一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统技术方案

本实用新型专利技术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，本实用新型专利技术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。

An Intelligent Drill Pipe System for Deep Hole Machining with Radial Tilting Pads

The utility model belongs to the field of advanced deep hole processing technology. In order to improve drill pipe vibration, improve drill pipe rotation accuracy and reduce temperature rise, the utility model provides a deep hole processing intelligent drill pipe system with a radial tilting tile block, which includes a drill pipe, an oil transporter connected with the drill pipe, a deep hole cutter installed at the end of the drill pipe, a drill pipe near the end of the deep hole cutter and a processed workpiece. There is a continuous variable clearance between the hole walls for the flow of cutting fluid, and the flowing cutting fluid in the continuous variable clearance forms an oil film pressure for clamping the drill pipe. The drill pipe system can adjust the tilting angle of tilting pad by controlling computer, so that the working state of radial tilting pad drill pipe can be adjusted in real time, and the purpose of real-time controlling the working state of drill pipe can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统
本技术属于先进深孔加工
，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。
技术介绍
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，本技术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。
技术实现思路
本技术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。本技术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。控制计算机的输入端外接有检测回路，控制回路包括竖直振动传感器、水平振动传感器、流量计和压力计，竖直振动传感器和水平振动传感器在钻杆的周向成90°相对安装；流量计和压力计连接安装于输油器的进油口处。支撑关节为杆状，杆状支撑关节插入套接于空心螺杆套筒内并能相对空心螺杆套筒运动，杆状支撑关节的接触支撑端头为球形状。所述可倾瓦块绕钻杆周向均布设有四块。即该钻杆包括角度可调节的可倾瓦块、检测回路、控制系统、执行组件及BTA钻头组成；其中径向可倾瓦块智能钻杆系统由角度可调的径向可倾瓦块、支撑组件和钻杆组成；在检测回路中，高精度压力传感器安装在角度可调节的可倾瓦块附近，其输出端与控制计算机连接；控制系统包括控制计算机、压电陶瓷控制电源、形状记忆合金控制组件及开关选择电路组件；执行组件由支撑关节、压电陶瓷、垫铁、形状记忆合金和空心螺杆套筒组成。该钻杆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。相对于现有技术本技术具有如下效果：1）采用的径向可倾瓦块钻杆结构可以有效的降低振动和温度，应用于较广阔的工作状况下；2）本技术的可倾瓦块智能钻杆的工作状态可以通过控制系统执行组件的伸缩来实现可倾瓦块与已加工孔壁之间的楔形间隙；3）本技术在可倾瓦块上安装有高精度振动传感器，可对钻杆的工作状态进行实施监测，若达不到工作要求对其工作状态进行相应的调整。4）智能钻杆具有负反馈，可根据工作条件的改变改变瓦块倾角，进而调整瓦块与已加工孔壁之间的间隙，从而减小振动及温升，改善钻杆的旋转精度及稳定性。附图说明图1为可倾瓦块结构示意图；图2为各零件连接示意图；图3为深孔加工智能钻杆系统示意图；图中：可倾瓦块1、钻杆2、工件孔3、支撑关节4、压电陶瓷5、垫铁6、形状记忆合金7、空心螺杆套筒8、开关选择电路组件9、竖直振动传感器10、水平振动传感器11、控制计算机12、形状记忆合金控制系统13、压电陶瓷控制电源14、深孔刀具15、密封圈16、轴承17、输油器18、流量计19、压力计20。具体实施方式结合附图，对本技术的具体实施方式作进一步说明：如图3所示的带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，包括角度可调节的径向可倾瓦块、执行组件、检测系统、控制系统及BTA深孔刀具；所述角度可调节的径向可倾瓦块1，共4组，每组瓦块通过均布于其上的三个执行组件，实现可倾角度调节。加工过程中钻杆2在工件孔3内部，钻杆2与工件孔3之间均匀设置有四组径向角度可调节的可倾瓦块1；钻杆2上对应每个径向可调节的可倾瓦块1的内部，均匀有三个支撑孔，每个支撑孔内对应安装有执行组件。所述的执行组件从上到下依次安有支撑关节4，压电陶瓷5、垫铁6、形状记忆合金7和空心螺杆套筒8。所述执行组件由所述支撑关节4正对径向可调的可倾瓦块1的内部。所述的开关选择电路组件9，其连接线路埋藏在钻杆2内壁，沿着钻杆2轴向从内壁引出。所述形状记忆合金控制系统13的输出端通过开关选择电路组件9连接形状记忆合金7；所述压电陶瓷控制电源14的输出端通过开关选择电路组件9连接压电陶瓷5。空心螺杆套筒8的外周与所述支撑孔螺纹连接；所述的压力计19和节流计20共同控制输油器18的输入压力。所述检测回路包括竖直振动传感器和水平振动传感器，且呈90度安装在钻杆径向及轴向方向同处于同一圆周平面内。所述控制系统包括计算机12、记忆合金控制系统13、压电陶瓷控制电源14和开关选择电路组件9。所述刀具为BTA刀具等。竖直振动传感器10和水平振动传感器11的输出端连接控制计算机12的输入端；控制计算机12的输出端连接形状记忆合金控制系统13和压电陶瓷控制电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，包括钻杆（2）、与钻杆（2）连接的输油器（18）以及安装于钻杆（2）端头的深孔刀具（15），其特征在于：靠近深孔刀具（15）端的钻杆（2）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（2）的动油膜压力。

【技术特征摘要】
1.一种带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，包括钻杆（2）、与钻杆（2）连接的输油器（18）以及安装于钻杆（2）端头的深孔刀具（15），其特征在于：靠近深孔刀具（15）端的钻杆（2）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（2）的动油膜压力。2.根据权利要求1所述的带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，其特征在于：所述连续变间隙为楔形间隙，是由沿径向均布安装于钻杆（2）与工件孔（3）之间的若干可倾瓦块（1）形成；可倾瓦块（1）呈瓦片状，从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。3.根据权利要求2所述的带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，其特征在于：所述可倾瓦块（1）的径向角度可调节，钻杆（2）上对应每个可倾瓦块（1）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（1）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（8），空心螺杆套筒（8）内安装有支撑关节（4），支撑关节（4）能在空心螺杆套筒（8）沿径向运动正对接触支撑可倾瓦块（1）的内侧。4.根据权利要求3所述的带有径向可倾瓦块的深孔加工智能钻杆系统，其特征在于：所述支撑关节（4）连接有实现支撑关节（4）运动的控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振亚，沈兴全，辛志杰，苗鸿宾，董振，訾河山，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：新型
国别省市：山西,14