1.本实用新型属于孔加工领域，具体涉及一种孔加工喷吸钻系统及其钻头。
背景技术：
2.与外表面加工相比，孔加工时，排屑比较困难。借助液体的流动可以排出铁屑。而加大液体的压差，可提高排屑效果。
3.轴承的润滑形式包括动压润滑和静压润滑。静压润滑则利用油泵供应高压液体，使轴颈与轴承孔壁分开。动压滑动轴承工作原理与静压润滑不同，其原理对于深孔加工具有启示作用。动压润滑时，轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面，由于润滑油的粘性作用，当达到足够高的相对旋转速度时，润滑油被带入轴和轴瓦配合面间的楔形间隙时，润滑油内的压力上升，形成流体动压效应。因此油膜具有承载能力。动压润滑中，轴颈与轴承孔间必须留有间隙。当轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴承孔壁下母线(或轴瓦)接触。此时，两表面间自然形成一个收敛的楔形空间。当轴开始转动时，速度较低，带入轴承间隙中的油量较少。随着转速的增加，轴颈表面的线速度加大，带入楔形空间的油量增加，这时，楔形油膜内产生动压力，使轴颈浮起，轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，摩擦系数很小，磨损少。受动压润滑原理的启发，于大国设计了“一种带有凸起的切削工具(zl201520116320.3)”等专利。
技术实现要素：
4.本发明的目的：提高加工孔和深孔的能力，保证孔的加工质量。所涉及的工序包括钻孔、扩孔、镗孔等。
5.图1是孔加工喷吸钻的基本结构示意图。从进油口5流入切削液，通常为油液，用于冷却、润滑刀具，并排除铁屑。钻头2上有几个沿圆周分布的通油孔12。在钻头2的内腔设置一根薄壁的内管9，其内壁为排屑通道。当钻头与钻杆(外管)10以螺纹连接后，内外管之间形成一个供切削液压入的环形通道，向钻头方向供油。大约2/3的切削液通过6个通油口和钻杆前端的环形间隙喷向切削刃部，然后反向流动，携带切屑穿过整个内管向后排出。另外约有1/3的切削液，在高压下，进入内管向后倾斜30度的喷射槽(月压槽)8，即月牙形喷口。以30度角喷射，促使铁屑排出。由于喷射槽的横截面为圆锥形，切削液通道由大变小，流速则由低变高，在内管形成锥形射流。由伯努利方程可知，液体能量保持守恒，当其流速增加时，其压强下降，因此喷射口处的压强变低，从而形成低压区。此低压区使得排屑通道前后的压力差加大，相当于对钻头切削部位的铁屑和切削液施加了一个抽吸力，促使切削液携带铁屑加快通过排屑通道，向外排出。
6.图2是孔加工喷吸钻基本结构截面剖视示意图。剖视示意图上所见到的主要轮廓是圆。
7.图1、图2所示基本结构具有以下缺点：第一，钻头结构不对称，作用于工件上的切削力的合力不为零，切削力的合力使工件产生变形。大多数深孔零件长径比大，刚度差，所
以实际加工出的深孔，其直线度及其它形状与位置误差较大。第二，无自动纠偏能力。当钻头因为工件材料不均匀、外界干扰等因素出现偏斜时，无法自动纠偏。第三，导向条与已加工孔壁紧密接触，其磨损、失效、都将影响加工精度。孔壁与导向条接触部位的质量缺陷可使刀具走偏。
8.图3为能形成楔形油膜的孔加工喷吸钻结构示意图，是对图1中所示基本结构的改进。图4为图3所示结构剖视示意图。由图3、图4可知，在钻头上沿圆周设置有楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间，油液流过时形成楔形油膜。相邻楔形部分之间有槽，更多液体由此流过。
9.以下介绍自定心、自纠偏的基本机理。
10.图3与图1的最大的区别是：图3中的刀具系统有3个或其它数量的楔形凸起。
11.图4中，m
‑
m视图显示：刀具系统楔形凸起与已加工深孔孔壁形成3个楔形空间。楔形凸起及与其相连的刀具系统一起相对于深孔工件旋转。切削液被拖进3个楔形空间，从大间隙处流入，其压力升高，并形成3个楔形油膜。3个楔形油膜作用于楔形凸起，犹如3爪卡盘夹紧一个工件。油膜作用力使楔形凸起及刀具系统被定位于深孔或浅孔的中心，刀具系统沿着已加工孔的轴线向前进给。利用已加工出的孔作为基准，进行导向，加工后续深孔。
12.当刀具系统受到外界干扰，偏离深孔轴线时，各处楔形油膜厚度将发生变化，厚度变小的油膜内将产生更高的压力，它对楔形部分的作用力加大，从而使楔形部分恢复原来位置，同时使油膜恢复原始厚度。上述纠偏过程，因液体特性，随时动态自动进行。
13.本发明具有以下创新点。
14.1.一种孔加工喷吸钻系统及其钻头，其特征在于，所述的喷吸钻系统的钻头与钻杆即外管连接，钻头内腔设置有内管，是铁屑排出的通道；内管、外管之间形成供切屑液流入的环形通道，向钻头方向供油；钻头上沿圆周分布有通油孔；一部分切削液通过通油孔和钻杆前端的环形间隙流向切削刃部，然后反向流动，携带切屑穿过整个内管向后排出；另外一部分切削液，经内管外表面及喷口向后倾斜喷射；在钻头上沿圆周设置有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间，油液流过时形成楔形油膜；楔形凸起及与之相连的刀具系统相对于工件旋转；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；钻杆安装于钻杆连接器，钻杆连接器上有进油口，切削液从孔流入；钻头长度大于现有的对应的喷吸钻的钻头。
15.2.一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于，所述的钻头与钻杆即外管连接，钻头内腔设置有内管，是铁屑排出的通道；内管、外管之间形成供切削液流入的环形通道，向钻头方向供油；钻头上沿圆周分布有通油孔；一部分切削液通过通油孔和钻杆前端的环形间隙流向切削刃部，然后反向流动，携带切屑穿过整个内管向后排出；另外一部分切削液，经内管外表面及喷口向后倾斜喷射；在钻头上沿圆周设置有几个楔形凸起，楔形凸起与已加工深孔内壁形成楔形空间，油液流过时形成楔形油膜；楔形凸起及与之相连的刀具系统相对于工件旋转；楔形凸起的最高点与最低点以直线或曲线连接；钻头长度大于现有的对应的喷吸钻的钻头。
16.3.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：所述的钻头上沿圆周分布有3个或3个以上数量的楔形凸起，楔形凸起最大直径小于或等于被加工深孔直径，楔形凸起顶部与深孔内壁的单边间隙大于
0毫米或等于0毫米；楔形凸起与被加工孔壁形成楔形空间，当刀具系统相对于工件旋转时，液体被带入楔形空间，使液体的压力升高；液体从大间隙流入，从小间隙流出，或沿刀具系统轴线方向泄漏；一部分来自进油口的液体流过相邻楔形凸起之间的槽，流入切削部位，然后流出，流出时携带铁屑排出；所述的钻头的自定心力是可以调节的或不可以调节；自定心力可以调节时，采用电式、磁式、机械式自定心力调节装置中的一种或其组合；自定心力可以调节时，采用精密调节装置或一般调节装置；调节时楔形凸起的位置或姿态发生变化，楔形轮廓与孔内壁之间的间隙发生变化、液膜厚度发生变化、液体对楔形轮廓的作用力发生变化。
17.4.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：楔形凸起部分的楔形轮廓曲线是直线，或圆，或椭圆，或阿基米德螺旋线，或渐开线，或摆线，或双曲线，或抛物线、或概率曲线、或箕舌线、或蔓叶线、或笛卡尔叶形线、或星星线、或心形线、或对数螺线、或双曲螺线、或双纽线、或玫瑰线，或以上线的组合。
18.5.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：楔形凸起部分的楔形轮廓是曲面，将曲面方程代入雷诺方程或纳维
‑
斯托克斯方程计算液体对楔形轮廓的作用力时，积分过程能够获得解析解，或采用数值计算方法时，具有收敛性和稳定性。
19.6.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：所述的钻头的切屑刃为对称布置或不对称布置；所用的切削液为油或其它液体，经过滤网过滤、或离心力过滤，或磁性方法过滤。
20.7.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：楔形凸起或者调节垫块与定位件接触；调节定位件的位置，则楔形凸起沿圆周具有不同位置，同时，楔形凸起顶面与深孔内壁的间隙发生变化；改变调节垫块沿圆周方向的位置，则楔形凸起在空间的位置和姿态发生变化。
21.8.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：自定心力调节装置包括定位件，螺杆、支座；螺杆上有两段螺纹，分别与定位件和支座上的螺纹相配合；支座和定位件上的螺纹的导程不同，分别为l1、l2；螺杆上相配合的两段螺纹的导程分别是l1、l2，螺纹的旋转方向相同；支座固定于相邻的两个楔形凸起之间的槽内；定位件可以沿支座的限定表面移动，但其绕螺杆轴线旋转的自由度被限制；使螺杆旋转θ角，则螺杆相对于支座移动的距离是：θl1/2π；定位件相对于螺杆反向移动距离为θl2/2π；定位件相对于固定的支座移动的距离为：d＝θl1/2π
‑
θl2/2π＝(l1‑
l2)θ/2π。
22.9.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：楔形凸起与钻头是一个整体；或者，楔形凸起所在部分是独立制作的零件，有用于连接的部分，连接后成为钻头的一部分；楔形凸起的顶部的材料与热处理要求与楔形凸起主体的材料与热处理要求相同或不同；楔形凸起的顶部有涂层或硬质合金或没有涂层、硬质合金；所述的钻头用于深孔加工，或浅孔加工；用于钻孔，或扩孔，或镗孔。
23.10.根据创新点1所述的一种孔加工喷吸钻系统及其钻头、或创新点2所述的一种
孔加工喷吸钻钻头，其特征在于：楔形凸起与钻头材料相同，与钻头来源于同一个毛坯，与钻头具有一个或一个以上相同的设计基准，加工工艺基准，楔形凸起位于切削刃和钻杆之间。
24.为了说明本技术，需要进一步阐述以下内容。
25.1、轴承动压润滑原理中，轴的直径一定小于轴承内孔的直径。相关文献介绍了间隙的选择原则。此前，本发明人受此影响，认为楔形部分的最大直径必须小于所加工深孔的直径，即楔形部分与已加工深孔内壁之间必须具有间隙。现在，本发明人认为：楔形部分的最大直径可以等于所加工深孔的直径，即楔形部分与已加工深孔内壁之间的最小间隙可以很小，甚至可以等于零。这是一个突破，具有以下特点：第一，可以获得的液体的力量大。第二，自定心精度高、自纠偏效果好。第三，对于最小间隙为零的情况，该部位接近于点接触，接触线短，面积小，加之有油液，不会影响刀具系统相对于工件的相对旋转。第四，最小间隙为零时，楔形油膜内的压力很高，但不会引起爆炸。这时，液体从大间隙流入后，虽然不能沿圆周方向流出，但液体可以沿深孔轴向方向泄漏。第五，间隙为零时，可以获得很好的定位效果，当然，凸起的最高点处，由于实际接触面积小，也容易被磨损。但是，楔形轮廓的整体则不容易被磨损，其原因在于面积大，且除了楔形凸起的最高点外，其它部位有间隙。
26.2、具有楔形凸起的部分，可以单独设计、制作，然后安装到刀具系统。比如，楔形部分的左端、右端分别以螺纹与刀具其它部分相连接。
27.3、楔形凸起与钻头也可以是整体式结构。其优点是：不需要单独制造楔形部分，因此，深孔刀具系统的装配误差小，有利于提高加工精度。
28.4、带有楔形凸起的刀具可用于粗、精加工，更适用于加工精度高的深孔。对于精度要求很低的深孔，如果采用现有深孔刀具能保证精度，可仍然采用现有深孔刀具。毕竟，相比较而言，有楔形凸起的刀具，本身的价格会高一些。
29.5、在轴承动压润滑中，轴颈是圆，轴承上与轴颈相配合的部位也是圆。此前，本发明人参照这一设计方案，将楔形凸起的轮廓设计为圆弧，但是，采用这种轮廓时，计算油膜作用力难度大。在濮良贵主编的《机械设计》(第八版)明确指出，计算油膜作用力的积分十分困难。因此，在本技术中，楔形凸起的轮廓优先采用阿基米德螺旋线，其次考虑圆弧、其它曲线、直线，或者，采用这样的轮廓：将曲面方程代入雷诺方程或斯托克斯方程计算液体对楔形轮廓的作用力时，积分过程能够获得解析解，或者采用数值计算方法时，计算具有收敛性和稳定性。
30.6、多数深孔刀具在结构上是不对称的。而采用自定心、自导向、自纠偏原理后，切削刃可以对称布置。不对称刀具，如果旋转速度很高，则振动噪音大，因此，难以适应高速加工。采用对称刀具，则刀具的旋转速度可以很高，对于提高加工效率，意义重大，也利于获得更合适的切削速度，以提高加工质量。
31.7、切削液优先采用油液或其它具有一定粘度的液体，应该经过滤网过滤、或离心力过滤，或磁性方法过滤。借助离心力、磁力去除切削液的杂质。其次考虑其它切削液。
32.8、通过调节楔形凸起，可以获得所需的液体作用力，提高自定心、自纠偏效果。图5是自定心力调节示意图(即孔加工喷吸钻调节装置原理图)。使楔形凸起的端面或者调节垫块的端面与定位件接触。因此，定位件的位置决定了楔形凸起或垫块的位置。调节定位件的左右位置，则楔形凸起沿圆周具有不同位置，同时，楔形凸起顶面与深孔内壁的间隙也发生
变化。改变调节垫块沿圆周方向的位置，则楔形凸起在空间的位姿、姿态将发生变化。楔形凸起沿圆周的位置或其空间姿态发生变化，都将使油膜厚度发生变化、油膜对楔形凸起的作用力发生变化。可以调节的楔形凸起在其位置或姿态被调定后，在深孔加工开始前，利用现有技术直接被安装于刀具系统中，或者经过调节垫块被安装于刀具系统中。按图5调节时，定位件相对于固定的支座移动的距离为：d＝θl1/2π
‑
θl2/2π＝(l1‑
l2)θ/2π。当l1、l2相差很小时，d的值可以很小，因此，楔形凸起的位置或姿态的变化可以很小，即，油膜的厚度变化可以很小，油膜对楔形凸起的作用力的变化可以很小。因此可以实现对定心力的精密控制。依据上述精密调节原理，还可以获得一般调节装置，即粗略调节装置。也容易得到电、磁式调整装置，即利用电、磁，使楔形凸起的位置和姿态发生变化。
33.本发明的有益效果：
34.楔形凸起与已加工孔内壁之间的最小间隙可以很小，可以等于零，所获得的液体的力量大，自定心精度高、自纠偏效果好。最小间隙为零时，楔形油膜内的压力很高，但不会引起爆炸，液体可以沿深孔轴向方向泄漏。
35.钻头的自定心力根据需要是可以精细调节的或能保持不变。楔形凸起的位置或姿态可以精细调节，楔形轮廓与孔内壁之间的间隙、液膜厚度、液体对楔形轮廓的作用力都可精细调节。
36.当楔形凸起部分是独立制作的零件时，通过螺纹连接，能方便地将其安装于刀具系统。而楔形凸起与钻头基体是整体结构时，安装方便，刀具系统本身精度高。
37.楔形凸起的轮廓采用阿基米德螺旋线，或者其它优选的轮廓。计算液体对楔形轮廓的作用力时，积分过程能够获得解析解，或者采用数值计算方法时，计算具有收敛性和稳定性。
38.刀具系统相对旋转速度可以提高，切削液能保持清洁。
附图说明
39.图1孔加工喷吸钻基本结构示意图
40.图2孔加工喷吸钻基本结构剖视示意图
41.图3能形成楔形油膜的孔加工喷吸钻结构示意图
42.图4能形成楔形油膜的孔加工喷吸钻剖视示意图
43.图5孔加工喷吸钻调节装置原理图
44.图中：1
‑
工件，2
‑
钻头，3
‑
钻套支架，4
‑
钻套，5
‑
进油口，6
‑
钻杆连接器，7
‑
切屑及切削液出口，8
‑
月牙形喷口，9
‑
内管，10
‑
钻杆(外套)11
‑
工件中心架，12
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通油孔，13
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限定表面，14
‑
螺杆，15
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支座，16
‑
楔形空间，17
‑
楔形凸起，18
‑
槽底，19
‑
调整垫块端面，20
‑
楔形凸起端面，21
‑
定位件端面，22
‑
定位件。
具体实施方式
45.以下对本发明实施方式作进一步说明，具体实施方式不对本发明做任何限制。
46.1、楔形凸起是连接式结构或整体式结构。
47.2、液体作用力通过机械、或电、或磁的方式调节。
48.3、楔形凸起部分的楔形轮廓是圆，或阿基米德螺旋面、直线、其它曲线，或以上线
的组合。
49.4、刀片为对称布置或不对称布置；切削液为油或其它液体，经过滤网过滤、或离心力过滤，或磁性方法过滤。
50.5、楔形凸起或者调节垫块与定位件接触。
51.6、楔形凸起的顶部的材料与热处理要求与楔形凸起主体的材料与热处理要求相同或不同；楔形凸起的顶部有涂层或硬质合金或没有涂层、硬质合金；所述的钻头用于深孔加工或浅孔加工；用于钻孔，或扩孔，或镗孔。