嵌銀絲包覆藥柱盲孔自動(dòng)安全加工及檢測(cè)技術(shù)①

劉 洋，張 渝，周岳松，李 剛，錢裕祥，王鴻宇

(上海航天化工應(yīng)用研究所，湖州 313002)

0 引言

包覆藥柱是某些型號(hào)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件之一，主要由含能固體推進(jìn)劑和高分子彈性體材料組成，為提高燃速，典型的自由填裝式包覆藥柱結(jié)構(gòu)通常采用端面燃燒的周向均布銀絲的形式，并在藥柱端面沿銀絲方向縱向鉆一定直徑和深度的盲孔。在手工作業(yè)模式下，整形后的尺寸精度及形狀位置精度等級(jí)低，而且由于靜電、摩擦等因素，易引發(fā)爆燃。因此，采用遠(yuǎn)控隔離自動(dòng)化整形，可有效確保加工精度、整形質(zhì)量以及人員安全。

唐維等、吳松等在數(shù)控臥式車床上對(duì)含能材料進(jìn)行超聲振動(dòng)切削試驗(yàn)，與傳統(tǒng)切削對(duì)比，該方法表面質(zhì)量更優(yōu)，但切削溫度高于傳統(tǒng)切削。謝鳳英等采用正交切削裝置和顯微攝像裝置等，分析了炸藥模擬材料的切削過程中切削深度、切削寬度、切削速度對(duì)切削力響應(yīng)規(guī)律以及邊緣崩塊特征及其形成機(jī)理，此方法對(duì)于提高含能材料整形后邊緣及表面質(zhì)量具有指導(dǎo)意義。馬新寬等研制出防爆、遠(yuǎn)距離數(shù)控銑削整形裝置，提出切削線速度恒定、斷屑、小功率的銑削方式，解決大型發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱整形內(nèi)形面同心難題。張渝等針對(duì)小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)包覆藥柱切削和鉆孔，研制了一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)無損夾持定位、車刀切割與端面整形、視覺定位、打孔、清屑和檢測(cè)等多種功能的自動(dòng)化整形藥柱整形復(fù)合加工系統(tǒng)。MAHALLE Rohit K等采用立式數(shù)控車銑中心對(duì)固體推進(jìn)劑進(jìn)行遠(yuǎn)程加工，基于切削速度、進(jìn)給量等加工參數(shù)，分析切削深度對(duì)推進(jìn)劑顆粒表面的影響。綜上，含能材料自動(dòng)化整形相比于傳統(tǒng)人工作業(yè)可有效提高整形后表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率，并可實(shí)現(xiàn)整形后質(zhì)量檢測(cè)及溫度監(jiān)測(cè)，通過合理選擇安全工藝參數(shù)，可有效保障加工安全性。

本文針對(duì)嵌銀絲包覆藥柱盲孔成型過程中存在的質(zhì)量和安全問題，研制了可遠(yuǎn)控隔離的包覆藥柱盲孔自動(dòng)安全加工及檢測(cè)裝置，利用視覺識(shí)別技術(shù)、吹吸原理、傳感技術(shù)等，將盲孔精確定位、多余物高效清理、溫度監(jiān)測(cè)、成型質(zhì)量檢測(cè)等功能集成于一體，并基于溫度控制優(yōu)化了安全加工工藝參數(shù)，為固體推進(jìn)劑整形技術(shù)的發(fā)展提供參考和思路。

1 嵌銀絲包覆藥柱盲孔自動(dòng)加工難點(diǎn)

典型的嵌銀絲包覆藥柱主要由固體推進(jìn)劑、包覆套和銀絲組成，如圖1所示。包覆藥柱對(duì)盲孔加工質(zhì)量和安全要求為：藥柱孔深、孔徑滿足技術(shù)要求，盲孔成型后銀絲不得偏離盲孔底部，孔內(nèi)及根部無殘藥，為保證整形過程安全性，鉆孔過程中溫度不得超過50 ℃。

圖1 藥柱結(jié)構(gòu)示意圖

盲孔加工手工作業(yè)流程是首先采用搖鉆式打孔機(jī)以銀絲為中心點(diǎn)打6個(gè)盲孔。然后，對(duì)盲孔內(nèi)的藥屑等多余物采用毛刷清理，并用手電筒進(jìn)行目視檢查。包覆藥柱手工加工存在固有風(fēng)險(xiǎn)，Ⅰ級(jí)危險(xiǎn)點(diǎn)作業(yè)工房必須定員定量，每發(fā)藥柱盲孔加工過程至少需要30 min，生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)量受限。

自動(dòng)化加工裝置研制的技術(shù)難點(diǎn)如下：

(1)銀絲精確識(shí)別與定位

在藥柱定長切割后，端面形成6個(gè)銀絲斷面，銀絲極細(xì)，定位難度大。在自動(dòng)化設(shè)備上銀絲精準(zhǔn)識(shí)別定位直接影響銀絲對(duì)位鉆孔精度。

(2)多余物清理及檢測(cè)

包覆藥柱整形過程產(chǎn)生的藥屑具備質(zhì)量輕、有一定粘扯性、腐蝕性強(qiáng)、易燃等特性，盲孔內(nèi)若殘留多余物會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。目前，盲孔多余物清理通常采用豬鬃或?qū)щ娔猃埖炔馁|(zhì)的毛刷，由于毛刷強(qiáng)度低，易變形損耗，無法保證清理狀態(tài)的一致性，且在一定程度上會(huì)磨損盲孔內(nèi)壁并導(dǎo)致藥屑?xì)埩?，在毛刷拔出過程會(huì)一定程度上導(dǎo)致藥屑飛濺，造成環(huán)境腐蝕并存在安全隱患。

(3)加工過程的溫度控制

控制盲孔加工溫度是保證加工本質(zhì)安全度的前提，影響包覆藥柱整形溫度的加工參數(shù)主要是鉆頭進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速。由于6個(gè)盲孔加工時(shí)間較長，若加工參數(shù)選擇不合理，會(huì)直接影響加工節(jié)拍，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。

2 包覆藥柱盲孔自動(dòng)安全加工及檢測(cè)裝置

包覆藥柱盲孔自動(dòng)加工及檢測(cè)裝置主要由鉆頭、藥屑清理組件、孔深測(cè)量組件、盲孔檢測(cè)組件、銀絲識(shí)別相機(jī)、溫度傳感器等組成，如圖2所示。包覆藥柱盲孔自動(dòng)加工裝置由三自由度機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)，藥柱夾持單元采用空心主軸三爪卡盤對(duì)藥柱進(jìn)行夾緊定位。動(dòng)力均采用經(jīng)過隔爆處理的伺服電機(jī)進(jìn)行精密驅(qū)動(dòng)，裝置整體防靜電接地，根據(jù)加工環(huán)境的防腐要求，各部件均做了相應(yīng)的防護(hù)處理。

圖2 包覆藥柱盲孔自動(dòng)加工及檢測(cè)裝置

2.1 銀絲識(shí)別及自動(dòng)定位鉆孔

對(duì)于嵌銀絲包覆藥柱盲孔自動(dòng)化成型，銀絲位置數(shù)據(jù)是保證盲孔成型位置精確度的前提，直接影響到包覆藥柱的整形質(zhì)量及產(chǎn)品性能。采用機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)，通過包覆藥柱端面銀絲圖像識(shí)別軟硬件設(shè)計(jì)，應(yīng)用數(shù)字化圖像處理技術(shù)完成銀絲位置的精確識(shí)別，并通過控制系統(tǒng)對(duì)三自由度機(jī)械臂的精確控制，能夠?qū)崿F(xiàn)盲孔加工所需的精確定位，具體過程包括相機(jī)標(biāo)定、銀絲位置識(shí)別、視覺引導(dǎo)、偏差補(bǔ)償。

(1)相機(jī)標(biāo)定。工業(yè)相機(jī)安裝在固定位置，在加工使用前完成相機(jī)安裝位置與工件主軸關(guān)系的精確位置測(cè)量與標(biāo)定，通過標(biāo)定可以得到工業(yè)相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)數(shù)值，包括焦距比、成像面中心、成像面變形角度、徑向畸變系數(shù)、切向畸變系數(shù)、薄棱鏡畸變系數(shù)等。采用張正友標(biāo)定法，對(duì)原始采集圖像進(jìn)行畸變校正，得到精確測(cè)量數(shù)據(jù)。

(2)銀絲位置識(shí)別。采用500萬像素的CCD黑白工業(yè)相機(jī)，對(duì)藥柱端面圖像進(jìn)行采集，通過環(huán)形藍(lán)色光源增強(qiáng)圖像對(duì)比度，通過數(shù)字化圖像處理，獲取基于相機(jī)參數(shù)框架下的端面銀絲圖形化數(shù)據(jù)。采集多個(gè)產(chǎn)品的端面特征，標(biāo)注出目標(biāo)特征在圖像上的位置，未處理圖和銀絲識(shí)別圖如圖3所示。

圖3 未處理圖與銀絲識(shí)別圖

(3)視覺引導(dǎo)。通過計(jì)算將圖片中銀絲位置的像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系，獲取銀絲絕對(duì)位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，PLC指令根據(jù)位置數(shù)據(jù)引導(dǎo)三自由度機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)鉆頭銀絲對(duì)位鉆孔。

(4)偏差補(bǔ)償。在銀絲識(shí)別和定位過程中會(huì)存在銀絲識(shí)別誤差、機(jī)械結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置誤差、運(yùn)動(dòng)誤差等。當(dāng)在標(biāo)定試驗(yàn)件上鉆孔存在偏差時(shí)，在操作面板上通過PLC對(duì)銀絲位置進(jìn)行補(bǔ)償修正，可有效減少偏差量。銀絲識(shí)別補(bǔ)償界面如圖4所示。

包覆藥柱自動(dòng)安全加工裝置可保證鉆孔加工的精確定位精度不大于0.25 mm，實(shí)現(xiàn)鉆孔時(shí)鉆頭機(jī)構(gòu)根據(jù)銀絲位置進(jìn)行精確定位。

圖4 銀絲識(shí)別補(bǔ)償界面

2.2 孔內(nèi)多余物自動(dòng)清理及檢測(cè)

2.2.1 盲孔內(nèi)多余物清理

采用壓縮空氣對(duì)盲孔內(nèi)多余物進(jìn)行清理，相比于毛刷清理的優(yōu)勢(shì)在于吹凈效率高、清潔程度高，且可避免清理組件對(duì)孔壁的破壞。僅采用壓縮空氣進(jìn)行藥屑清理，存在藥屑飛濺導(dǎo)致的二次污染問題。因此，在壓縮空氣吹掃的基礎(chǔ)上，結(jié)合負(fù)壓原理，形成吹吸功能一體的多余物清理組件。多余物清理組件主要由吹管、氣力輸送器、負(fù)壓接頭、吹管接頭組成，結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 多余物清理組件結(jié)構(gòu)圖

藥屑清理組件氣流分為兩路：一路氣體通向深入盲孔底部的吹管，利用高壓氣流的卷吸作用和附壁效應(yīng)，吹掃盲孔內(nèi)沉積在底部或吸附在孔壁上的殘屑；另一路氣體通過氣力輸送器的高壓氣流輸入口，使內(nèi)部產(chǎn)生真空抽吸作用，將吹管外壁和盲孔內(nèi)壁之間的排氣通道中多余物徹底送到防爆負(fù)壓收集設(shè)備中。

以包覆藥柱為試驗(yàn)對(duì)象，在藥柱試件上按工藝要求加工深25 mm，直徑8 mm的盲孔，在不同吹管內(nèi)徑(1、1.5、2 mm)和不同排氣通道尺寸(0.8、1.2、1.6 mm)下，采用不同壓力壓縮空氣(0.2、0.4、0.6 MPa)、不同吹氣時(shí)間(1、3、5 s)對(duì)加工后盲孔進(jìn)行吹氣處理，觀察盲孔內(nèi)部清潔情況，清潔等級(jí)按表1進(jìn)行定義。

表1 盲孔潔凈等級(jí)

選擇排氣通道寬度(mm)、吹管內(nèi)徑(mm)、壓縮空氣壓力(MPa)、吹氣時(shí)間(s)，本試驗(yàn)為4因素3水平，選用L9(34)正交表安排實(shí)驗(yàn)。正交試驗(yàn)結(jié)果在表2中列出。

表2 正交試驗(yàn)表

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，壓縮空氣吹凈盲孔主要利用氣流的卷吸和附壁效應(yīng)，排氣通道寬度越小，吹凈效率越理想，吹管內(nèi)徑與壓縮空氣壓力主要影響氣流速度，吹管內(nèi)徑和壓縮空氣壓力越大，氣流速度越大，當(dāng)氣流速度達(dá)到一定值時(shí)，其效率變得不明顯，而吹氣時(shí)間影響最小，表明盲孔內(nèi)多余物是瞬間被吹出。因此，在設(shè)計(jì)參數(shù)上，吹管內(nèi)徑選擇1.5 mm，壓縮空氣壓力選擇0.4 MPa，排屑通道選擇1 mm，吹氣時(shí)間≥1 s。采用藥屑清理組件清理孔內(nèi)殘留多余物，清理效率和效果遠(yuǎn)高于人工清理。

2.2.2 盲孔內(nèi)多余物檢測(cè)及評(píng)判

由于鉆削后的藥屑具有一定粘度，當(dāng)盲孔較深時(shí)，鉆孔后盲孔內(nèi)容易留存藥屑?xì)堅(jiān)８蓛魞?nèi)孔和含多余物內(nèi)孔對(duì)比如圖6所示。

(a)Clean inner hole (b)Inner hole with existence

在盲孔清理后，通過機(jī)器視覺技術(shù)代替人工目視對(duì)盲孔內(nèi)多余物識(shí)別。盲孔檢測(cè)組件采用同軸光遠(yuǎn)心相機(jī)獲取圖像，通過感興趣區(qū)域提取、均方差計(jì)算、閉運(yùn)算算法對(duì)采集的盲孔圖像進(jìn)行處理，圖像處理過程如圖7所示。圖7中，(a)為含藥屑圖像；(b)為二值化圖像；(c)為感興趣區(qū)域圖像；(d)為均方差圖像；(e)為閉運(yùn)算-形態(tài)膨脹學(xué)圖像；(f)閉運(yùn)算-形態(tài)腐蝕學(xué)圖像。

(a)Image of drug existence (b)Binary processing (c)ROI extraction

(d)Mean square error (e) Morphological dilation (f)Morphological corrosion

通過比對(duì)處理后的圖像與合格盲孔標(biāo)準(zhǔn)圖像，對(duì)盲孔內(nèi)的藥屑、斷頭銀絲等多余物做出識(shí)別，并對(duì)盲孔清理質(zhì)量合格與否作出有效判別。對(duì)于盲孔內(nèi)部狀態(tài)可從圖片信息中通過三種判據(jù)方法綜合判斷是否存在多余物。三種判據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模板圖像如圖8所示。

判據(jù)1：沿感興趣區(qū)域輪廓最小外接矩形對(duì)二值化圖像進(jìn)行裁剪，將有圖像尺寸與標(biāo)準(zhǔn)圖像模板處理后尺寸進(jìn)行對(duì)比。

判據(jù)2：計(jì)算有多余物孔底圖像亮區(qū)域占整個(gè)圖像比重，將其與標(biāo)準(zhǔn)模板中亮區(qū)域所占比重進(jìn)行對(duì)比。

判據(jù)3：將有多余物圖像亮區(qū)域內(nèi)最大內(nèi)切圓尺寸與標(biāo)準(zhǔn)模板內(nèi)亮區(qū)域最大內(nèi)切圓尺寸進(jìn)行對(duì)比。

(a)Criterion 1 (b)Criterion 2

(c)Criterion 3 (d)Standard template

根據(jù)以上三種判斷依據(jù)，按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)孔進(jìn)行質(zhì)量評(píng)分和質(zhì)量判定，質(zhì)量判別標(biāo)準(zhǔn)公式：

(1)

式中為多余物評(píng)判總分值；為處理圖像素總數(shù)量；為標(biāo)準(zhǔn)模板圖像素總數(shù)量；為處理圖亮區(qū)占比；為標(biāo)準(zhǔn)模板亮區(qū)占比；為處理圖最大內(nèi)切圓直徑；為標(biāo)準(zhǔn)模板最大內(nèi)切圓直徑。

根據(jù)該評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，通過多次測(cè)試得到分值小于80分即為孔內(nèi)有多余物，判定為不合格，系統(tǒng)可根據(jù)分值情況，對(duì)盲孔清理質(zhì)量合格與否做出判別，該評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)盲孔清理質(zhì)量判別具有較好的適用性。

2.3 孔深自動(dòng)測(cè)量

孔深測(cè)量組件采用磁滯尺伸縮位移傳感器，磁滯伸縮位移傳感器具有裝置小巧、測(cè)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)，精度能達(dá)到10 μm以內(nèi)，遠(yuǎn)比人工利用游標(biāo)卡尺檢測(cè)精度高、一致性好。磁滯尺伸縮位移傳感器分別測(cè)量藥柱端面和盲孔底部絕對(duì)位置，通過差值計(jì)算可準(zhǔn)確獲得盲孔深度數(shù)據(jù)，可有效避免因盲孔底面為錐面而導(dǎo)致激光紅外等非接觸式測(cè)距方法產(chǎn)生的深度不一致性問題。

2.4 鉆孔溫度感知

由于鉆孔過程中鉆頭伸入盲孔中，難以直接測(cè)量盲孔內(nèi)溫度，因此采用紅外溫度傳感器在鉆頭退出后對(duì)鉆頭測(cè)溫。紅外溫度傳感器放置在靠近鉆頭的位置，使鉆頭發(fā)熱表面盡可能覆蓋傳感器檢測(cè)區(qū)域，盡量減少其他熱源干擾。在藥柱鉆孔仿真分析時(shí)，結(jié)合已有的現(xiàn)場實(shí)際加工情況，選擇合適的安全加工參數(shù)。

3 鉆孔溫度場仿真及試驗(yàn)

3.1 鉆削溫度影響因素分析

包覆藥柱鉆削過程中，鉆削熱量主要來自鉆削層剪切變形熱、刀具底層與藥柱摩擦擠壓變形熱以及刀具與已加工表面的摩擦擠壓變形熱。因此，可采用熱源疊加法分析鉆削溫度的影響因素。

切削層剪切變形熱會(huì)在剪切區(qū)形成溫度場，其剪切熱源功率為

=

(2)

鉆削刀具底層刀面會(huì)受到包覆藥柱的擠壓和摩擦，形成接觸區(qū)溫度場，其摩擦熱源功率為

=

(3)

鉆削刀具后刀面與已加工表面發(fā)生摩擦，其摩擦熱源功率為

=

(4)

式中、和分別為鉆削剪切力、前刀面摩擦力和后刀面摩擦力；、和分別為刀具剪切速度、切削滑移速度和切削速度。

根據(jù)切削過程中能量守恒，可得到包覆藥柱工件加工處某點(diǎn)(,,)的溫度為

(5)

式中和為包覆藥柱某點(diǎn)(,,)的切削起始時(shí)間；為與邊界感知溫度、鉆削質(zhì)量、切削點(diǎn)坐標(biāo)、切削深度、溫度感知位置等相關(guān)的比例系數(shù)；為邊界感知溫度值。

由于實(shí)際加工中受到外界環(huán)境、溫濕度及藥柱鉆屑等影響，鉆頭溫度的難以通過直接計(jì)算的方式得到，但通過對(duì)上述切削熱機(jī)理的分析可知，影響鉆削溫度的影響因素主要為藥柱材料、鉆削進(jìn)給速度、鉆頭轉(zhuǎn)速和環(huán)境溫度。

3.2 盲孔加工溫度仿真分析

使用有限元軟件Deform 3D對(duì)鉆削過程進(jìn)行仿真，模擬工件-鉆頭溫度場變化情況。結(jié)合手工作業(yè)下多批次車藥工藝參數(shù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速200 r/min，進(jìn)給速度100 mm/min，選用規(guī)格8 mm四刃WC硬質(zhì)合金鉆頭，鉆孔深度30 mm，環(huán)境溫度設(shè)定為20 ℃，藥柱材料參數(shù)：密度1.8 g/cm，彈性模量7.5 MPa、泊松比0.31、比熱容1480 J/(kg·℃)，導(dǎo)熱系數(shù)0.15。

選用適合于鉆削并且能反應(yīng)材料溫升特性的Johnson-Cook模型。表達(dá)式如下：

(6)

式中為應(yīng)變；為參考應(yīng)變；為室溫；為熔點(diǎn)；、、、和是與材料有關(guān)的常數(shù)。

在該組參數(shù)下，工件在不同加工深度時(shí)的溫度場分布情況仿真結(jié)果如圖9所示。

(a)Bit temperature field (b)Feed depth 0 mm (c)Feed depth 10 mm (d)Feed depth 20 mm (e)Feed depth 30 mm

從鉆孔不同進(jìn)深的工件溫度場變化可以看出，在20 ℃增加至40.1 ℃過程中的不同階段，當(dāng)進(jìn)給深度為30 mm，溫度達(dá)到最高(40.1 ℃)。通過軟件仿真分析可獲得切削參數(shù)與溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

在環(huán)境溫度為20 ℃、進(jìn)給速度為100 mm/min條件下，選定轉(zhuǎn)速范圍100～190 mm/min，對(duì)比仿真和試驗(yàn)得到的最高溫度，每組參數(shù)下試驗(yàn)次數(shù)=6，取平均值。測(cè)量結(jié)果和仿真結(jié)果對(duì)比見表3。

表3 測(cè)量結(jié)果和仿真結(jié)果對(duì)比

如表3所示，仿真結(jié)果比實(shí)際測(cè)量結(jié)果稍大，誤差范圍為0～0.4 ℃。這是由于實(shí)際測(cè)量時(shí)的最高溫度受多種不確定因素影響和測(cè)量存在一定的誤差而造成的結(jié)果。與此同時(shí)，也驗(yàn)證了模擬仿真的結(jié)果是可靠的，可用于工藝參數(shù)的指導(dǎo)。

3.3 盲孔加工溫度工藝驗(yàn)證試驗(yàn)

通過對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行工藝試驗(yàn)，優(yōu)選四刃高速鋼麻花鉆，橫刃長約1.5 mm，橫刃相對(duì)較大，相對(duì)于尖角鉆頭，在盲孔加工過程中，增加了銀絲被切斷的概率。同樣規(guī)格的鉆頭，橫截面越小，跑屑空間就越大，更利于排屑。

工藝驗(yàn)證試驗(yàn)以包覆藥柱剝離段為對(duì)象，在規(guī)格為8 mm的鉆頭不同轉(zhuǎn)速(100、150、200 r/min)、軸向進(jìn)給速度(50、100 mm/min)、鉆孔深度30 mm的條件下，利用紅外溫度傳感器測(cè)量并記錄鉆頭起始溫度以及鉆頭退出時(shí)的測(cè)量溫度，并計(jì)算溫升。在鉆削過程中，采用壓縮空氣吹拂鉆頭，及時(shí)去除纏繞在鉆頭上的藥屑。試驗(yàn)情況見表4。

如表4可見，在進(jìn)給速度不變的情況下，隨著主軸轉(zhuǎn)速增大，鉆頭溫度提升的更快。主要原因是主軸轉(zhuǎn)速越大，單位時(shí)間內(nèi)刀具與待加工接觸面接觸次數(shù)越多，產(chǎn)生的熱量就越多，而加工產(chǎn)生的藥屑在鉆頭導(dǎo)屑槽中未能及時(shí)排出，熱量就會(huì)傳導(dǎo)到鉆頭上，導(dǎo)致熱量積累。在主軸轉(zhuǎn)速不變的情況下，隨著進(jìn)給速度增大，溫度提升的更慢。主要原因是進(jìn)給速度越大，鉆削厚度就越大，排出的藥屑更多，帶走的熱量就會(huì)更多。

表4 不同加工參數(shù)鉆孔溫度變化情況

金屬材料切削熱主要來自切削變形產(chǎn)生的熱量，而包覆藥柱彈性模量較低，且鉆頭直徑較小，鉆頭變形量可以忽略不計(jì)，切削熱絕大部分來源于鉆頭鉆削過程中與材料的摩擦，以及纏繞在鉆頭排屑槽上的藥屑的熱量傳導(dǎo)。總之，在鉆頭轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的工藝參數(shù)選擇上，應(yīng)盡量在保證盲孔加工質(zhì)量的同時(shí)，通過工藝試驗(yàn)，降低鉆頭轉(zhuǎn)速，增大進(jìn)給速度，選擇合適的加工參數(shù)，并可采用高壓空氣吹拂等方式，及時(shí)清理纏繞在鉆頭上的藥屑，以保證盲孔加工過程的安全性，并提高盲孔加工效率。

4 結(jié)論

包覆藥柱盲孔自動(dòng)加工裝置成功應(yīng)用于某固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的藥柱整形中，通過開展60發(fā)藥柱工藝驗(yàn)證試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)通過人工檢測(cè)復(fù)核。結(jié)果表明，60發(fā)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)件藥柱銀絲識(shí)別后鉆孔成功率達(dá)99%以上，盲孔內(nèi)目視觀察無殘留藥屑，盲孔內(nèi)多余物判別均在合格線以上，鉆孔溫度監(jiān)測(cè)，藥柱盲孔加工、清理及檢測(cè)工序從30 min/發(fā)以上，降低至8 min/發(fā)以內(nèi)，各項(xiàng)產(chǎn)品指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

(1)包覆藥柱盲孔自動(dòng)加工裝置可實(shí)現(xiàn)絲位置精準(zhǔn)識(shí)別及自動(dòng)定位鉆孔、盲孔內(nèi)多余物自動(dòng)清理及檢測(cè)、孔深檢測(cè)、鉆孔溫度感知等功能。

(2)通過相機(jī)標(biāo)定、銀絲位置識(shí)別、視覺引導(dǎo)、偏差補(bǔ)償?shù)确绞?，可滿足包覆藥柱自動(dòng)鉆孔位置精度不大于0.25 mm的要求。

(3)采用吹吸原理可高效清理盲孔內(nèi)多余物，在參數(shù)設(shè)計(jì)上排氣通道寬度對(duì)吹凈效率影響最大，其次是吹管內(nèi)徑與壓縮空氣壓力，吹氣時(shí)間只要超過一定閾值即可。通過視覺識(shí)別技術(shù)和判定算法，可對(duì)盲孔內(nèi)多余物狀態(tài)進(jìn)行有效判定，具有良好的適用性。

(4)盲孔成型過程中，合理選擇鉆頭轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度對(duì)鉆孔溫度有著重要影響。其中，鉆頭轉(zhuǎn)速對(duì)溫度影響較大，采用紅外溫度傳感器測(cè)量溫度，可有效防止溫度超過安全閾值。

(5)該套裝置的實(shí)現(xiàn)，提高了銀絲對(duì)位盲孔成型質(zhì)量、生產(chǎn)效率和本質(zhì)安全度，對(duì)提高包覆藥柱自動(dòng)化安全整形技術(shù)的發(fā)展具有一定參考價(jià)值。