极限深孔加工中的极限操作

      深孔是指孔深与孔径比L/d≥5的孔，深孔加工是机械加工中的一道难题，也是加工难度最大的工序之一。

      深孔加工的难点主要体现在细长钻杆刚性不足、加工过程难以观察以及加工过程中排屑、散热困难。这些因素都会导致深孔加工的质量难以保证。所以，须根据实际情况选择合适的加工设备和刀、夹具来满足深孔加工的技术要求。

      深孔加工需注意什么

      正如下述视频中所示，深孔加工操作时要注意主轴和刀具导向套与支撑套、工件支撑套与夹持装置等中心线的同轴度应符合要求；切削液系统应畅通正常；工件的加工端面上不应有中心孔，并避免在斜面上钻孔等等。

      排屑——深孔加工最大问题

      要如何破解深孔加工的难题，最重要的分别是：排屑、排屑、还是排屑！深孔加工的最大问题就在排屑不可控制，且传统方法难以监控。看看下面这动图，你觉得这个排屑效果会怎么样？

      这是德国制造的深孔枪钻，世界上最长钻头，超级深孔钻，它的这种排屑方式是不是有效解决了深孔加工难题呢。

      6种常用的深孔加工系统

      1、传统钻削

      深孔加工起源于美国人发明的麻花钻。这种钻头的结构相对简单，切削液导入方便，便于制造出不同直径和长度的钻头以适用于加工不同尺寸的孔。

      在复杂壳体零件深孔加工中典型的工艺方法是采用长、短麻花钻配合使用、钻削过程多次退刀排屑、逐级延伸钻孔的方法。目前对于直径小于 6mm 的深孔，传统钻削仍是主要的加工方法。

      2、枪钻

      枪钻因最早用于枪管制造而得名。它采用单切削刃并具有自导向功能的 V 型中空钻杆，属于外排屑方式。

▲枪钻系统组成

▲枪钻钻头

      其工作原理如图所示，切削液从入口经加压泵进入钻杆内部通道，流向钻头的切削部分进行冷却润滑，并将携带切屑通过钻杆和孔壁间的 V 型槽，最后从出口排出。目前，枪钻系统主要用于加工直径φ<20mm 的深孔。

      3、BTA系统

      国际孔加工协会发明的一种内排屑深孔钻，BTA 系统中钻头与钻杆为中空圆柱体，提高了刀具刚性和快速拆装问题。

▲BAT系统组成

      其工作原理如图所示，切削液经加压从入口进入授油器后通过钻杆与孔壁形成的密封环状空间，流向切削部分进行冷却润滑，并将切屑压入钻头上的出屑口，经钻杆内腔从出口排出。BTA 系统主要适用于直径φ>12mm 的深孔加工。

      4、喷吸钻系统

      喷吸钻系统是利用流体力学的喷吸效应原理发明的双管内排屑深孔钻削方法。其喷吸钻系统采用双层管刀杆，切削液经加压后从入口进入，其中2/3的切削液进入内、外钻杆间的环形空间，流向切削部分进行冷却和润滑，并将切屑推入钻杆内腔。

▲喷吸钻系统原理

       其余 1/3 的切削液，从内钻杆上月牙状喷嘴高速喷入内钻杆，在内钻杆内腔形成一个低压区，对携带切屑的切削液产生抽吸作用，在喷、吸双重作用下，促使切屑快速从出口排出。喷吸钻系统主要适用于直径 φ>18mm 的深孔加工。

▲喷吸钻头

      5、DF系统

      DF 系统是一种双进油单管内排屑系统，其切削液分为前后两支，分别从两个入口进入。前一支 2/3的切削液经过钻杆与己加工孔壁形成的环状区域流向切削部分，并将切屑推入钻头上的出屑口进入钻杆，流向抽屑器；后一支 1/3 的切削液直接进入抽屑器，经前、后喷嘴之间喇叭口状的窄狭锥形间隙后获得加速，产生负压抽吸作用，达到加速排屑的目的。

▲DF系统工作原理

       DF 系统前半部分起“推”作用的结构类似于 BTA 系统，后半部分起“吸”作用的结构类似于喷吸钻系统，由于 DF 系统采用了双进油装置，仅用一根钻杆即完成推压和抽吸的切屑方法，所以钻杆直径可以做得很小小，能够加工更小的孔，目前，DF 系统的最小加工直径 φ 可达 6mm。

       6、SIED系统

       SIED 系统是一种由中北大学发明的单管内排屑喷吸钻系统。该技术以 BTA、喷吸钻、DF 系统 3 种内排屑钻削技术为基础，增加了分调式功率增补型抽屑装置，可实现冷却和排屑液流的独立控制。

▲SIED 系统工作原理

       其基本原理如图所示，切削液由液压泵输出后，分为两个分支：前一支切削液流入输油器，经钻杆与孔壁之间的环状空间流向切削部分，将切屑推入钻头上的出屑口；后一支切削液流入抽屑器，经锥形喷嘴副之间的间隙进入后喷嘴内腔，产生高速射流和负压。SIED 系统对两支液流各设独立的调压阀，可以分别调整至最佳冷却、抽屑状态。SlED 系统是一种正在逐渐推广的系统，也是目前较先进的系统。目前，SlED 系统可将最小钻孔直径缩小 φ5mm 以下。

      深孔加工在机械加工领域中占有非常重要的地位，约占孔加工量的40%。新型高强度、高硬度和高价值难加工深孔零件的不断出现，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断提高，作为关键工序和加工难点，以上的经验与方案在不同的情况下合理应用，才能够从容应对。