机械加工的深孔加工技术

毛明清

（西北机械技师学院，宁夏石嘴山 753000）

0 引言

深孔加工技术是现代工业生产中的重要技术，20 世纪就被广泛应用在军工领域，直至80 年代，深孔加工技术逐步应用在其他加工行业。随着机械加工技术的不断发展，各种复杂的加工零件不断出现，这就对深孔加工效率、加工质量提出了更高的要求。为促进机械加工技术的进一步发展，下面分析深孔加工技术。

1 深孔加工技术的特点

1.1 深孔加工技术的难点

深孔加工是一种在半封闭或者全封闭状态下进行加工的技术，在加工的过程中，操作人员不能直接观察到刀具的走刀情况，而在加工的过程中，切屑产生在深孔中，切屑排出较为困难，极其容易出现堵塞等情况。同时，深孔加工采用的钻头，细且长，在加工的过程中，钻头极其容易出现振动、偏斜等问题，所以深孔加工的粗糙度、垂直度时有偏差[1]。另外，钻头在相对封闭的环境下工作，摩擦产生的热不易散出，钻头温度逐渐升高，受热效应影响，钻头磨损速度较快。

1.2 深孔加工的切削方式

（1）工件固定，刀具做旋转运动、进给运动完成切削。

（2）工件转动，刀具做持续进给运动完成切削。

（3）工件转动，刀具做相反方向的旋转运动，同时做进给运动完成切削。

（4）刀具固定，工件做旋转运动、进给运动完成切削。

1.3 深孔加工的排屑方式

深孔加工排屑方式可分为内排屑、外排屑两种，其中内排屑是在钻杆外壁上注入冷却液，切屑经过切削区，从钻杆中心口逐渐排出；外排屑是指从空心钻杆注入冷却液，切屑经过切削区，从加工孔中以及钻杆外壁排出切屑。目前，内排屑方式应用更为广泛，在实践中呈现出较为良好的排屑性能，不会对深孔加工精度以及表面粗糙度造成影响[2]。

2 常用深孔加工系统

深孔加工技术的应用，必须要选择合适的加工系统，按照排屑装置、冷却装置来合理分类，目前应用较为广泛的加工系统有BTA 系统、DF 系统、枪钻系统和喷吸钻系统等4 种，这些系统各有优劣，需根据实际情况合理选择。

2.1 枪钻系统

20 世纪30 年代，枪钻系统即被广泛应用在枪械管制造中，有自动排屑功能、冷却润滑功能、自动导向功能，采用单切削刃的切削系统就被称之为枪钻系统，如图1 所示。枪钻系统中，切削液从入口进入，起到冷却、润滑的作用，然后可将切屑从V 形槽中带出，该系统也被广泛应用在小直径深孔加工中。

图1 枪钻系统

2.2 2BTA 系统

枪钻系统属于外排屑方式，而后随着深孔加工技术的逐步发展，内排屑方式逐步应用在深孔加工中，内排屑深孔加工技术诞生于枪钻系统后，针对枪钻系统在实践中体现出的维修麻烦、钻杆易断等问题，从业者逐步改进加工技术，2BTA 系统应运而生[3]。2BTA 系统是利用具有一定压力的切削液，然后将切削液注入授油器，然后切削液由钻杆外部以及孔内部逐步流向切削部分实现冷却润滑，并将切削产生的切屑从钻杆中空内腔带出，而切削液经过过滤后，仍旧能够循环使用。

2.3 喷吸钻系统

喷吸钻系统属于内排屑深孔加工系统，该系统根据流体力学原理，在高压流体经过一个狭小的通道后，在流体附近就可形成一个低压区域，该区域能够将附近的流体吸走。而切削液在该区域压力的作用下，从联结器上方的输油口输入，然后60%切削液进入钻杆间的空间，从钻头柄部小孔逐步流向切削区域，达到冷却、润滑的目的。因切削液带有一定的压力，切削液可将切削所产生的切屑从钻杆内腔推出，其余40%切削液就可从钻杆上的月牙状喷嘴进入钻杆内部，然后在钻杆内部形成一个带有一定压力的区域，起到抽吸切屑、切削液的效果，在推出以及吸入的双重作用下，切屑就能够高效排出。

2.4 DF 系统

DF（Double Feeder，双供油）系统，采用双进油方式。该系统输油器、钻头、钻杆、工件和2BTA 系统基本相同。利用油泵输送带有压力的切削液，切削液分为两个部分输入，其中70%进入授油器，然后经过钻套、孔壁、钻杆、钻体流至切削刃，将切屑逐步推至钻头后部，然后由钻头内腔进入钻杆并进入抽屑设备。其余30%切削液直接进入抽屑装置内部，经逐渐变窄的间隙，形成圆锥面射流，在钻杆末端形成负压抽吸效果，达到加速排屑的目的。

3 高效数控深孔加工机床

目前，深孔数控加工机床正逐步朝着精密化、可靠化、高效化、模块化、智能化的方向发展，刀具、机床、导轨等技术紧跟深孔加工需求变化趋势，而机床元器件的发展，就能够促进生产效率的提升，从而带来质量、效率方面的发展进步。

3.1 高效数控深孔加工机床的优势

首先，高效数控深孔加工机床弥补了内排屑、外排屑存在的缺陷，不仅钻孔直径可任意调整，并且铰刀、扩钻选择也更为灵活。其中扩钻套料钻能够让加工孔径得到小范围的延伸，可根据自身所需要的加工需求，选择相应的加工机床，同时高效数控深孔加工机床降低了深孔加工成本，减小了深孔加工占地面积；其次，高效数控深孔加工机床兼容深孔精加工，成本较低且方便易行，这也为深孔加工产品指出了新的发展方向。

3.2 高效数控深孔加工机床模块

高效数控深孔加工机床模块构成如图2 所示，在机床左侧床身上，设置有固定工作台，工作台上装有机床主轴模块，主轴模块移动依托于精密T 形槽，以此来适应不同深孔加工需求，如若加工固定工件，就可拆开位于主轴上的螺母，然后装上装夹工具进行加工。图2 中，刀座和刀头两个部分可根据实际加工需求，选择不同的加工辅具，以适应任意加工方式。若固定工件体积过大，可选择分离式工作台安装在机床左侧，可加工大型工件。并且，高效数控深孔加工机床中输油器也采用的模块式结构，可根据生产需求选择不同的加工组件。这种加工系统具有现代化、专业化、集约化的特点，有利于现代化生产制造，实现现代化的定制销售，可有效降低生产成本。

图2 高效数控深孔加工机床模块构成

3.3 高效数控深孔加工机床刀具系统

随着深孔加工技术的不断发展，人们对深孔加工精度、效率的要求也越来越高，刀具材料质量就成为了需要迫切解决的现实问题。目前，为提高刀具材料质量，应对高精度、高效率的深孔加工，我国主要采用涂层技术来提高刀具材料质量。同时，为解决刀具制造以及使用问题，采用模块化设计制造的方式，综合考虑到配套刀具、导杆、导向装置的相互配合，通过优化设计，可有效提高加工水平，缩短辅具制造周期。化学气相CVD、物理气相PVD 等刀具材料表面改性技术在深孔加工中起到了良好的效果，尤其是物理气相PVD 改性技术，目前已经成为了深孔加工刀具制造的核心技术。

4 深孔加工工艺优化技术

4.1 深孔加工机床油路分流系统

深孔加工机床油路系统，结合了喷吸钻、BTA 二者的优点，其主要工作原理和喷吸钻系统有着诸多相似之处，在加工的过程中，切削液的输送是连接整个系统的桥梁，其中钻削分流比选择就成为了决定加工效率的关键。深孔加工机床切削液回路如图3 所示。

图3 深孔加工机床切削液回路

4.2 高效深孔加工切削参数优化

在深孔加工中，为达到高效加工的目的，最为重要的就是要合理调整基本切削参数，保证加工质量、加工效率。切削参数的选择需要综合参考工件材料、加工孔径、加工孔深，切削进给量的选择也需要综合考虑到切削量，若是进给量过大或者过小，那么深孔切削产生的切屑就会呈带状，不易于排出，进而导致堵塞，甚至打碎刀具。通常来说，深孔加工的进给量需控制在0.01～0.1 mm/r，转速控制在3500～12 000 r/min，然后在此基础上逐步优化深孔加工参数。综合来说，影响深孔加工切削参数的因素有以下4 点。

（1）钻头直径，若是选用的钻头直径越大，那么相对选择的进给量也越大，但是切削速度无需参考钻头直径。

（2）不同的工件材料切削难易度不同，需综合判断其切削难易度来选择进给量。

（3）深孔加工刀具材料主要为带有涂层的硬质合金，应根据加工材料以及刀具材料的机械性能，选取相应的进给量，才能延长刀具使用寿命，保证加工质量以及加工效率。

（4）进给量和切屑产生有着密切关系，所以进给量也要考虑到切削液循环以及排屑能力[4]。

深孔加工和刀具材料、工件材料物理机械性质有着密切关系，想要大幅度提高深孔加工效率，继续开发深孔加工新方法、新技术。传统深孔加工技术和智能技术、信息技术的相互融合，也会成为未来深孔加工技术的必然发展趋势，并且会衍生出更多的研究成果。

5 结束语

深孔加工技术在现代机械加工中有着重要作用，对现代生产技术的发展有着至关重要的影响，机械加工从业者对其要有足够认识。