[00116422]细微深孔动态非线性加工成套技术及产业化

细微深孔广泛应用于航空航天、军工生产、液压阀孔、喷油嘴和医疗器械等行业,在机械行业中占有重要地位。由于细微深孔加工通常处于封闭或半封闭的环境中,难以实时监测到刀具的加工状态及被加工孔的质量,特别是在难加工材料的曲面上钻孔,存在材料硬度高、入钻定位难、细微深孔加工排屑难,钻头易断,多孔钻削时间长等难题。针对上述问题,我司对相关行业进行了深入市场调研,分析了国内外客户需求,结合自身具有的工艺装备、控制技术和多年装备制造经验等优势,经反复论证,自筹资金立项开发了“细微深孔动态非线性加工成套技术及产业化”的项目,属计划外自选项目。 项目分析了深孔加工行业的钻头损耗、控制器、系统总成等性能指标,运用电-热-力多物理场耦合分析技术,设计及优化高速电主轴结构。研究了环模曲面细微深孔动态非线性加工工艺,,研发了钻头健康状况智能监控系统,有效保护钻床的安全与及延长钻头的寿命。研发了基于开放式架构的可重构高速高精度多通道多轴联动数控系统;开展了装备的工业数字仿真、结构设计、有限元分析,完成了高速电主轴为核心部件的数控深孔加工机床产业化推广应用,推动深孔钻数控机床设备的系列化、标准化与柔性化,提高自主装备在国际上的核心竞争力。 项目具有以下技术创造性、先进性： 1.针对大倍径深孔加工过程中存在的加工难问题,提出一种单刃中空多角度钻头设计方案,采用电-热-力多物理场耦合分析技术,通过精确计算不同应用场景下钻头的受力情况,确定钻尖、内刃后角面、导角、内刃后角面等关键结构设计参数,研制自适应高压油冷降温过滤系统,结合钻头的中空结构,解决钻杆长径比过大导致的刚性不足、易振动、排屑难影响钻孔质量的问题;进一步优化高刚度一体化电主轴结构,提升加工过程中的稳定性与抗震性。 2.提出一种环模曲面细微深孔自进化非线性加工技术,通过实时检测钻头振动等健康状态,动态调整钻头进给速度,避开共振点、削弱振动对控制精度的影响,突破深孔钻一次成型的技术难题,免去了钻孔后的抛光工艺;同时,研发主轴轴承系统预紧抑振技术,进一步提升整机性能。 3.业内首创八轴高精度深孔钻多轴联动技术,针对饲料环模、汽车轮胎模具等细分行业形成双钻头、四钻头、八钻头系列化深孔钻数控机床;提出一种可重构工业智能控制技术,研发开放式数控系统,高度集成译码算法、插补算法、加减速控制等多种控制算法,能够根据生产条件、工艺流程的变化,自动得到同族零件的最优工艺路线,攻克了深孔加工高度自动化与可定制化等技术难题,实现了体系结构功能上的突破,推动深孔钻数控机床设备的系列化、标准化。 本成果细微深孔加工技术具有抑振动、排屑快、效率高、工作安全可靠等优点,已完成双钻头、四钻头、八钻头的系列化深孔钻数控机床产品应用和批量化生产,为行业提供了系列深孔钻数控机床产品及相关技术支持。系列深孔钻数控机床的钻孔精度可达38um、钻孔光洁度Ra 0.8、钻孔偏斜度0.6/1000（mm）、钻孔速度400mm/min,具有高速、高精度、高效率的特性。此外,深孔钻数控机床具备大深径比（钻削深度与孔直径的比值≥10）的加工能力,一直是国内外厂商在深孔加工技术领域追求的技术目标。加工的孔深越大,孔径越小,技术难度越高。本技术成果批量应用在深孔钻数控机床,其孔深与孔径的比值可达100倍,有效地解决了细微深孔加工的难题。 本成果细微深孔动态非线性加工成套技术,采用高速单刃中空多角度深孔钻削技术,设计高速单刃细微深孔加工钻头以及直供油与测速一体化的高速深孔钻主轴。同时,还提出环模曲面细微深孔的深孔动态非线性加工技术,采用钻头健康状况智能监控技术,增强深孔加工过程中电主轴的稳定性,降低断钻率,提高加工精度以及光洁度。采用EtherCAT总线,遵循模块化、结构化的开放式数控系统架构,实现两通道18个进给轴控制的高速高精度多轴联动数控系统,并采用系列化组态软件、智能适配刀库、环模加工工艺专家系统,实现同族零件的最优工艺路线自动化获取。我司根据成果应用推广过程中,用户提出的工艺需求、操作方便性等方面进行优化改进,满足用户需求。 本成果推广应用过程中,我司持续创新改进,获得授权发明专利7件,实用新型专利8件;软件著作权4项;另外申请国际专利2件（欧洲发明专利、韩国发明专利）。2018年,我司携“细微深孔动态非线性加工成套技术”参加第七届中国创新创业大赛,获先进制造行业全国总决赛三等奖;广东省赛区一等奖。基于本成果,我司作为第一起草单位,编写了广东省机械工程学会牵头组织的《数控细微深孔加工装备 第1部分：精度检验》以及《数控细微深孔加工装备 第2部分：技术条件》团体标准起草,分别规定了数控细微深孔加工装备的几何精度和工作精度的要求和检验方法、数控细微深孔加工装备的制造和验收要求,为我国深孔加工技术领域提供更高的产品标准要求依据,以及验收规范的指引,推动深孔加工机床朝着高效化、精密化、高可靠、智能化、模块化的方向发展。