1.引言
孔心偏斜是深孔加工中難以避免的技術難題［1］。由於各種原因，如刀桿支承偏斜、導向套偏斜、切削力不對稱等均會使鑽頭產生初始偏斜量，且這一偏斜量將隨著鑽孔深度的增加而不斷增大，最終導致鑽頭的鑽進方向越來越偏離工件旋轉軸線，嚴重時會使鑽頭從被加工零件的側壁鑽出，造成加工事故。雖然目前已有不少用於深孔加工的糾偏措施［2,3］，但應用較多的方法還是在鑽削完成後根據偏斜量的大小，以孔心線為基準重新車削工件外圓，以達到糾偏的目的。但這種糾偏方法的使用範圍有限，且不能從根本上消除偏斜擴大現象。
試驗研究和加工實踐表明，振動鑽削是一種可顯著提高深孔加工質量的新型工藝方法［4］。振動鑽削與普通鑽削的區別在於鑽削過程中通過振動裝置使鑽頭與工件之間產生可控的相對振動，從而改變鑽削機理，提高鑽削質量。振動鑽削可使孔心偏斜現象明顯改善，不少文獻對其作用機理進行了探討。文獻［5］認為，鑽頭高頻振動的「靜止化效果」和「剛性化效果」的綜合作用可有效抑制鑽孔偏斜，從而提高鑽孔的直線度。但由於在低頻區間振動的鑽頭的「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［6］的研究成果基礎上，考慮到振動鑽削的脈衝切削特性，探討了振動鑽削減小孔心偏斜的內在機理，並通過振動鑽削試驗對理論推導結果進行了驗證。
2.鑽削加工孔心偏斜的機理分析
(1)普通鑽削的孔心偏斜量
在圖1所示的深孔加工系統中，鑽頭的初始偏斜量對孔心偏斜起著重要作用，由於初始偏斜量的存在，鑽頭軸線相對於工件旋轉軸線產生偏斜，且偏斜量隨著鑽削深度的增加而逐漸擴大，鑽頭軸線軌跡也越來越遠離理論鑽削軸線。通過對鑽削過程進行簡化，建立鑽削入鑽階段力學模型如圖2所示。
圖1 普通鑽削孔心偏斜示意圖
圖2 鑽削入鑽階段力學模型
設鑽削時的軸向力為p，徑向力為R，在這兩種力的作用下，鑽尖從鑽頭的中心偏移到位移量為q的一點，並在該點處於平衡狀態。由此可得到鑽頭偏斜的微分方程為
式中 E——鑽桿材料的彈性模量
I——鑽桿的截面慣性矩
設，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x＝L時，鑽頭入鑽自由端的偏斜角為
