什么是深孔？深孔加工的特點(diǎn) 深孔鉆鉆頭的類型和結(jié)構(gòu)

深孔加工是機(jī)械加工中的難點(diǎn)，也是當(dāng)今加工的熱點(diǎn)。目前隨著復(fù)雜的深孔加工要求變得越來(lái)多，既要高精度又要高效率，那么熟練掌握各種深孔鉆的加工性能和適用范圍就顯得至關(guān)重要。本文主要介紹各種深孔鉆鉆頭特點(diǎn)、適用范圍以及深孔加工注意事項(xiàng)。

什么是深孔 ？

在機(jī)械制造加工中，一般將孔深超過(guò)孔徑10倍的圓柱孔稱為深孔。深孔按孔深（L）與孔徑（D）之比（L/D）的大小來(lái)區(qū)分，通?？煞譃橐话闵羁住⒅械壬羁准疤厥馍羁兹N。（Ps：L/D的比值越大加工起來(lái)就越困難。）

深孔按L/D比值分類：

（1）L/D=10～20，屬于一般深孔。常在鉆床或車床上用長(zhǎng)麻花鉆加工。

（2）L/D=20～30，屬于中等深孔。常在車床上加工。

（3）L/D=30～100，屬于特殊深孔。必須使用深孔鉆在深孔鉆床或?qū)Ｓ迷O(shè)備上加工。

深孔加工的特點(diǎn)

1.刀桿受孔徑的限制，直徑小、長(zhǎng)度大，造成剛性差、強(qiáng)度低，切削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)、波紋和錐度而影響深孔的直線度和表面粗糙度。

2.在鉆孔和擴(kuò)孔時(shí)，冷卻潤(rùn)滑液在沒(méi)有采用特殊裝置的情況下，難于輸入到切削區(qū)，使刀具耐用度降低，而且排屑也困難。

3.在深孔的加工過(guò)程中，不能直接觀察刀具切削情況，只能憑工作經(jīng)驗(yàn)聽(tīng)切削時(shí)的聲音、看切屑、手摸振動(dòng)與工件溫度以及觀儀表（油壓表和電表），來(lái)判斷切削過(guò)程是否正常。

4.切屑排除困難，必須采用可靠的手段進(jìn)行斷屑及控制切屑的長(zhǎng)短與形狀，以利于順利排除，防止切屑堵塞。

5.為了保證深孔在加工過(guò)程中順利進(jìn)行和達(dá)到應(yīng)要求的加工質(zhì)量，應(yīng)增加刀具內(nèi)（或外）排屑裝置、刀具引導(dǎo)和支承裝置和高壓冷卻潤(rùn)滑裝置。

6.刀具散熱條件差，切削溫度升高，使刀具的耐用度降低。

深孔鉆鉆頭的類型和結(jié)構(gòu)

深孔鉆按排屑方式分為外排屑和內(nèi)排屑兩種。外排屑有槍鉆、整體合金深孔鉆（可分為有冷卻孔和無(wú)冷卻孔兩種）；內(nèi)排屑又分為BTA 深孔鉆、噴吸鉆和DF系統(tǒng)深孔鉆三種。深孔鉆的類型和使用范圍如下表所示。

深孔鉆各種鉆頭的特點(diǎn)和加工范圍

? ?1.槍鉆? 槍鉆因最初主要用于軍事工業(yè)中槍管、炮管的加工，因而得名。槍鉆是一種有效的深孔加工刀具，其加工范圍很廣，從模具鋼材、玻璃纖維、特氟龍等塑料到高強(qiáng)度合金（如P20和鉻鎳鐵合金）的深孔加工。在公差和表面粗糙度要求較嚴(yán)的深孔加工中，槍鉆可保證孔的尺寸精度、位置精度和直線度。 ?

槍鉆系統(tǒng)的工作原理：切削液通過(guò)尾架上的輸油入口進(jìn)入鉆桿內(nèi)部，到達(dá)鉆頭頭部進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，并將切屑從鉆頭外部V型槽中排出，該系統(tǒng)主要用于小直徑（孔徑小于20mm）的深孔加工。

槍鉆應(yīng)用范圍：槍鉆（外排屑深孔鉆）主要用于加工孔φ2～20mm、長(zhǎng)徑比L/D＞100、精度IT8～I(xiàn)T10，表面粗糙度值Ra=12.5～3.2μm的深孔，生產(chǎn)效率低于內(nèi)排屑深孔鉆。

2.BTA 內(nèi)排屑深孔鉆

由于槍鉆鉆桿為非對(duì)稱形，故抗扭剛性差，只能傳遞有限的扭矩，因此槍鉆只適用于加工小直徑孔的零件。為適應(yīng)更復(fù)雜的大直徑深孔的加工要求，于是應(yīng)運(yùn)而生地產(chǎn)生了內(nèi)排屑深孔鉆技術(shù)。內(nèi)排屑由于切屑是從鉆管內(nèi)排出，不與已加工表面刮擦接觸，表面加工質(zhì)量比槍鉆加工較高，加工孔徑范圍也更大。

BTA 系統(tǒng)中鉆頭與鉆桿為中空?qǐng)A柱體，其工作原理如下圖所示，切削液經(jīng)加壓從入口進(jìn)入授油器后通過(guò)鉆桿與孔壁形成的密封環(huán)狀空間，流向切削部分進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，并將切屑?jí)喝脬@頭上的出屑口，經(jīng)鉆桿內(nèi)腔從出口排出。

內(nèi)排屑深孔鉆適于加工直徑20mm以上、長(zhǎng)徑比不大于100的深孔，加工精度為IT7～I(xiàn)T10級(jí)，加工表面的表面粗糙度Ra3.2～1.6μm，生產(chǎn)效率是外排屑的3倍以上。

BTA內(nèi)排屑深孔鉆的主要缺點(diǎn)：必須使用專用的機(jī)床設(shè)備，機(jī)床還須設(shè)置一個(gè)油液切屑分離裝置，通過(guò)重力沉淀或電磁分離手段，使切削液分離并循環(huán)利用。另外在切削過(guò)程中，工件與授油器之間形成一個(gè)高壓區(qū)，所以在鉆削之前必須在工件與授油器間形成可靠的密封。

3.噴吸鉆

內(nèi)排屑深孔鉆系統(tǒng)存在著環(huán)形油液通道損失大的缺點(diǎn)，加工時(shí)需采用較高的壓力和流速，為此市場(chǎng)上又研制出來(lái)一種生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量更好的鉆削技術(shù)——噴吸鉆。

噴吸鉆利用流體力學(xué)的噴吸效應(yīng)原理發(fā)明的雙管內(nèi)排屑深孔鉆削方法，其采用兩根同心的鉆桿，通過(guò)連接器將刀具連接到機(jī)床上，其噴吸鉆系統(tǒng)采用雙層管刀桿，切削液經(jīng)加壓后從入口進(jìn)入，其中2/3的切削液進(jìn)入內(nèi)、外鉆桿間的環(huán)形空間，流向切削部分進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑，并將切屑推入鉆桿內(nèi)腔。

其余 1/3 的切削液，從內(nèi)鉆桿上月牙狀噴嘴高速噴入內(nèi)鉆桿，在內(nèi)鉆桿內(nèi)腔形成一個(gè)低壓區(qū)，對(duì)攜帶切屑的切削液產(chǎn)生抽吸作用，在噴、吸雙重作用下，促使切屑快速?gòu)某隹谂懦觥?br />
噴吸鉆的供油情況是通過(guò)旋轉(zhuǎn)連接器，導(dǎo)向座主要是支撐作用，可以不需要緊貼工件。這樣對(duì)五軸加工有極大的好處。因?yàn)槲覀円话阍谖遢S加工上都會(huì)碰到非平面，導(dǎo)向座沒(méi)法緊貼工件。加上噴吸鉆在加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生真空效果，能達(dá)到排屑，在使用上更加靈活。

噴吸鉆主要適用于加工長(zhǎng)徑比不超過(guò)100、直徑范圍在18～65mm的孔，精度在IT9～I(xiàn)T11級(jí)。

4.DF系統(tǒng)深孔鉆

DF系統(tǒng)深孔鉆又稱單管噴射鉆，DF為英文Double Feeder的縮寫(xiě)，原意是雙進(jìn)油裝置。DF系統(tǒng)深孔鉆是20世紀(jì)70年代中期由日本冶金股份有限公司首先研制而成的一種孔加工刀具。它是在普通噴射鉆的基礎(chǔ)上發(fā)展而成，將普通BTA內(nèi)排屑深孔鉆推出切屑與噴射鉆吸出切屑的方法相結(jié)合的一種加工系統(tǒng)。因其一個(gè)鉆桿由切削液支托，振動(dòng)減少，排屑空間較大，加工效率高、精度好，可用于高精度深孔加工；生產(chǎn)效率是槍鉆的3～6倍，比BTA內(nèi)排屑鉆高3倍，但是使用成本較高。

由以上的各種鉆頭需要的相關(guān)配置可以看出，無(wú)論哪一種排屑方式均由工件、刀具、專用輔具、機(jī)床和控制系統(tǒng)等要素組成。其中，專用輔具取決于所采取的切削液供給方式、排屑方式和工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式?？梢?jiàn)，深孔加工需要專用設(shè)備和專用輔具，因此其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本昂貴。

深孔加工時(shí)的注意事項(xiàng)

1.深孔加工操作要點(diǎn)

主軸和刀具導(dǎo)向套、刀桿支撐套、工件支承套等中心線的同軸度應(yīng)符合要求；切削液系統(tǒng)應(yīng)暢通正常；工件的加工端面上不應(yīng)有中心孔，并避免在斜面上鉆孔；切屑形狀應(yīng)保持正常，避免生成直帶狀切屑；采用較高速度加工通孔，當(dāng)鉆頭即將鉆透時(shí)，應(yīng)降速或停機(jī)以防損壞鉆頭。

2.深孔加工切削液注意要點(diǎn)

深孔加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，并不易擴(kuò)散，需要供給充足的切削液潤(rùn)滑冷卻刀具。一般選用1∶100的乳化液或極壓乳化液；需要較高加工精度和表面質(zhì)量或加工韌性材料時(shí)，選用極壓乳化液或高濃度極壓乳化液，切削油的運(yùn)動(dòng)黏度通常選用（40℃）10~ 20cm2/s，切削液流速為15~18m/s；加工直徑較小時(shí)選用黏度低的切削油；要求精度高的深孔加工，可選用切削油配比為40%極壓硫化油+40% 煤油+20%氯化石蠟。

切削液的壓力和流量與孔徑及加工方式有著密切的關(guān)系，具體參考如下表所示。

3.使用深孔鉆注意事項(xiàng)

1）工件端面與工件軸心線垂直，以保證端面密封可靠。

2）正式加工前在工件孔位上預(yù)鉆一個(gè)淺孔，引鉆時(shí)可起導(dǎo)向定心作用。

3）為保證刀具使用壽命，最好采用自動(dòng)走刀。

4）進(jìn)液器、活動(dòng)中心支承中的各導(dǎo)向元件如有磨損，應(yīng)及時(shí)更換，以免影響鉆孔精度。

總結(jié)

深孔加工在機(jī)械加工領(lǐng)域中占有非常重要的地位，約占孔加工量的40%。新型高硬度和高價(jià)值難加工深孔工件的不斷出現(xiàn)，使得加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不斷提高，作為關(guān)鍵工序和加工難點(diǎn)，只有掌握了深孔的概念，深孔加工的特點(diǎn)和難點(diǎn)，深入了解各種深孔鉆鉆頭的類型、結(jié)構(gòu)及使用范圍，才能更好提高深孔加工的效率。

審核編輯：劉清