面积，从而减少对孔壁的磨损，保证了深孔直径的加工精度，通过直径差在导流套23两端形成的台阶面，能够使环形间隙沿逐渐变小，当冷却液穿过环形间隙进入钻头22的加工面时，经过环形间隙的流通截面改变，以在加工面处形成高冲压水流，对钻头22起到推力作用同时能够加快液体流动速度，从而便于将加工产生的碎屑排出，有效避免碎屑划伤加工后的孔壁；

旋转组件3设置在滑轨组11上，用于驱动钻杆21转动；线性驱动组件4设置在底板1上，用于驱动旋转组件3带动钻杆21沿轴向滑动；

授油器组件5设置在滑轨组11远离旋转组件3的一端，包括授油主体51、及设置在授油主体51上的授油压轴52，授油主体51内部呈中空腔体，授油压轴52的中心处设有供钻杆21穿过的导流通道521，授油压轴52伸入中空腔体的轴段上设有通孔522，以使中空腔体和导流通道521连通形成第一通路；

其中，导流通道521与钻杆21之间留设有伸缩缝，伸缩缝远离钻头22的一端设有密封结构，导流套23的外圆面上设有多个螺旋导流槽231，且相邻两个螺旋导流槽231之间设有凸沿232，钻头22内设有第一排屑孔221，导流套23内设有与第一排屑孔221连通的导流孔233，钻杆21内设有与导流孔233连通的第二排屑孔211。

本发明优选实施过程为将授油器组件5和旋转组件3设置在滑轨组11上，且位于动力头组件2的两端，旋转组件3带动钻杆21转动，同时线性驱动组件4使钻杆21沿轴向进给，以使钻头22对待加工件进行深孔加工，而当钻杆21推动钻头22进行钻孔加工时，授油主体51的中空腔体内会注入冷却液，冷却液经过授油压轴52的通孔522进入导流通道521与钻杆21的伸缩缝内，直至灌满已加工孔壁与钻杆21的环形间隙，由于钻头22和导流套23会跟随钻杆21同步转动，且螺旋导流槽231在径向截面沿旋转方向的深度逐步减少，因此环形间隙内冷却液会在多个螺旋导流槽231的旋流压力作用下，被快速挤压至钻头22前端的切削面处，而被旋流挤压后溢流在环形间隙的冷却液会对凸沿232形成向心压力，以保证导流套23在钻孔内的同轴精度，进一步保证了钻头22的钻孔位置精度，而切削面加工产生的碎屑会跟随冷却液依次经过第一排屑孔221、导流孔233和第二排屑孔211后被快速排出。本发明通过在钻头22与钻杆21之间设置导流套23，并通过多个螺旋导流槽231形成的旋流压力，能够加快冷却液在钻孔内的流动速度，对钻头22起到快速降温作用，避免钻头22出现过热结瘤的现象，而在钻头22高速运转过程中，高出螺旋导流槽231的凸沿232能够对冷却液进行定向分流，使液体快速进入钻头22的第一排屑孔221，而溢流在凸沿232与加工孔壁之间的间隙内冷却液，会对导流套23周向形成向心压力，以保证了钻头22在钻孔内的定心精度，从而提高了深孔加工的精度。

本发明优选方案中，当钻杆21的长度过长时，为了避免钻杆21中间位置在加工过程中出现弯曲、振动现象，如图1-2所示在动力头组件2和授油器组件5之间设有支撑套组件6，能够对钻杆21中间位置起到稳定支撑，具体地，如图4所示，支撑套组件6包括T型支撑板61、及设置在T型支撑板61上的外套筒62、及同轴设置在外套筒62内的固定套63，固定套63与外套筒62的环形间隙内设有轴承64；能够使钻杆21将旋转组件3施加的扭矩传递给钻头22，以保证钻头22的扭矩满足加工需求；其中，T型支撑板61包括固定在滑轨组11上的第一板体，及垂直设置在第一板体上的第二板体，且第二板体的内孔一侧呈开口设置，并在开口处设有贴板65。将外套筒62、轴承64和固定套63形成预装配体，以减少现场安装调试时间，通过第二板体开口设置，便于预装配体的安装，位于开口处的贴板65能够使第二板体的内孔形成夹紧力，保证了预装配体在T型支撑板61上的安装稳定性。

本发明中将钻杆21的一端设置在旋转组件3内，而钻头22嵌入导流通道521内，在进行钻孔加工前，人工先将授油主体51移动抵接在工件的加工表面后，之后固定授油主体51，此时钻头22与加工表面存在距离，钻头22需要先移动至加工表面，然后再对表面进行深孔加工，导致加工时间较长，加工效率低，并且由于钻头22在导流通道521内，无法直观看到钻头22位置，导致难以控制钻杆21的进给距离，在遇到钻头22损坏情况下难以及时作出判断，存在安全隐患，因此，如图5-6所示，底板1与授油器组件5之间还设有距离调节组件7，在钻杆21轴向推动时，授油器组件5在距离调节组件7作用下产生同步移动，并使钻杆21的移动速度大于授油器组件5的移动速度，当钻头22移动至加工面时，钻头22和导流套23位于授油器组件5的前端，便于直观看到钻头22钻入加工表面的情况，能够保证钻头22准确定位在钻孔位置，并在授油压轴52面向加工件的一端面设有密封垫；能够减少授油压轴52对加工面的冲击，优选地，距离调节组件7包括相互配合的第一螺母71和第一丝杆72、以及设置在第一丝杆72两端部的两个轴承座73，以及用于驱动第一丝杆72转动的第一驱动件74，两个轴承座73固定在底板1上，第一螺母71固定在授油主体51下方；第一驱动件74包括第一伺服电机741、第一齿轮742和第二齿轮743，第一伺服电机741设置在底板1背离距离调节组件7的一面，第一齿轮742设置在伺服电机的驱动端，第二齿轮743设置第一丝杆72的端部，且第一齿轮742与第二齿轮743相啮合。通过第一齿轮742和第二齿轮743的啮合传动，能够便于精准控制授油主体51的移动距离，使授油压轴52与加工表面的紧密接触，有效保证加工深孔与导流通道521在拼接处的密封性。

作为上述实施例的优选，在授油主体51未与零件加工表面接触时，由于导流通道521与钻杆21之间留设有伸缩缝，位于导流通道521内的钻杆21受重力作用会向下偏移，钻杆21将旋转组件3扭矩传递至钻头22位置时，随着钻头22的逐步进入，会导致钻头22自转同时产生圆周摆动，造成加工孔壁外扩现象，因此，在授油压轴52伸出授油主体51的轴段上套设有进油环53，如图7-9所示，进油环53上设有进油口531；授油压轴52的外圆柱面设有环腔532，沿环腔532的圆周方向均布设有至少3个进油孔523，且进油孔523沿径向贯穿至导流通道521形成第二通路；沿轴向在环腔532的前侧和后侧的外圆柱面上均设有密封圈；当授油器组件5跟随钻杆21移动时，第二通路开启，第一通路关闭，对移动中的钻杆21进行定心；如图10所示，当授油压轴52抵接在待加工件的表面时，第二通路关闭，第一通路开启，并在钻杆21内形成与进液方向相反的排屑通路。

如图11所示，旋转组件3包括第二伺服电机31、安装板32、主轴箱33和传动件；安装板32设置在滑轨组11上，主轴箱33固定在安装板32上，第二伺服电机31通过安装座固定在主轴箱33上，钻杆21同轴设置在主轴箱33内切割主轴面向待加工件的一端，且在切割主轴的中心处设有与第二排屑孔211连通的第三排屑孔；其中，传动件包括设置在切割主轴上的第一皮带轮34、及设置在第二伺服电机31上的第二皮带轮35、以及包绕在第一皮带轮34和第二皮带轮35上的传动皮带36。

具体地，将钻杆21与主轴箱33内切割主轴连接，能够保证扭矩的传递，并在切割主轴内设有第三排屑孔，以便于将钻杆21内的碎屑快速排出，且将排屑孔采用分段结构设计，能够便于及时排查和清理碎屑，以保证加工的正常。

本发明优选实施例中，如图12所示，线性驱动组件4包括第三伺服电机41、第二丝杆42和第二螺母43；第二螺母43固定在旋转组件3的下方，第三伺服电机41设置在第二丝杆42远离授油器组件5的一端，以驱动旋转组件3沿钻杆21的轴向滑动。采用丝杆螺母的设置，有效保证了钻孔深度的精准度，提高了钻杆21的加工稳定性。

为了便于授油压轴52的安装，本发明中授油压轴52采用分体结构，如图13所示，授油压轴52包括沿滑动方向设置在授油主体51两端的前压套筒52a和后端盖52b；前压套筒52a包括固定在授油主体51上的第一法兰盘、及设置在第一法兰盘前端的轴套、以及伸入授油主体51内部的注液轴段，且位于注液轴段上的通孔522呈长条型，且沿圆周方向设置多个；后端盖52b包括固定在授油主体51上的第二法兰盘，在第二法兰盘面向授油主体51的一面延伸处与注液轴段拼接的连接轴段，连接轴段与注液轴段留设有端面间隙。

冷却液沿径向进入导流通道521，能够保证钻杆21在加工过程中同轴精度，而多个通孔522的设置，保证冷却液供给充足，能够使冷却液进入流量满足加工碎屑排出所需流量，而第一法兰盘和第二法兰盘能够保证授油压轴52与授油主体51上安装稳定性，且连接轴段与注液轴段的端面间隙，加大了液体进入导流通道521内的流量，并通过控制端面间隙，能够调节进入伸缩缝内液体压力，以进一步加快冷却液的流动速度。

为了避免出现授油压轴52与加工面未完全接触，此时密封垫抵接在加工件表面，而且授油压轴端面与加工件表面存在间隙，会出现冷却液从端面缝隙泄露现象，授油压轴52面向加工件的一端面设有压力传感器，并将压力传感器设置在密封垫的外圆周处，以避免位于密封垫内圆周处的水流压力对压力传感器造成误操作，且压力传感器凸出授油压轴52端面的距离小于密封垫凸出授油压轴52端面的距离；当授油压轴52抵接在加工件表面，压力传感器的压力值达到第一设定范围内时，授油器组件5继续跟随钻杆21移动，而当压力值达到第二设定范围内时，第二通路关闭，第一通路开启，以对钻头22加工产生的碎屑进行排出。需要说明的是第二设定范围的大于第一设定范围，当授油压轴与加工件表面完全接触时，压力传感器的压力值达到第二设定范围，否则，压力值在第一设定范围。

本发明还提供了一种应用深孔加工装置100的深孔加工方法，包括以下步骤：

启动旋转组件3，以带动钻杆21转动，此时第一通路与第二通路均不进油；

启动线性驱动组件4，驱动旋转组件3以带动钻杆21沿轴向移动，同时授油器组件5在距离调节组件7的作用下同步开始移动，此时第二通路开启，而第一通路关闭；

当授油压轴52抵接在加工孔的端面时，线性驱动组件4继续驱动钻杆21移动，而距离调节器组件停止动作，此时第一通路开启，而第二通路关闭；

授油主体51内的液体经第一通路进入孔壁与钻杆21的缝隙内，并通过多个螺旋导流槽231快速进入钻头22的第一排屑孔221，依次经过导流孔233和第二排屑孔211后从主轴箱33内切割主轴的第三排屑孔排出。

如图14所示，本发明还提供了一种深孔钻床，包括深孔加工装置100；以及用于驱动深孔加工装置100在垂直方向移动的立柱组件200；以及设置在深孔加工装置100所在加工端的工作台组件300。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。