鉆銑法在深孔加工中的應(yīng)用

摘 要：鉆銑法-銑刀安裝在鉆頭上，深孔加工切削時(shí)，銑刀自轉(zhuǎn)從而解決了零切削區(qū)的問(wèn)題，是深孔加工工藝的一次飛躍。在不同范圍傳統(tǒng)的深孔加工中經(jīng)常使用到的方法：BTA深孔鉆、機(jī)械夾固硬質(zhì)合金鉆頭、單刃深孔鉆、接柄麻花鉆等都不能從根本上解決零切削區(qū)的問(wèn)題。直到鉆銑法的出現(xiàn)這一問(wèn)題才得到解決，并在目前的深孔加工中得到了廣泛的使用和推廣。

關(guān)鍵詞：鉆銑法 深孔加工 零切削區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（b）-0099-02

在機(jī)械制造業(yè)中，深孔加工一直是一個(gè)難點(diǎn)，由于其加工的特殊性導(dǎo)致深孔加工存在許多需要解決的問(wèn)題，如：切削速度低、刀具不易冷卻、切屑堆積排出困難、加工效率低等。BTA深孔鉆和單刃深孔鉆的出現(xiàn)很大程度上使深孔加工得到了一定程度上的改善。但是這兩種方法不能解決深孔鉆削零切削速度區(qū)這一問(wèn)題。直到德國(guó)斯圖加特大學(xué)機(jī)床研究所研究出鉆銷(xiāo)法，這一問(wèn)題才有了突破性的進(jìn)展。

1 傳統(tǒng)方法介紹

1.1 接柄麻花鉆

在普通的麻花鉆上焊接需要長(zhǎng)度的長(zhǎng)柄，被稱(chēng)為接柄麻花鉆，這種方法一般用于加工直徑較小的深孔。雖然這種方法從某種程度上實(shí)現(xiàn)了小直徑深孔加工，但卻存在一些弊端，首先加工過(guò)程中注入冷卻液會(huì)因?yàn)榍行寂懦鰰r(shí)的相反作用而不能順利進(jìn)入深孔，這樣就需要多次退刀對(duì)刀具進(jìn)行冷卻，這樣會(huì)大大降低加工的生產(chǎn)效率。其次鉆柄過(guò)長(zhǎng)在加工中其精確度不好掌握，容易產(chǎn)生孔洞位置偏移。因此接柄麻花鉆不適用于精度要求高的深孔加工。詳見(jiàn)圖1。

1.2 單刃深孔鉆

單刃深孔鉆又被稱(chēng)為槍管鉆，通常用于加工直徑為6～16 mm的深孔。此種方法誕生于20世紀(jì)80年代，并有大量的實(shí)驗(yàn)研究，分別從工藝參數(shù)、受力分析、加工精度、鉆頭的幾何角度加以驗(yàn)證。此種方法加工深度可達(dá)1 m，相對(duì)于接柄麻花鉆有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，鉆柄有V形孔設(shè)計(jì)，這樣在加工過(guò)程中，冷卻液可以通過(guò)一定壓力從V形孔噴射到鉆頭和加工面，同時(shí)通過(guò)噴射沖擊可將切屑從鉆柄的V形槽排出，這就解決的刀具的冷卻問(wèn)題，因此加工中無(wú)需退刀，提升了加工效率。單刃深孔鉆被認(rèn)為在加工小直徑深孔中，是一種效果良好行之有效的加工方法。詳見(jiàn)圖2。

1.3 機(jī)械夾固不重磨硬質(zhì)合金鉆頭

機(jī)械夾固不重磨硬質(zhì)合金鉆頭其特點(diǎn)為在鉆頭上安裝了2個(gè)硬質(zhì)合金刀片，這樣鉆頭就存在2個(gè)切削刃，這種結(jié)構(gòu)加工時(shí)對(duì)中性好，加工精度高。同時(shí)刀具磨損后只需更換刀片無(wú)需更換鉆頭，這樣也提高了鉆頭的使用壽命。排出切屑的方式采用外排式，將冷卻液注入刀柄的孔中，冷卻液到達(dá)切削刃處將切屑通過(guò)導(dǎo)屑槽沖出，效果良好。因此機(jī)械夾固不重磨硬質(zhì)合金鉆頭在數(shù)控機(jī)床、普通機(jī)床、加工中心等的深孔加工中心等到廣泛應(yīng)用?？傮w看來(lái)機(jī)械夾固不重磨硬質(zhì)合金鉆頭具有切削速度塊、生產(chǎn)效率高、加工精度高、冷卻效果好、刀具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，相對(duì)傳統(tǒng)的麻花鉆頭更有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。但這種方法多用于常規(guī)孔的加工，對(duì)于直徑太大或太小的深孔加工應(yīng)用不多。詳見(jiàn)圖3。

1.4 BTA深孔鉆

BTA深孔鉆又被稱(chēng)為炮管鉆，適用于直徑較大的深孔（25～100mm）。其特點(diǎn)為在鉆頭上安裝了3塊硬質(zhì)合金刀頭，相對(duì)于機(jī)械夾固不重磨硬質(zhì)合金鉆頭的2塊硬質(zhì)合金刀頭精確度更高。冷卻和排出切屑的設(shè)計(jì)和機(jī)械夾固不重磨硬質(zhì)合金鉆頭類(lèi)似。最為特殊的是BTA深孔鉆增加了2塊導(dǎo)向條，這樣一方面增加了刀桿的強(qiáng)度，另一方面也能夠有效地防止切削過(guò)程中由于切削力而產(chǎn)生的偏移。BTA深孔鉆目前被廣泛應(yīng)用于中等孔徑的深孔加工中，屬于比較成熟的方法。詳見(jiàn)圖4。

2 鉆銑法加工深孔

以上4種方法被廣泛的應(yīng)用于各類(lèi)深孔的加工，工藝也比較成熟，但是這幾種方法都不能解決刀具零切削速度區(qū)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題會(huì)造成切削困難、刀具磨損嚴(yán)重、加工精度降低、生產(chǎn)效率下降等一系列的問(wèn)題。直到鉆銑法的出現(xiàn)，才對(duì)此問(wèn)題做出了有益的探索。

2.1 鉆銑加工法應(yīng)用的工具

鉆銑加工法所用的刀具如圖5所示，它是在鉆頭的前端裝置一把銑刀（根據(jù)孔徑的大小可為盤(pán)銑刀也可為指狀銑刀），鉆頭的側(cè)面裝有一塊擴(kuò)孔用的硬質(zhì)合金刀片。排屑槽位于該刀片前面。高壓的冷卻液從刀桿內(nèi)部的管道中輸入至銑刀和擴(kuò)孔刀片的加工位置處。切屑在冷卻液的壓力下從排屑槽中排出。由于主運(yùn)動(dòng)為銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)故切屑為較短的斷碎切屑，易于被排除。銑刀的傳動(dòng)軸從鉆桿的內(nèi)部通過(guò)，采用滾動(dòng)軸承使銑刀可高速運(yùn)轉(zhuǎn)。銑刀由尾端的馬達(dá)和傳動(dòng)齒輪裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其轉(zhuǎn)速采用電氣控制系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。加工時(shí)采用工件回轉(zhuǎn)的方式。鉆銑工具僅銑刀作旋轉(zhuǎn)的銑削主運(yùn)動(dòng)和軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工件夾持在機(jī)床主軸上作低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了減少銑刀的振動(dòng)，提高加工精度，在鉆桿圓周方向裝有四個(gè)導(dǎo)向條。同時(shí)在工件支架和刀具支架之間裝置有可移動(dòng)的中間支架，以增強(qiáng)刀具的剛度和減小振動(dòng)。此外，還采取了增加傳動(dòng)齒輪齒數(shù)的措施來(lái)減小銑削產(chǎn)生的振動(dòng)。圖5所示為鉆銑加工法的刀具結(jié)構(gòu)。

2.2 特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

鉆銑法最主要的特點(diǎn)就是克服了深孔加工中的零切削速度區(qū)問(wèn)題，也就相應(yīng)的解決了切削困難、刀具磨損嚴(yán)重、加工精度降低、生產(chǎn)效率下降等一系列的問(wèn)題。此方法加工精度高、刀具壽命長(zhǎng)、刀具剛度好、無(wú)零切削速度區(qū)、直線(xiàn)誤差小、生產(chǎn)效率高。同時(shí)冷卻和排屑設(shè)計(jì)也比較成熟，因此在加工大孔徑深孔時(shí)，鉆銑法能夠最大程度的發(fā)揮其作用。缺點(diǎn)為制造成本高，刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。鉆銑法的應(yīng)用范圍主要包括：大型機(jī)械主軸的中空內(nèi)孔的加工、礦山中的液壓護(hù)柱、軍工炮管等。總之適用于大孔徑的深孔加工，利用鉆銑法不僅能夠提升切削速度、提高生產(chǎn)效率，而且能夠提升加工質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)深孔加工方法（BTA深孔鉆、機(jī)械夾固硬質(zhì)合金鉆頭、單刃深孔鉆、接柄麻花鉆），一直不能解決的零切削速度區(qū)問(wèn)題，鉆銑法第一次克服了這一問(wèn)題，同時(shí)也解決了零切削速度區(qū)帶來(lái)的一些問(wèn)題，可以說(shuō)是深孔加工史上的一次飛躍，雖然此方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，而且目前只適用于大孔徑深孔的加工，但是其能夠很大程度上提高生產(chǎn)效率、提高加工精度，另外刀具壽命長(zhǎng)，加工誤差小，所以能夠在大型設(shè)備的深孔加工中發(fā)揮巨大的作用。隨著深孔加工技術(shù)的不斷提高和創(chuàng)新，鉆銑法的應(yīng)用范圍也會(huì)越來(lái)越廣。

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