深孔鉆鉆頭特點(diǎn)、適用范圍及深孔加工注意事項(xiàng)

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?、中等深孔及特殊深孔三種。（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(lèi)

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

（2）L/D=20～30，屬于中等深孔。常在車(chē)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、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)，使刀具壽命降低，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、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(lèi)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(lèi)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（Teflon）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

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。

槍鉆系統(tǒng)

槍鉆應(yīng)用范圍：槍鉆（外排屑深孔鉆）主要用于加工孔φ2～φ20mm、長(zhǎng)徑比L/D＞100、精度在IT8～I(xiàn)T10之間，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)排屑示意圖

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Ra3.2～1.6um，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?/p>

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)，加工表面粗糙度在Ra3．2~0．8um。

4、DF系統(tǒng)深孔鉆

DF系統(tǒng)深孔鉆又稱單管?chē)娚溷@，DF為英文Double Feeder的縮寫(xiě)，原意是雙進(jìn)油裝置。DF系統(tǒng)深孔鉆是七十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(lèi)型、結(jié)構(gòu)及使用范圍，才能更好提高深孔加工的效率。