基于機(jī)械加工的深孔加工技術(shù)研究

晏山洪　左立良

摘? 要：隨著現(xiàn)代機(jī)械的不斷深入發(fā)展，工藝工程不斷完善，對(duì)加工精度的要求也越來(lái)越高。深孔加工是機(jī)械加工中的一個(gè)常見(jiàn)而困難的部分。因此，需要科學(xué)設(shè)計(jì)深孔加工工藝，解決深孔加工的難題，從而提高深孔加工的精度和質(zhì)量。深孔加工技術(shù)的特點(diǎn)是難度高、工藝復(fù)雜、質(zhì)量要求高。在深孔加工過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際工作需要準(zhǔn)備設(shè)備選型和工藝路線設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)加工各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，以保證深孔加工的效果，提高加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;深孔加工技術(shù);研究分析

前言：目前，深孔加工技術(shù)在機(jī)械加工中應(yīng)用廣泛，在機(jī)械加工中占有重要地位，這與主要深孔加工技術(shù)的性質(zhì)和功能密切相關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程中，深孔加工技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，它主要來(lái)源于機(jī)械的生產(chǎn)制造過(guò)程。深孔加工技術(shù)最初僅用于軍事領(lǐng)域，加工難度大，成本高。尤其是隨著人們對(duì)機(jī)械精度的要求越來(lái)越高，加工技術(shù)就變得越精確。因此，深孔加工技術(shù)展的發(fā)展對(duì)整個(gè)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。應(yīng)根據(jù)深孔的特點(diǎn)，不斷分析和優(yōu)化深孔加工工藝。最后，為了提高加工效率，機(jī)械工程必須注意使用深孔加工技術(shù)。結(jié)合深孔加工技術(shù)要點(diǎn)和深孔加工特性，對(duì)深孔加工進(jìn)行了研究。

一、深孔加工技術(shù)概述及其特征

（一）概述

（1）目前，大多數(shù)深孔加工技術(shù)仍然采用傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)，這些技術(shù)要求更大的機(jī)床主軸面積，主軸的同心度應(yīng)盡可能小。對(duì)新鉆頭的研究目前仍然是一個(gè)熱點(diǎn)。（2）電火花加工。關(guān)鍵是利用小孔高速加工機(jī)快速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)小孔電極管進(jìn)行加工。該方法處理效率高，適用范圍廣。通過(guò)利用電火燒花的高速加工技術(shù)，首先，必須持續(xù)利用工作流體的流動(dòng)，消除間隙中的腐蝕產(chǎn)物。第二，確保高電流密度。（3）炮孔加工技術(shù)。炮孔加工技術(shù)起源于炮管加工的應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于深孔加工中。加工過(guò)程中，立柱由導(dǎo)桿支撐，切削液通過(guò)進(jìn)油口輸送至鉆頭，便于切削區(qū)域。（4）二次深孔加工的潤(rùn)滑和冷卻。鉆孔后，由于需要應(yīng)用精加工深孔外科技術(shù)進(jìn)行二次加工，甚至多次加工。通常，飛機(jī)剎車(chē)和其他部件需要加工兩次。

（二）特征

1）處理困難。一般情況下，深孔加工是在半封閉和全封閉條件下進(jìn)行的。由于孔的半徑和深度差異較大，深孔加工形成的金屬切屑不易排出，往往影響加工。用于深加工的鉆頭長(zhǎng)度較長(zhǎng)，這決定了其剛性低，在孔內(nèi)容易晃動(dòng)，孔面精度難以保證。此外，深孔加工對(duì)散熱也有一定的影響，鉆孔往往會(huì)磨損鉆頭并增加溫度。工件的徑向跳動(dòng)和端面跳動(dòng)可用千分表控制在0.02mm以?xún)?nèi)。另外，為了避免加工過(guò)程中刀具切削力過(guò)大，導(dǎo)致切削穩(wěn)定性降低，需要在加工后完成10個(gè)工件，通過(guò)千分表測(cè)量控制工件位移的大小，提高工件的加工精度。此外，在加工過(guò)程中，還需要精確控制切削速度和進(jìn)給量，以避免工件端槽和外圓的振動(dòng)。內(nèi)孔進(jìn)、出料加工時(shí)，由于鏜槽與內(nèi)孔直徑的距離較小，為了避免加工誤差，應(yīng)使用千分表精確測(cè)量刀具的垂直位置。同時(shí)，還必須減少切屑去除因素對(duì)零件的影響。工作階段的切屑清除干凈，加工余量控制在0.06～0.1mm之間。對(duì)于深孔加工，切削形狀、尖端的使用和內(nèi)孔的表面粗糙度都會(huì)影響工件的加工質(zhì)量。如果不能進(jìn)行全面的檢測(cè)和控制，將會(huì)增加加工誤差，降低工件的加工質(zhì)量。2）加工深孔時(shí)，不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的金屬屑，必須快速有效地清除這些碎屑，否則會(huì)發(fā)生堵塞。最有用的加工方法有兩種：一種用于機(jī)械加工，將金屬應(yīng)用到鉆桿外壁;另一種是將冷卻液引入零件的井筒和鉆桿外壁，利用冷卻液將切屑從切削區(qū)排出。3）復(fù)雜多樣的運(yùn)動(dòng)方式。深孔加工必須是鉆頭與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，在深孔加工的工作模式中，切削運(yùn)動(dòng)為：（1）工件靜止，鉆頭旋轉(zhuǎn)并沿工件方向移動(dòng);（2）工件旋轉(zhuǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)毒卟灰苿?dòng)時(shí)，鉆頭移動(dòng)進(jìn)行直線進(jìn)給;（3）待加工工件對(duì)刀具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。這三種方法均可用于深孔零件的加工，但應(yīng)根據(jù)不同工件的要求采用不同的加工方法，然后選擇不同的切削方法。

二、深孔加工技術(shù)的發(fā)展

深孔加工技術(shù)目前處于發(fā)展階段。BTA鉆頭出現(xiàn)在20世紀(jì)下半葉，將深孔加工帶到了技術(shù)高峰; 20世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)技術(shù)達(dá)到高潮，發(fā)達(dá)國(guó)家將制造業(yè)視為注定失敗的產(chǎn)業(yè)，為了促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，自 80 年代以來(lái)，深孔加工技術(shù)在西方工業(yè)化國(guó)家停滯不前。20世紀(jì)50年代，槍鉆被廣泛應(yīng)用于民用設(shè)備的制造中，以實(shí)現(xiàn)特殊槍鉆的制造、工具工業(yè)和數(shù)控深孔鉆床的引進(jìn)。20世紀(jì)80年代之前，在40年代推出了三種BTA工具，它們都用于初級(jí)加工。深孔機(jī)床由于成本太高，難以承受，新的深孔加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)已成為制造業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)外許多研究者在深孔加工理論等諸多方面進(jìn)行了大量的研究并提出了解決方案。目前，世界上的排屑深孔鉆削技術(shù)大多采用φ1.8mm的單管排屑霧化深孔數(shù)控技術(shù)，隨著深孔加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)深孔加工技術(shù)的綜合研究具有重要意義。20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅速，深孔機(jī)床發(fā)展迅速。在精密品種方面與歐洲和美國(guó)有很大差距。數(shù)控深孔加工出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代末，包括液壓零件和工程機(jī)械等深孔加工技術(shù)。作為行業(yè)的關(guān)鍵制造技術(shù)，深孔加工技術(shù)的落后將導(dǎo)致不可避免的后果。20世紀(jì)80年代，技術(shù)研究的熱潮為中國(guó)深孔加工技術(shù)的現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。目前，深孔加工系統(tǒng)主要包括炮孔加工系統(tǒng)、DF加工系統(tǒng)、井噴處理系統(tǒng)等。切削液從接頭上方的進(jìn)油口輸入，60%的切削液從孔流向切削區(qū)域，剩余的切削液可進(jìn)入鉆桿，形成一個(gè)壓力區(qū)，排出有效去除切屑。內(nèi)排屑深孔加工技術(shù)誕生于槍鉆系統(tǒng)之后。針對(duì)炮鉆系統(tǒng)維修故障等問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)工藝，誕生了bta系統(tǒng)。切削液從鉆桿外側(cè)和孔內(nèi)流向切削部。切削液經(jīng)過(guò)濾后可循環(huán)使用。20世紀(jì)30年代，槍鉆系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于槍管制造，它具有自動(dòng)引導(dǎo)功能，可以通過(guò)使用一個(gè)單獨(dú)的切割系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，稱(chēng)為槍鉆系統(tǒng)。本系統(tǒng)供油方式與bta系統(tǒng)基本相同，切削液分兩部分輸入。70%的油通過(guò)孔壁，鉆體流向切削刃;剩余的30%進(jìn)入切屑提取裝置，并在鉆桿末端形成負(fù)壓吸入效應(yīng)。

三、機(jī)械加工的深孔加工技術(shù)研究

（一）排屑處理

隨著排屑量的積累，加工質(zhì)量將大大降低，尤其是內(nèi)部排屑鉆孔。由于空間和環(huán)境條件的限制，殘留染料去除雜質(zhì)，施工難度大。在切屑加工過(guò)程中，深孔切屑去除的主要問(wèn)題是切屑分離、斷屑和切屑去除。由于不同的材料特性，相應(yīng)的芯片將顯示不同的特性。芯片的寬度、形狀、曲率和尺寸影響很大。因此，在加工深孔時(shí)，要特別注意排屑。考慮到加工空間封閉，難以有效散熱，施工難度大。因此，應(yīng)充分考慮排屑系統(tǒng)和孔冷卻。例如，排屑和深孔鉆技術(shù)在加工深孔時(shí)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。它的特點(diǎn)是外部冷卻和內(nèi)部排屑，可以加工直徑約 80 毫米深的孔。鉆孔時(shí)，必須先旋轉(zhuǎn)工件，將鉆頭與螺紋連接，用刀架將油頭打入孔內(nèi)，并在工件中內(nèi)置導(dǎo)向裝置。如果鉆頭有排屑的深孔，排屑不會(huì)產(chǎn)生任何摩擦，保證了工件的質(zhì)量和加工精度。這種方法成孔效率高，排屑效果好，但成本較高。

（二）工藝路線的設(shè)計(jì)與選擇

在加工過(guò)程中，要充分考慮深孔加工工藝和刀具的適應(yīng)性，根據(jù)被加工零件的特性選擇合適的加工方法，充分考慮零件材料的性能，并根據(jù)加工工藝進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。機(jī)械加工一般分為精加工、半精加工和粗加工。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)選擇合適的技術(shù)手段，有效提高加工質(zhì)量和效率。此外，深孔加工工藝及其設(shè)計(jì)也應(yīng)根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體的加工工藝和設(shè)備因素進(jìn)行調(diào)整。由于深孔加工技術(shù)的飛速發(fā)展，深孔加工技術(shù)逐漸進(jìn)入精密封閉加工時(shí)代，優(yōu)化深孔工藝，有效避免多重應(yīng)力造成的誤差。最后，增加加工余量，適當(dāng)檢查加工余量和深孔零件的余量。因此，在制造過(guò)程中，數(shù)量應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的質(zhì)量要求而定。

（三）選擇合適的刀具

目前，在深孔喂料過(guò)程中將采用先進(jìn)的科學(xué)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)操作，主要是提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。此外，公司還明確要求，如果在加工過(guò)程中需要保證刀具的正常運(yùn)行，相關(guān)人員在購(gòu)買(mǎi)刀具時(shí)必須做好刀具的質(zhì)量測(cè)量工作。只有確保選用的刀具和設(shè)備具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，才能有效地提高深孔加工技術(shù)。其次，還應(yīng)允許其他設(shè)備配合工具操作。在加工設(shè)備的選擇上，將主要選擇內(nèi)部切屑鉆頭、切屑鉆頭、吸屑鉆頭、扭轉(zhuǎn)鉆頭和扁平鉆頭。根據(jù)實(shí)際加工情況制定了機(jī)械設(shè)備選型方案，開(kāi)始機(jī)械設(shè)備選型。在采購(gòu)過(guò)程中，必須對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的質(zhì)量檢查，并在確保質(zhì)量正確后介紹加工現(xiàn)場(chǎng)。使用機(jī)械設(shè)備時(shí)，應(yīng)定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，消除機(jī)械設(shè)備的故障，提高設(shè)備質(zhì)量。

（四）冷卻和潤(rùn)滑

在深孔加工過(guò)程中，由于孔內(nèi)加工環(huán)境的密封，孔內(nèi)溫度迅速上升。因此，必須對(duì)孔洞采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施，以保證切削時(shí)的潤(rùn)滑效果。冷卻劑和潤(rùn)滑劑充分?jǐn)嚢杩梢员ＷC冷卻效果，大大延長(zhǎng)刀具壽命。同時(shí)，通過(guò)冷卻液的有效應(yīng)用，達(dá)到減振、降噪的目的。由于鉆孔直徑相對(duì)較小，深度相對(duì)較大，因此在鉆孔中進(jìn)行鉆孔。在這個(gè)過(guò)程中，處理后的電阻將逐漸增加，當(dāng)然，需要更多的熱量來(lái)克服它們。此外，徑向?qū)驂K和切削導(dǎo)向塊一起在刀具和孔壁之間產(chǎn)生摩擦，必須通過(guò)冷卻措施獲得。冷卻液可以在導(dǎo)向塊與孔壁之間形成液壓支撐系統(tǒng)，從而減少導(dǎo)向塊之間的摩擦，降低能耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

（五）定位的選擇

與其他孔成形工藝一樣，深孔加工也要求定位精度。在實(shí)際加工過(guò)程中，常見(jiàn)的定位方式是圓錐定位。這種定位方法主要用于管道鉆孔、旋轉(zhuǎn)孔和中小直徑孔。同時(shí)，內(nèi)錐也可用于定位，主要用于中徑;外錐定位主要用于小直徑擠壓孔或加工槍鉆。使用錐形定位法時(shí)，為了證明平直度和余量，在鉆孔前端面必須是外錐面。定位大直徑深孔時(shí)，應(yīng)使用外圓，安裝面和定位面應(yīng)進(jìn)行處理，同時(shí)定位這些非旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)將安裝面用作定位參考。

（六）加強(qiáng)設(shè)備管理

深孔加工通常采用專(zhuān)業(yè)設(shè)備完成工件的加工，主要根據(jù)動(dòng)態(tài)輸送方式進(jìn)行選擇。通常工件旋轉(zhuǎn)，輔助刀具軸向推進(jìn)，使加工過(guò)程順利完成。機(jī)床的選擇是最重要的設(shè)備之一。機(jī)床是整個(gè)加工過(guò)程的基礎(chǔ)，主要由主軸箱組成。本實(shí)用新型由進(jìn)料箱、刀具夾緊裝置、機(jī)床、床身、中心架和活動(dòng)輔助裝置組成。主軸箱是控制主軸的支撐主軸，為了能夠在不同高度上旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，通常在主軸上安裝卡盤(pán)和刻度盤(pán)等輔助部件。進(jìn)給箱通過(guò)蝸桿將電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)能傳遞給刀具，夾具主要夾緊與螺母連接的鏜桿。鏜桿由絲杠驅(qū)動(dòng)，可完成軸向加工和進(jìn)給。床身是一種基本結(jié)構(gòu)，它不僅可以確保每個(gè)零件都處于準(zhǔn)確的位置，還可以協(xié)調(diào)每個(gè)零件的工作條件。床身配有刀架、控制臺(tái)、導(dǎo)軌等，床身下部配有控制臺(tái)，確保整個(gè)加工系統(tǒng)在堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)深孔加工設(shè)備不能充分利用時(shí)，可用臥式車(chē)床代替孔加工設(shè)備。深孔刀具裝夾應(yīng)配備專(zhuān)用刀夾，專(zhuān)用刀架安裝在進(jìn)給滑塊上。在車(chē)削過(guò)程中，車(chē)削主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，滑板帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。輸油裝置也是深孔加工的重要輔助裝置。主要工作能量是保證切削液進(jìn)入預(yù)定區(qū)域，使切屑能液壓驅(qū)動(dòng)切屑加工，完成工件與基體的接觸定位。使用排屑方法，冷卻液很容易在鉆孔中泄漏，并且必須調(diào)整加工以保證條件。進(jìn)料器與導(dǎo)向架的連接應(yīng)使用墊圈完成，防止漏油。同時(shí)，輸油機(jī)與鉆桿的接觸面與支撐架端面之間應(yīng)加密封圈，以提高泄漏效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

深孔加工是機(jī)械加工中難度較大的工序，工藝復(fù)雜，排屑困難。因此，在進(jìn)行深孔加工時(shí)，必須充分考慮工件的加工要求，并根據(jù)工件材料的特性選擇合適的機(jī)床、刀具、切削液和加工路線，因此，需要?jiǎng)?chuàng)新和研究更合適的加工方法，以促進(jìn)深孔加工技術(shù)的發(fā)展。

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