在数控车床上应用枪钻技术加工深孔零件

黄华庆

（大庆油田力神泵业公司，黑龙江大庆 163311）

1 问题的提出

图1 潜油电泵机组工作示意图

2 数控车床枪钻系统的工作原理和组成部分

枪钻技术是为了解决深孔加工所发展起来的一门技术，通过多年的使用、发展和完善，现如今已得到普及。它解决了麻花钻不能解决的深孔和高精度孔的加工问题，有多项特殊功能：（1）适用广泛。可用于多种机床，如手动镗床、车削中心、车床、铣床、钻床及立、卧式加工中心等。（2）可获得极低的表面粗糙度。粗糙度通常为Ra0.5～3.0。（3）强劲的功能。钻孔深度可达钻头直径的30～210 倍，无需中途退屑。孔径从φ3～52mm，深度最大可达3000mm，当深度超过直径的30 倍时，可分级钻削。（4）结构简单。（5）占地面积小。（6）成本低。

我们将枪钻技术应用到数控车床上，该系统由深孔枪钻和高压冷却系统组成（如图2）。工件安装在车床卡盘上随卡盘一起旋转，钻头通过引导孔进入工件表面时，由于钻刃的独特结构起到自引导的作用，使切削精度得到提高，冷却液通过钻头中间的通道到达切削部位，并通过排屑槽将切屑带出加工孔，同时对钻头背部的的支撑凸台进行润滑，并对钻刃进行冷却，这样可获得良好的加工表面质量，提高了加工精度。

图2 枪钻系统结构简图

2.1 枪钻

枪钻由钻刃、刀身和驱动柄三部分组成，其结构见图3。

（1）钻刃。钻刃是整个枪钻系统的关键部分，它采用硬质合金材料，以获得良好的切削能力。其独特科学的组合结构，可对钻削过程起到导向的作用，通过一次贯穿得到一个高精度的深孔。钻刃有两个基本度，在加工过程中可根据工件的材质进行适当的组合，以平衡工作中的切削力，利于断屑，同时它将切削力传递给支撑凸肩，保证了钻进过程的直线度和同轴度，从而获得高精度的深孔。钻刃上设计有很小的倒锥度，其直径略大于刀身，可防止钻身在深孔内自由摆动从而刮到已加工表面，降低孔的表面质量。钻刃有圆孔通道与刀身的油道相连接，加工时高压冷却液经此通道到达切削点，并将切屑带出深孔。图4 是枪刃的外圆轮廓。

（2）刀身。刀身用经热处理的合金钢制成，这使枪钻获得足够的强度和韧性，使之在高速切削中减少变形和振动，保证切削动作的直线度和同轴度，从而获得较好的加工质量。刀身通长开有160°的V 型槽，加工时经驱动柄、刀身到达刃部的高压切削冷却液从此V 型槽排出孔外，并将切屑带出。

图3 枪钻结构简图

图4 刃尖轮廓图

（3）驱动柄。驱动柄与刀身的颈部处设计有圆弧过渡，可增加强度，避免应力集中损坏枪钻。驱动柄为圆柱形，上面有一平面，为加持套筒缩进枪钻用。

2.2 高压冷却系统

高压冷却雾化装置是枪钻系统中的关键系统，它主要起润滑、冷却和排屑的作用，其工作压力一般是0.7MPa 左右。工作时，通过双路管线和高流量喷雾装置加压给切削液，一部分驱动脉冲泵形成喷雾，另一部分连续驱动活塞泵，将切削液送至钻头切削区，使雾化后的切削液吸收加工产生的热量，使枪钻刀头得到充分的冷却和润滑，保证其有良好的工作环境，同时将切屑吹出工件。以往高压冷却装置是采用专门配置的油基切削液进行冷却的，这种油基切削液冷却性差、清洗性差，易产生油雾、防火性差，使用过程中有刺激性的气味产生，并会损伤操作者的皮肤。针对这些缺陷，我们经过摸索，采用水基半合成液（微乳化液）代替油基冷却液，这种微乳化液有油性和水性双重性能，具有极压、润滑、冷却、防锈和清洗多种功效。它既避免了油基冷却液的缺陷，又克服了乳化液易腐化、清洗性差和合成切削液侵蚀机床漆面、润滑性能差的缺点，使用后效果良好。

3 枪钻技术在数控车床上的的应用实效

应用工件为轴类零件，材质为蒙乃尔K500，硬度为260～300HB。切削方式为工件旋转，刀具固定装卡。

3.1 钻尖角度的选择

枪钻的外刃角ψ外、内刃角ψ内和钻尖的偏心距影响钻削效果。

（1）钻尖角几何参数的选择依据。钻尖角为2ψ［2ψ=180°-（ψ外+ψ内）］，为保证加工孔的表面质量，枪钻的径向切削力和主切削力合理作用在支撑区上。

（2）钻刃角度参数的刃磨。钻头切削刃的交点位置在距离钻头中心1/4 直径处，可避免钻孔偏心，当外刃径向切削力大于内刃径向切削力时，其合力始终作用于待加工表面。经过多次试验，按图5 所示的角度参数刃磨钻刃，可以保证钻削效果。

图5 钻刃刃磨角度

3.2 引导孔的加工

图6 钻头卡装工装

由于枪钻是单刃切削，钻孔时其单刃结构使得枪钻不能依靠自身来平衡切削力，影响切削效果。为解决这个问题，必须对钻头进行引导，其引导孔的加工方法是在枪钻的装卡位置安装一个放合金钻头的工装（如图6），把钻头放在里边夹紧，编辑一个钻孔的程序进行加工，在工件上钻引导孔，加工出的引导孔孔径精度控制在0.025mm 之内，深度为D/2～D，孔的粗糙度低，以保证用枪钻加工深孔的质量。

3.3 切削参数

转速：1600r/min，走刀速度f=0.008mm/r，线速度v=18m/min。

3.4 切削分二级

根据我们的产品情况，采取支撑距离与钻杆直径比为30 时为一级。如：产品中有一种需加工276mm 深的孔，加工时可分二级钻削，每级调整时间为5min 左右，每级切削时间为18～22min。

3.5 辅助工装

图7 主轴辅助支撑套

图8 可升降辅助支撑架

为保证主轴旋转的稳定性，保护主轴，提高加工质量，我们又设计了两个辅助工装：（1）主轴辅助支撑套。图7 是放在主轴内的辅助支撑套，它的内孔与工件的外径尺寸公差在0.06mm 内，外径设计成可与主轴内孔形成紧配合的锥面，它可以保护主轴，减少磨损。（2）图8 是可升降辅助支撑架，它安装在机床左侧，加工时，工件装在轴承内的隔套里，根据工件的直径大小进行升降调节，来保证工件加工时的直线度。采取这两个辅助装置，降低了工件的摆动，减少了主轴磨损的可能，主轴旋转的稳定性得到了提高，保证了工件的加工质量。

4 枪钻应用与传统加工的对比

通过较长时间的加工实践，我们发现采用枪钻进行深孔加工，切削速度快，切削平稳，冷却充分，排屑顺利，效果良好。与使用麻花钻加工相比，工作效率和加工精度都有很大提高。表1 是采用两种加工方法加工蒙乃尔K500 轴深孔情况的对比。

使用枪钻加工深孔零件，每套机组平均可节省工时67.5h，节约工时费用573.75元，按照我公司年产量2000套电泵机组来计算，一年就可节约工时费用1147500元，经济效益十分可观。

表1 枪钻应用和传统加工对比效果统计表

5 结语

枪钻技术在数控机床上的应用，解决了我公司小直径深孔加工的难题，提高了零件的加工质量，加工效率也有了很大的提高。通过应用枪钻技术，不仅节约了资金，降低了生产成本，提高了设备利用率，同时还为我们设计更精密的产品提供了坚实的加工保障，具有较大的推广价值。