在數(shù)控車床上應(yīng)用槍鉆技術(shù)加工深孔零件

黃華慶

（大慶油田力神泵業(yè)公司，黑龍江大慶 163311）

1 問題的提出

圖1 潛油電泵機(jī)組工作示意圖

2 數(shù)控車床槍鉆系統(tǒng)的工作原理和組成部分

槍鉆技術(shù)是為了解決深孔加工所發(fā)展起來的一門技術(shù)，通過多年的使用、發(fā)展和完善，現(xiàn)如今已得到普及。它解決了麻花鉆不能解決的深孔和高精度孔的加工問題，有多項(xiàng)特殊功能：（1）適用廣泛。可用于多種機(jī)床，如手動(dòng)鏜床、車削中心、車床、銑床、鉆床及立、臥式加工中心等。（2）可獲得極低的表面粗糙度。粗糙度通常為Ra0.5～3.0。（3）強(qiáng)勁的功能。鉆孔深度可達(dá)鉆頭直徑的30～210 倍，無需中途退屑?？讖綇摩?～52mm，深度最大可達(dá)3000mm，當(dāng)深度超過直徑的30 倍時(shí)，可分級(jí)鉆削。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（5）占地面積小。（6）成本低。

我們將槍鉆技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控車床上，該系統(tǒng)由深孔槍鉆和高壓冷卻系統(tǒng)組成（如圖2）。工件安裝在車床卡盤上隨卡盤一起旋轉(zhuǎn)，鉆頭通過引導(dǎo)孔進(jìn)入工件表面時(shí)，由于鉆刃的獨(dú)特結(jié)構(gòu)起到自引導(dǎo)的作用，使切削精度得到提高，冷卻液通過鉆頭中間的通道到達(dá)切削部位，并通過排屑槽將切屑帶出加工孔，同時(shí)對(duì)鉆頭背部的的支撐凸臺(tái)進(jìn)行潤(rùn)滑，并對(duì)鉆刃進(jìn)行冷卻，這樣可獲得良好的加工表面質(zhì)量，提高了加工精度。

圖2 槍鉆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.1 槍鉆

槍鉆由鉆刃、刀身和驅(qū)動(dòng)柄三部分組成，其結(jié)構(gòu)見圖3。

（1）鉆刃。鉆刃是整個(gè)槍鉆系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它采用硬質(zhì)合金材料，以獲得良好的切削能力。其獨(dú)特科學(xué)的組合結(jié)構(gòu)，可對(duì)鉆削過程起到導(dǎo)向的作用，通過一次貫穿得到一個(gè)高精度的深孔。鉆刃有兩個(gè)基本度，在加工過程中可根據(jù)工件的材質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，以平衡工作中的切削力，利于斷屑，同時(shí)它將切削力傳遞給支撐凸肩，保證了鉆進(jìn)過程的直線度和同軸度，從而獲得高精度的深孔。鉆刃上設(shè)計(jì)有很小的倒錐度，其直徑略大于刀身，可防止鉆身在深孔內(nèi)自由擺動(dòng)從而刮到已加工表面，降低孔的表面質(zhì)量。鉆刃有圓孔通道與刀身的油道相連接，加工時(shí)高壓冷卻液經(jīng)此通道到達(dá)切削點(diǎn)，并將切屑帶出深孔。圖4 是槍刃的外圓輪廓。

（2）刀身。刀身用經(jīng)熱處理的合金鋼制成，這使槍鉆獲得足夠的強(qiáng)度和韌性，使之在高速切削中減少變形和振動(dòng)，保證切削動(dòng)作的直線度和同軸度，從而獲得較好的加工質(zhì)量。刀身通長(zhǎng)開有160°的V 型槽，加工時(shí)經(jīng)驅(qū)動(dòng)柄、刀身到達(dá)刃部的高壓切削冷卻液從此V 型槽排出孔外，并將切屑帶出。

圖3 槍鉆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4 刃尖輪廓圖

（3）驅(qū)動(dòng)柄。驅(qū)動(dòng)柄與刀身的頸部處設(shè)計(jì)有圓弧過渡，可增加強(qiáng)度，避免應(yīng)力集中損壞槍鉆。驅(qū)動(dòng)柄為圓柱形，上面有一平面，為加持套筒縮進(jìn)槍鉆用。

2.2 高壓冷卻系統(tǒng)

高壓冷卻霧化裝置是槍鉆系統(tǒng)中的關(guān)鍵系統(tǒng)，它主要起潤(rùn)滑、冷卻和排屑的作用，其工作壓力一般是0.7MPa 左右。工作時(shí)，通過雙路管線和高流量噴霧裝置加壓給切削液，一部分驅(qū)動(dòng)脈沖泵形成噴霧，另一部分連續(xù)驅(qū)動(dòng)活塞泵，將切削液送至鉆頭切削區(qū)，使霧化后的切削液吸收加工產(chǎn)生的熱量，使槍鉆刀頭得到充分的冷卻和潤(rùn)滑，保證其有良好的工作環(huán)境，同時(shí)將切屑吹出工件。以往高壓冷卻裝置是采用專門配置的油基切削液進(jìn)行冷卻的，這種油基切削液冷卻性差、清洗性差，易產(chǎn)生油霧、防火性差，使用過程中有刺激性的氣味產(chǎn)生，并會(huì)損傷操作者的皮膚。針對(duì)這些缺陷，我們經(jīng)過摸索，采用水基半合成液（微乳化液）代替油基冷卻液，這種微乳化液有油性和水性雙重性能，具有極壓、潤(rùn)滑、冷卻、防銹和清洗多種功效。它既避免了油基冷卻液的缺陷，又克服了乳化液易腐化、清洗性差和合成切削液侵蝕機(jī)床漆面、潤(rùn)滑性能差的缺點(diǎn)，使用后效果良好。

3 槍鉆技術(shù)在數(shù)控車床上的的應(yīng)用實(shí)效

應(yīng)用工件為軸類零件，材質(zhì)為蒙乃爾K500，硬度為260～300HB。切削方式為工件旋轉(zhuǎn)，刀具固定裝卡。

3.1 鉆尖角度的選擇

槍鉆的外刃角ψ外、內(nèi)刃角ψ內(nèi)和鉆尖的偏心距影響鉆削效果。

（1）鉆尖角幾何參數(shù)的選擇依據(jù)。鉆尖角為2ψ［2ψ=180°-（ψ外+ψ內(nèi)）］，為保證加工孔的表面質(zhì)量，槍鉆的徑向切削力和主切削力合理作用在支撐區(qū)上。

（2）鉆刃角度參數(shù)的刃磨。鉆頭切削刃的交點(diǎn)位置在距離鉆頭中心1/4 直徑處，可避免鉆孔偏心，當(dāng)外刃徑向切削力大于內(nèi)刃徑向切削力時(shí)，其合力始終作用于待加工表面。經(jīng)過多次試驗(yàn)，按圖5 所示的角度參數(shù)刃磨鉆刃，可以保證鉆削效果。

圖5 鉆刃刃磨角度

3.2 引導(dǎo)孔的加工

圖6 鉆頭卡裝工裝

由于槍鉆是單刃切削，鉆孔時(shí)其單刃結(jié)構(gòu)使得槍鉆不能依靠自身來平衡切削力，影響切削效果。為解決這個(gè)問題，必須對(duì)鉆頭進(jìn)行引導(dǎo)，其引導(dǎo)孔的加工方法是在槍鉆的裝卡位置安裝一個(gè)放合金鉆頭的工裝（如圖6），把鉆頭放在里邊夾緊，編輯一個(gè)鉆孔的程序進(jìn)行加工，在工件上鉆引導(dǎo)孔，加工出的引導(dǎo)孔孔徑精度控制在0.025mm 之內(nèi)，深度為D/2～D，孔的粗糙度低，以保證用槍鉆加工深孔的質(zhì)量。

3.3 切削參數(shù)

轉(zhuǎn)速：1600r/min，走刀速度f=0.008mm/r，線速度v=18m/min。

3.4 切削分二級(jí)

根據(jù)我們的產(chǎn)品情況，采取支撐距離與鉆桿直徑比為30 時(shí)為一級(jí)。如：產(chǎn)品中有一種需加工276mm 深的孔，加工時(shí)可分二級(jí)鉆削，每級(jí)調(diào)整時(shí)間為5min 左右，每級(jí)切削時(shí)間為18～22min。

3.5 輔助工裝

圖7 主軸輔助支撐套

圖8 可升降輔助支撐架

為保證主軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，保護(hù)主軸，提高加工質(zhì)量，我們又設(shè)計(jì)了兩個(gè)輔助工裝：（1）主軸輔助支撐套。圖7 是放在主軸內(nèi)的輔助支撐套，它的內(nèi)孔與工件的外徑尺寸公差在0.06mm 內(nèi)，外徑設(shè)計(jì)成可與主軸內(nèi)孔形成緊配合的錐面，它可以保護(hù)主軸，減少磨損。（2）圖8 是可升降輔助支撐架，它安裝在機(jī)床左側(cè)，加工時(shí)，工件裝在軸承內(nèi)的隔套里，根據(jù)工件的直徑大小進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，來保證工件加工時(shí)的直線度。采取這兩個(gè)輔助裝置，降低了工件的擺動(dòng)，減少了主軸磨損的可能，主軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性得到了提高，保證了工件的加工質(zhì)量。

4 槍鉆應(yīng)用與傳統(tǒng)加工的對(duì)比

通過較長(zhǎng)時(shí)間的加工實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)采用槍鉆進(jìn)行深孔加工，切削速度快，切削平穩(wěn)，冷卻充分，排屑順利，效果良好。與使用麻花鉆加工相比，工作效率和加工精度都有很大提高。表1 是采用兩種加工方法加工蒙乃爾K500 軸深孔情況的對(duì)比。

使用槍鉆加工深孔零件，每套機(jī)組平均可節(jié)省工時(shí)67.5h，節(jié)約工時(shí)費(fèi)用573.75元，按照我公司年產(chǎn)量2000套電泵機(jī)組來計(jì)算，一年就可節(jié)約工時(shí)費(fèi)用1147500元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

表1 槍鉆應(yīng)用和傳統(tǒng)加工對(duì)比效果統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

槍鉆技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，解決了我公司小直徑深孔加工的難題，提高了零件的加工質(zhì)量，加工效率也有了很大的提高。通過應(yīng)用槍鉆技術(shù)，不僅節(jié)約了資金，降低了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)備利用率，同時(shí)還為我們?cè)O(shè)計(jì)更精密的產(chǎn)品提供了堅(jiān)實(shí)的加工保障，具有較大的推廣價(jià)值。