毛明清

（西北機械技師學院，寧夏石嘴山 753000）

0 引言

深孔加工技術是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要技術，20 世紀就被廣泛應用在軍工領域，直至80 年代，深孔加工技術逐步應用在其他加工行業(yè)。隨著機械加工技術的不斷發(fā)展，各種復雜的加工零件不斷出現(xiàn)，這就對深孔加工效率、加工質(zhì)量提出了更高的要求。為促進機械加工技術的進一步發(fā)展，下面分析深孔加工技術。

1 深孔加工技術的特點

1.1 深孔加工技術的難點

深孔加工是一種在半封閉或者全封閉狀態(tài)下進行加工的技術，在加工的過程中，操作人員不能直接觀察到刀具的走刀情況，而在加工的過程中，切屑產(chǎn)生在深孔中，切屑排出較為困難，極其容易出現(xiàn)堵塞等情況。同時，深孔加工采用的鉆頭，細且長，在加工的過程中，鉆頭極其容易出現(xiàn)振動、偏斜等問題，所以深孔加工的粗糙度、垂直度時有偏差[1]。另外，鉆頭在相對封閉的環(huán)境下工作，摩擦產(chǎn)生的熱不易散出，鉆頭溫度逐漸升高，受熱效應影響，鉆頭磨損速度較快。

1.2 深孔加工的切削方式

（1）工件固定，刀具做旋轉(zhuǎn)運動、進給運動完成切削。

（2）工件轉(zhuǎn)動，刀具做持續(xù)進給運動完成切削。

（3）工件轉(zhuǎn)動，刀具做相反方向的旋轉(zhuǎn)運動，同時做進給運動完成切削。

（4）刀具固定，工件做旋轉(zhuǎn)運動、進給運動完成切削。

1.3 深孔加工的排屑方式

深孔加工排屑方式可分為內(nèi)排屑、外排屑兩種，其中內(nèi)排屑是在鉆桿外壁上注入冷卻液，切屑經(jīng)過切削區(qū)，從鉆桿中心口逐漸排出；外排屑是指從空心鉆桿注入冷卻液，切屑經(jīng)過切削區(qū)，從加工孔中以及鉆桿外壁排出切屑。目前，內(nèi)排屑方式應用更為廣泛，在實踐中呈現(xiàn)出較為良好的排屑性能，不會對深孔加工精度以及表面粗糙度造成影響[2]。

2 常用深孔加工系統(tǒng)

深孔加工技術的應用，必須要選擇合適的加工系統(tǒng)，按照排屑裝置、冷卻裝置來合理分類，目前應用較為廣泛的加工系統(tǒng)有BTA 系統(tǒng)、DF 系統(tǒng)、槍鉆系統(tǒng)和噴吸鉆系統(tǒng)等4 種，這些系統(tǒng)各有優(yōu)劣，需根據(jù)實際情況合理選擇。

2.1 槍鉆系統(tǒng)

20 世紀30 年代，槍鉆系統(tǒng)即被廣泛應用在槍械管制造中，有自動排屑功能、冷卻潤滑功能、自動導向功能，采用單切削刃的切削系統(tǒng)就被稱之為槍鉆系統(tǒng)，如圖1 所示。槍鉆系統(tǒng)中，切削液從入口進入，起到冷卻、潤滑的作用，然后可將切屑從V 形槽中帶出，該系統(tǒng)也被廣泛應用在小直徑深孔加工中。

圖1 槍鉆系統(tǒng)

2.2 2BTA 系統(tǒng)

槍鉆系統(tǒng)屬于外排屑方式，而后隨著深孔加工技術的逐步發(fā)展，內(nèi)排屑方式逐步應用在深孔加工中，內(nèi)排屑深孔加工技術誕生于槍鉆系統(tǒng)后，針對槍鉆系統(tǒng)在實踐中體現(xiàn)出的維修麻煩、鉆桿易斷等問題，從業(yè)者逐步改進加工技術，2BTA 系統(tǒng)應運而生[3]。2BTA 系統(tǒng)是利用具有一定壓力的切削液，然后將切削液注入授油器，然后切削液由鉆桿外部以及孔內(nèi)部逐步流向切削部分實現(xiàn)冷卻潤滑，并將切削產(chǎn)生的切屑從鉆桿中空內(nèi)腔帶出，而切削液經(jīng)過過濾后，仍舊能夠循環(huán)使用。

2.3 噴吸鉆系統(tǒng)

噴吸鉆系統(tǒng)屬于內(nèi)排屑深孔加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)流體力學原理，在高壓流體經(jīng)過一個狹小的通道后，在流體附近就可形成一個低壓區(qū)域，該區(qū)域能夠?qū)⒏浇牧黧w吸走。而切削液在該區(qū)域壓力的作用下，從聯(lián)結(jié)器上方的輸油口輸入，然后60%切削液進入鉆桿間的空間，從鉆頭柄部小孔逐步流向切削區(qū)域，達到冷卻、潤滑的目的。因切削液帶有一定的壓力，切削液可將切削所產(chǎn)生的切屑從鉆桿內(nèi)腔推出，其余40%切削液就可從鉆桿上的月牙狀噴嘴進入鉆桿內(nèi)部，然后在鉆桿內(nèi)部形成一個帶有一定壓力的區(qū)域，起到抽吸切屑、切削液的效果，在推出以及吸入的雙重作用下，切屑就能夠高效排出。

2.4 DF 系統(tǒng)

DF（Double Feeder，雙供油）系統(tǒng)，采用雙進油方式。該系統(tǒng)輸油器、鉆頭、鉆桿、工件和2BTA 系統(tǒng)基本相同。利用油泵輸送帶有壓力的切削液，切削液分為兩個部分輸入，其中70%進入授油器，然后經(jīng)過鉆套、孔壁、鉆桿、鉆體流至切削刃，將切屑逐步推至鉆頭后部，然后由鉆頭內(nèi)腔進入鉆桿并進入抽屑設備。其余30%切削液直接進入抽屑裝置內(nèi)部，經(jīng)逐漸變窄的間隙，形成圓錐面射流，在鉆桿末端形成負壓抽吸效果，達到加速排屑的目的。

3 高效數(shù)控深孔加工機床

目前，深孔數(shù)控加工機床正逐步朝著精密化、可靠化、高效化、模塊化、智能化的方向發(fā)展，刀具、機床、導軌等技術緊跟深孔加工需求變化趨勢，而機床元器件的發(fā)展，就能夠促進生產(chǎn)效率的提升，從而帶來質(zhì)量、效率方面的發(fā)展進步。

3.1 高效數(shù)控深孔加工機床的優(yōu)勢

首先，高效數(shù)控深孔加工機床彌補了內(nèi)排屑、外排屑存在的缺陷，不僅鉆孔直徑可任意調(diào)整，并且鉸刀、擴鉆選擇也更為靈活。其中擴鉆套料鉆能夠讓加工孔徑得到小范圍的延伸，可根據(jù)自身所需要的加工需求，選擇相應的加工機床，同時高效數(shù)控深孔加工機床降低了深孔加工成本，減小了深孔加工占地面積；其次，高效數(shù)控深孔加工機床兼容深孔精加工，成本較低且方便易行，這也為深孔加工產(chǎn)品指出了新的發(fā)展方向。

3.2 高效數(shù)控深孔加工機床模塊

高效數(shù)控深孔加工機床模塊構成如圖2 所示，在機床左側(cè)床身上，設置有固定工作臺，工作臺上裝有機床主軸模塊，主軸模塊移動依托于精密T 形槽，以此來適應不同深孔加工需求，如若加工固定工件，就可拆開位于主軸上的螺母，然后裝上裝夾工具進行加工。圖2 中，刀座和刀頭兩個部分可根據(jù)實際加工需求，選擇不同的加工輔具，以適應任意加工方式。若固定工件體積過大，可選擇分離式工作臺安裝在機床左側(cè)，可加工大型工件。并且，高效數(shù)控深孔加工機床中輸油器也采用的模塊式結(jié)構，可根據(jù)生產(chǎn)需求選擇不同的加工組件。這種加工系統(tǒng)具有現(xiàn)代化、專業(yè)化、集約化的特點，有利于現(xiàn)代化生產(chǎn)制造，實現(xiàn)現(xiàn)代化的定制銷售，可有效降低生產(chǎn)成本。

圖2 高效數(shù)控深孔加工機床模塊構成

3.3 高效數(shù)控深孔加工機床刀具系統(tǒng)

隨著深孔加工技術的不斷發(fā)展，人們對深孔加工精度、效率的要求也越來越高，刀具材料質(zhì)量就成為了需要迫切解決的現(xiàn)實問題。目前，為提高刀具材料質(zhì)量，應對高精度、高效率的深孔加工，我國主要采用涂層技術來提高刀具材料質(zhì)量。同時，為解決刀具制造以及使用問題，采用模塊化設計制造的方式，綜合考慮到配套刀具、導桿、導向裝置的相互配合，通過優(yōu)化設計，可有效提高加工水平，縮短輔具制造周期?；瘜W氣相CVD、物理氣相PVD 等刀具材料表面改性技術在深孔加工中起到了良好的效果，尤其是物理氣相PVD 改性技術，目前已經(jīng)成為了深孔加工刀具制造的核心技術。

4 深孔加工工藝優(yōu)化技術

4.1 深孔加工機床油路分流系統(tǒng)

深孔加工機床油路系統(tǒng)，結(jié)合了噴吸鉆、BTA 二者的優(yōu)點，其主要工作原理和噴吸鉆系統(tǒng)有著諸多相似之處，在加工的過程中，切削液的輸送是連接整個系統(tǒng)的橋梁，其中鉆削分流比選擇就成為了決定加工效率的關鍵。深孔加工機床切削液回路如圖3 所示。

圖3 深孔加工機床切削液回路

4.2 高效深孔加工切削參數(shù)優(yōu)化

在深孔加工中，為達到高效加工的目的，最為重要的就是要合理調(diào)整基本切削參數(shù)，保證加工質(zhì)量、加工效率。切削參數(shù)的選擇需要綜合參考工件材料、加工孔徑、加工孔深，切削進給量的選擇也需要綜合考慮到切削量，若是進給量過大或者過小，那么深孔切削產(chǎn)生的切屑就會呈帶狀，不易于排出，進而導致堵塞，甚至打碎刀具。通常來說，深孔加工的進給量需控制在0.01～0.1 mm/r，轉(zhuǎn)速控制在3500～12 000 r/min，然后在此基礎上逐步優(yōu)化深孔加工參數(shù)。綜合來說，影響深孔加工切削參數(shù)的因素有以下4 點。

（1）鉆頭直徑，若是選用的鉆頭直徑越大，那么相對選擇的進給量也越大，但是切削速度無需參考鉆頭直徑。

（2）不同的工件材料切削難易度不同，需綜合判斷其切削難易度來選擇進給量。

（3）深孔加工刀具材料主要為帶有涂層的硬質(zhì)合金，應根據(jù)加工材料以及刀具材料的機械性能，選取相應的進給量，才能延長刀具使用壽命，保證加工質(zhì)量以及加工效率。

（4）進給量和切屑產(chǎn)生有著密切關系，所以進給量也要考慮到切削液循環(huán)以及排屑能力[4]。

深孔加工和刀具材料、工件材料物理機械性質(zhì)有著密切關系，想要大幅度提高深孔加工效率，繼續(xù)開發(fā)深孔加工新方法、新技術。傳統(tǒng)深孔加工技術和智能技術、信息技術的相互融合，也會成為未來深孔加工技術的必然發(fā)展趨勢，并且會衍生出更多的研究成果。

5 結(jié)束語

深孔加工技術在現(xiàn)代機械加工中有著重要作用，對現(xiàn)代生產(chǎn)技術的發(fā)展有著至關重要的影響，機械加工從業(yè)者對其要有足夠認識。