什么是深孔？深孔加工的特點 深孔鉆鉆頭的類型和結(jié)構(gòu)

深孔加工是機械加工中的難點，也是當(dāng)今加工的熱點。目前隨著復(fù)雜的深孔加工要求變得越來多，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、適用范圍以及深孔加工注意事項。

什么是深孔 ？

在機械制造加工中，一般將孔深超過孔徑10倍的圓柱孔稱為深孔。深孔按孔深（L）與孔徑（D）之比（L/D）的大小來區(qū)分，通常可分為一般深孔、中等深孔及特殊深孔三種。（Ps：L/D的比值越大加工起來就越困難。）

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

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

2.在鉆孔和擴孔時，冷卻潤滑液在沒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.在深孔的加工過程中，不能直接觀察刀具切削情況，只能憑工作經(jīng)驗聽切削時的聲音、看切屑、手摸振動與工件溫度以及觀儀表（油壓表和電表），來判斷切削過程是否正常。

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

5.為了保證深孔在加工過程中順利進行和達到應(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：切削液通過尾架上的輸油入口進入鉆桿內(nèi)部，到達鉆頭頭部進行冷卻潤滑，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、長徑比L/D＞100、精度IT8～IT10，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圓柱體，其工作原理如下圖所示，切削液經(jīng)加壓從入口進入授油器后通過鉆桿與孔壁形成的密封環(huán)狀空間，流向切削部分進行冷卻潤滑，并將切屑壓入鉆頭上的出屑口，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、長徑比不大于100的深孔，加工精度為IT7～IT10級，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：必須使用專用的機床設(shè)備，機床還須設(shè)置一個油液切屑分離裝置，通過重力沉淀或電磁分離手段，使切削液分離并循環(huán)利用。另外在切削過程中，工件與授油器之間形成一個高壓區(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，加工時需采用較高的壓力和流速，為此市場上又研制出來一種生產(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，通過連接器將刀具連接到機床上，其噴吸鉆系統(tǒng)采用雙層管刀桿，切削液經(jīng)加壓后從入口進入，其中2/3的切削液進入內(nèi)、外鉆桿間的環(huán)形空間，流向切削部分進行冷卻和潤滑，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)腔形成一個低壓區(qū)，對攜帶切屑的切削液產(chǎn)生抽吸作用，在噴、吸雙重作用下，促使切屑快速從出口排出。

噴吸鉆的供油情況是通過旋轉(zhuǎn)連接器，導(dǎo)向座主要是支撐作用，可以不需要緊貼工件。這樣對五軸加工有極大的好處。因為我們一般在五軸加工上都會碰到非平面，導(dǎo)向座沒法緊貼工件。加上噴吸鉆在加工時會產(chǎn)生真空效果，能達到排屑，在使用上更加靈活。

噴吸鉆主要適用于加工長徑比不超過100、直徑范圍在18～65mm的孔，精度在IT9～IT11級。

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，原意是雙進油裝置。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)。因其一個鉆桿由切削液支托，振動減少，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，無論哪一種排屑方式均由工件、刀具、專用輔具、機床和控制系統(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運動方式。可見，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。

深孔加工時的注意事項

1.深孔加工操作要點

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，應(yīng)降速或停機以防損壞鉆頭。

2.深孔加工切削液注意要點

深孔加工過程中會產(chǎn)生大量的切削熱，并不易擴散，需要供給充足的切削液潤滑冷卻刀具。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，選用極壓乳化液或高濃度極壓乳化液，切削油的運動黏度通常選用（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

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)鉆一個淺孔，引鉆時可起導(dǎo)向定心作用。

3）為保證刀具使用壽命，最好采用自動走刀。

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

總結(jié)

深孔加工在機械加工領(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，只有掌握了深孔的概念，深孔加工的特點和難點，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