1.引言

　　孔心偏斜是深孔加工中難以避免的技術(shù)難題^［1］。由于各種原因，如刀桿支承偏斜、導(dǎo)向套偏斜、切削力不對稱等均會使鉆頭產(chǎn)生初始偏斜量，且這一偏斜量將隨著鉆孔深度的增加而不斷增大，最終導(dǎo)致鉆頭的鉆進(jìn)方向越來越偏離工件旋轉(zhuǎn)軸線，嚴(yán)重時會使鉆頭從被加工零件的側(cè)壁鉆出，造成加工事故。雖然目前已有不少用于深孔加工的糾偏措施^［2,3］，但應(yīng)用較多的方法還是在鉆削完成后根據(jù)偏斜量的大小，以孔心線為基準(zhǔn)重新車削工件外圓，以達(dá)到糾偏的目的。但這種糾偏方法的使用范圍有限，且不能從根本上消除偏斜擴(kuò)大現(xiàn)象。
　　試驗研究和加工實踐表明，振動鉆削是一種可顯著提高深孔加工質(zhì)量的新型工藝方法^［4］。振動鉆削與普通鉆削的區(qū)別在于鉆削過程中通過振動裝置使鉆頭與工件之間產(chǎn)生可控的相對振動，從而改變鉆削機(jī)理，提高鉆削質(zhì)量。振動鉆削可使孔心偏斜現(xiàn)象明顯改善，不少文獻(xiàn)對其作用機(jī)理進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)［5］認(rèn)為，鉆頭高頻振動的“靜止化效果”和“剛性化效果”的綜合作用可有效抑制鉆孔偏斜，從而提高鉆孔的直線度。但由于在低頻區(qū)間振動的鉆頭的“靜止化效果”和“剛性化效果”很弱，因此上述理論具有一定局限性。本文在文獻(xiàn)［6］的研究成果基礎(chǔ)上，考慮到振動鉆削的脈沖切削特性，探討了振動鉆削減小孔心偏斜的內(nèi)在機(jī)理，并通過振動鉆削試驗對理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行了驗證。

2.鉆削加工孔心偏斜的機(jī)理分析

　　(1)普通鉆削的孔心偏斜量
　　在圖1所示的深孔加工系統(tǒng)中，鉆頭的初始偏斜量對孔心偏斜起著重要作用，由于初始偏斜量的存在，鉆頭軸線相對于工件旋轉(zhuǎn)軸線產(chǎn)生偏斜，且偏斜量隨著鉆削深度的增加而逐漸擴(kuò)大，鉆頭軸線軌跡也越來越遠(yuǎn)離理論鉆削軸線。通過對鉆削過程進(jìn)行簡化，建立鉆削入鉆階段力學(xué)模型如圖2所示。

圖1　普通鉆削孔心偏斜示意圖

圖2　鉆削入鉆階段力學(xué)模型

　　設(shè)鉆削時的軸向力為p，徑向力為R，在這兩種力的作用下，鉆尖從鉆頭的中心偏移到位移量為q的一點(diǎn)，并在該點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。由此可得到鉆頭偏斜的微分方程為

式中　E——鉆桿材料的彈性模量
　　　I——鉆桿的截面慣性矩
設(shè)，整理式(1)得

由邊界條件x＝0，y＝0及x＝L，y＝－q可求得式(2)的解為

對式(3)兩邊求導(dǎo)得

　　由圖2可知，影響孔心偏斜的是徑向力R，將邊界條件代入式(4)，則有，將R值代回式(4)得

當(dāng)x＝L時，鉆頭入鉆自由端的偏斜角為