金 艷，齊 威

(大連工業(yè)大學，遼寧 大連 116034)

0 引言

深孔加工在各個領域應用廣泛，尤其在汽車、工程機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機械等領域的機械零件十分常見，傳統(tǒng)的深孔鉆床采用長鉆頭以人工控制機床的方式進行加工，加工過程中存在著精度不高、難度大等很多問題，使深孔零件的品質(zhì)始終達不到設計的最佳要求。隨著數(shù)控技術的普及，先進的數(shù)控加工機床逐漸應用到機械生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的深孔鉆床因不具備數(shù)控功能往往被閑置或淘汰，新購置的數(shù)控鉆床在結構和加工性能方面具有明顯的優(yōu)勢，但也仍存在著傳統(tǒng)鉆床對深孔加工的部分難題，需要制造工藝和技術上的進一步改善。

1 深孔零件加工的難點分析

1.1 深孔加工的特點

深孔加工主要是針對普通的鉆孔加工方式而言的，相對于普通的鉆孔加工，深孔加工的孔深尺寸更大，通常為加工孔直徑的20～100倍或更大，深孔加工在傳統(tǒng)的機床上視孔深的不同采用不同的機床執(zhí)行，對于孔深相對較小時，仍可采用搖臂鉆床進行加工，對于孔深超過孔徑的150倍或更深時，通常采用立式制造中心或增加相關輔助結構進行制造。

1.2 深孔加工的難點

(1)切屑排出問題。普通的孔加工鉆頭，采用普通的長距離螺旋排屑結構，這對于淺孔制造而言較為適宜，但在深孔加工過程中，由于鉆頭很長，深處加工時對金屬的切削產(chǎn)生的細屑不易排出，細屑的存在導致鉆頭變形，同時產(chǎn)生較大的摩擦阻力。

(2)散熱不良問題。一方面由于金屬細屑的集聚產(chǎn)生的摩擦阻力會引起加工溫度的升高，另一方面由于孔深較深，常規(guī)的冷卻液冷卻方式很難起到有效的輔助效果，由于冷卻液不能及時到達鉆頭的切削位置，導致加工過程散熱困難。

(3)鉆頭受力狀態(tài)不良。常規(guī)的鉆孔加工方式不能適應深孔加工的要求，其主要原因是當普通結構的鉆頭加工孔深超過自身直徑尺寸6倍以上時，鉆頭會受到較大的扭轉阻力，隨著加工深度的增加，金屬切削的能力逐漸減弱，扭矩的累計作用會導致鉆頭產(chǎn)生震顫問題，當深度進一步增加到鉆孔直徑的8～10倍以上時，在復雜的受力作用下，鉆頭損壞的概率不斷增加，若不采取適當?shù)恼{(diào)整或處理，鉆頭將會折斷。

2 數(shù)控深孔零件鉆床加工技術

2.1 數(shù)控深孔鉆床的技術特點

數(shù)控深孔鉆床是在傳統(tǒng)的深孔制造技術和機械結構的基礎上發(fā)展而來的，其主要的特點是深孔制造的全自動化加工，這要求機床具備自動控制、檢測、程序編制等功能。數(shù)控深孔鉆床工作的核心部件是可編程控制器，通常是基于PLC技術實現(xiàn)的，技術人員可以針對深孔制造的特點輸入合理的程序控制數(shù)控鉆床進行深孔加工，程序編制內(nèi)容包括了主軸轉速、鉆孔供給速度、打孔次數(shù)、加工坐標、鉆孔深度等信息，程序編制完成后，由主控制器控制機床主軸運動到適當位置，并執(zhí)行縱向進給運動和切削、冷卻液的排除和供給。數(shù)控深孔鉆床相對于普通機械鉆床具有更全面的監(jiān)測技術，有利于利用傳感器精確控制加工過程，減少鉆頭損壞等問題的發(fā)生概率。

2.2 設計合理的深孔加工工藝流程

深孔鉆床的加工需根據(jù)不同孔的制造要求設計多樣化的加工工藝路線，如圖1所示，為深孔加工流程設計參考，在程序執(zhí)行的過程中，系統(tǒng)根據(jù)不同的加工過程、孔深、孔徑等特點，選擇合適的加工方案，并在此過程中進行執(zhí)行程度的監(jiān)控，對于執(zhí)行過程可能出現(xiàn)的問題進行自動處理或返回上一工序重新加工，以確保深孔加工質(zhì)量。

圖1 數(shù)控深孔加工流程設計

3 深孔加工精度提升方法

3.1 以多次加工代替一次成型

為減少深孔加工過程排屑不暢或受力不良問題，應采用多次加工的方式完成深孔制造過程，避免僅用一次或較少次數(shù)便完成深孔的制造，利用數(shù)控鉆床進行多次加工，相對于人工多次加工具有更好的質(zhì)量保證，且有效降低深孔制造的難度。多次加工主要可從兩方面進行考慮，一是采用逐級加工的方式，即利用轉頭先加工指定深度的孔，通常深度為孔徑的5～6倍，暫停加工，清除鐵屑后補充冷卻液再繼續(xù)加工，直到深孔加工完成；二是在深孔位置預鉆粗加工孔，該孔徑適當小于圖紙孔徑，然后利用機床精加工深孔，改善加工過程的鉆頭受力情況，并減少切屑的產(chǎn)生量。

3.2 采用合理的排屑方案

合理選擇深孔制造專用鉆頭，現(xiàn)階段市場上銷售的深孔專用鉆頭依據(jù)鉆削加工的特性設計，有利于深孔排屑性能的提升，且合金鋼具有良好的散熱性能，由于特殊設計的形狀，如利用具有開放的凹槽結構的鉆頭加速切屑的排出速度，或利用寬型鉆槽提升排屑和冷卻效果。對于不采用分級鉆削加工或其他多次加工的形式下，還可考慮采用高壓冷卻液替代傳統(tǒng)冷卻液的輔助加工方法，由于高壓冷卻液在噴射過程中具有更高的流速，能保證冷卻液及時到達鉆頭切削位置，并具備一定的動能將金屬細屑沖出，實現(xiàn)鉆孔加工狀態(tài)的有效改善。此外，在進行深孔加工的過程中要盡量采用適當轉速和較小的進給量，確保深孔表面質(zhì)量，并形成合理的切屑產(chǎn)生量與排出量比例。

3.3 注意避免深孔偏斜問題

由于深孔加工的特殊性，在加工過程中很難完全保證不產(chǎn)生偏斜問題，深孔偏斜問題會在一定程度影響機械零件的裝配精度。要避免深孔切削的偏斜問題，一方面應優(yōu)化鉆頭的受力情況，對深孔加工零件表面進行適當?shù)募庸ぬ幚?，使其具有良好的平整性，同時優(yōu)化鉆頭的導向條件，采用較長的導向結構，使其在深孔切削過程的受力具有對稱性特點；另一方面，還要選擇剛性良好的鉆頭，減輕鉆頭在加工過程中的變形問題，提升深孔加工質(zhì)量。

4 結語

數(shù)控深孔鉆床具有良好的深孔零件加工優(yōu)勢，在機械制造過程中的精確度、制造效率方面相對于傳統(tǒng)人工操作機床加工提升明顯，在使用數(shù)控深孔鉆床加工深孔時，也必須要充分考慮加工工藝的合理性和刀具選擇的科學性，加工過程要確保能夠順利排屑和及時散熱，并優(yōu)化鉆頭的受力狀態(tài)，確保深孔加工質(zhì)量符合生產(chǎn)要求。