随着制造业的迅猛发展,深孔加工技术在机械加工领域中的应用越来越广泛,同时,也面临着多品种、小批量、新型材料及愈来愈高的精度及效率要求的挑战。如何提高深孔加工质量及加工效率成为国内外研究人员关注的热点问题。然而,由于深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的,排屑不畅、油温过高、自动化程度低依然是制约深孔加工技术精密化、高效化发展的关键难题。在深孔加工过程中,排屑不畅在很大程度上影响着加工系统的稳定性,极易引发堵屑现象,导致加工过程被迫中断;油温过高影响了刀具的冷却效果,限制了刀具的切削性能,导致深孔表面质量差;自动化程度低表现在,由于深孔加工的密闭性,操作者无法对加工状态进行直接观察,只能凭借手摸钻杆、耳听噪声、眼观油压表来猜测加工状态是否正常。鉴于此,本人针对基于脉冲流体的深孔加工高效排屑技术,集成化深孔加工实时监控技术,风动式负压抽屑双油冷技术展开研究,有效的解决深孔加工排屑、油冷、智能监控的问题。主要研究内容如下:(1)基于脉冲流体的高效排屑技术研究。建立充分考虑切削液压力及其沿程损失、管壁摩擦力、其它切屑对其的阻力及自身重力等多种因素的切屑受力数学模型,研究了堵屑现象产生的边界条件。得出折屑系数过小(即切屑受力面积小),切削液流速、压力不足,断屑不彻底等是导致堵屑产生的主要原因。建立脉冲式供油切削液的非定常紊流瞬时流体模型,分析其流体特性,得出脉冲流体能够产生较高的急速射流和随时间不断发生变化的混沌流场,对于增大折屑系数,增强切削液最大流速非常有利,有助于解决堵屑问题,提高排屑效率。设计了一种脉冲式DF系统,并通过多组不同脉冲开关频率f的实验,验证了该系统具有更好的排屑效果,得出?Hzf 7.0时,切削液流体特性分布对深孔排屑最为有利。(2)集成化深孔加工实时监控技术研究。分析了深孔加工过程中的主要工况信号,确定针对油压油温信号、钻杆振动信号及排屑状态信号进行实时监控及预警。分四部分对实时监控技术研究:第一,建立了深孔加工切削液流场数学模型,得出了深孔加工钻削深度、主轴转速以及堵屑程度等因素对切削液流场入口压力的影响的关系方程式,研制了油压油温实时监控系统。第二,建立了考虑质量偏心、非线性刚度、动态钻削力及重力的钻杆振动方程,分析了转速对钻杆运动轨迹的影响。利用平行激光测振原理,研制了基于IG-28平行激光传感器的钻杆振动信号实时监测系统。第三,分析了钻杆内有无切屑两种状态下脉冲超声波声压信号差异,对基于超声波探伤机理的深孔加工排屑状态实时监控系统进行了方案设计,提出以相邻两条切屑的最大排屑时间间隔?t作为排屑状态异常的判定标准,设定预警值预警?t,实现排屑状态的监测及预警。第四,完成了对四种信号实时监测系统的集成,实现了深孔加工工况信号的实时监测及预警,提高了深孔机床的自动化程度。(3)设计了一种深孔机床风动式负压抽屑双冷却系统,主要由风动式负压抽屑部分和水循环部分以及自冷式负压抽屑箱散热部分组成。在低温压缩空气的冲击作用下,钻杆尾部形成了负压区,对切屑产生了负压抽屑效应;同时,部分切削液得到了雾化,与低温压缩空气进行热交换,完成了第一次冷却效应;自冷式负压抽屑箱内置循环冷水道,使箱体始终保持低温状态,切削液沿箱体内壁流出过程中,与箱体进行了热交换,达到第二次冷却效应。对风动式负压抽屑双冷却系统切削液的流场及温度场进行了仿真研究,得出在该系统的作用下,切削液流分布比较分散,切削液的冷却效果更好。综上所述,本文的研究成果,有效的改善了深孔加工的排屑性能,提高了深孔机床的自动化程度,增强了切削液的冷却效果,促进了深孔加工技术高效化、智能化的发展和进步。