槍鉆在數控加工中心上應用探索

漆志平，王榮芳

（中航工業飛行自動控制研究所，陜西 西安 710065）

槍鉆是一種外排屑深孔鉆，因其最早應用于加工槍管，故而得名。槍鉆具有單次退刀完成深孔的加工，并能獲得良好精度和表面粗糙度的特點，已廣泛應用于精密深孔和一些特殊孔加工。隨著近幾年來的發展，槍鉆不僅適用于加工通孔，還可以加工盲、階梯孔、斜孔、半圓孔、斷續孔和疊層板孔等。

1 槍鉆在數控加工中心上使用必要性

隨著我國裝備制造業整體水平的提升，數控設備在加工效率及加工精度等方面，得到大家的一致認可，并得到廣泛推廣應用，部分制造業廠家的數控設備占有率甚至達到90%。充分發揮數控機床自身的特點，有效提高機床的加工效率，從而獲得好的經濟效益，是我們孜孜不倦去追求的一個方向。

在機械加工中，孔加工占機械加工的比例30%以上，特別是汽車與航空等行業更加廣泛，因而價格便宜和加工效率高的槍鉆，是孔類加工刀具的一個很好的選擇。

1.1 槍鉆結構及分類

槍鉆是由頭部1、鉆桿2和傳動部3（柄部）這3部分組成，如圖1所示。

圖1 槍鉆結構簡圖

根據槍鉆頭部結構不同，可分為單刃槍鉆和雙刃槍鉆，其中單刃槍鉆根據其使用的材質不同，又分為：硬質合金頭部、整體硬質合金和帶刀片這3種。

槍鉆制造廠家有德國鈷領、陜西關中工具廠、北京哈曼等工具廠。

其中，

整體硬質合金單刃槍鉆，幾乎適合加工所有的材料，其直徑從Φ（1.0～8.0）mm，槽長最長為300 mm；

合金頭部單刃槍鉆，幾乎適合加工所有材料，其直徑從Φ（2.0～40.0）mm，總長最長為3 000 mm；

合金雙刃槍鉆，適合加工鑄鐵、鋁和短屑有色金屬，其直徑從Φ（6.0～27.0）mm，最大總長為1000mm；

帶刀片的單刃槍鉆，適合絕加工大部分材料，直徑從Φ（16.0～40.0）mm，總長最大可達3 000 mm。

1.2 鉆頭主要結構及作用

鉆頭切削作用，主要分別由外切削角α和內切削角β完成。兩個角在鉆尖P處相遇（如圖2），由這兩個刃口所形成的頭端夾角，可以按照工件材料和所加工孔的技術要求，作適當的變化，以便得到便于排出的最佳切屑形狀。切削刃上的主后角，隨工件的材料不同而定，一般為8°～15°。

圖2 鉆頭結構簡圖

鉆頭頭部有出油孔，出油孔的形狀和大小，主要根據切削液流動特征和流量的要求來確定。常用的形狀有單圓孔形、半月形、八字形及雙圓孔形4種，如圖3所示。

圖3 槍鉆鉆頭油路口形狀

其中雙圓孔形及八字形的出油孔截面積為最大，常用于大直徑槍鉆或雙刃槍鉆；小直徑槍鉆或單刃槍鉆，常用單圓孔及半月形截面形狀。

1.3 槍鉆鉆桿結構及用途

鉆桿一般用高強度合金鋼管壓制成，根據鉆孔的深淺和鉆頭的結構，可選用不同形式的鉆桿，如圖4所示。

圖4 槍鉆鉆桿的類型

D形鉆桿適用于Speed bit槍鉆；中心槽形鉆桿適用于銷式槍鉆；V形鉆桿和圓形鉆桿適用于普通（標準）槍鉆；V形鉆桿用于鉆深一些的孔；圓形鉆桿用于鉆淺孔；麻花形鉆桿用于立式鉆削。

鉆桿是用軋制或錘打而成，最普通的溝槽形狀是V形，它和鉆頭頭部的溝槽相銜接。鉆桿直徑必須略小于鉆頭直徑，但不宜過小，否則切屑容易泄漏到V形槽外，劃傷已加工面。通常鉆桿直徑d1（mm）計算公式為

式中，d0為鉆頭直徑。

鉆桿壁厚t計算公式為

1.4 傳動器

傳動器都是安裝在鉆桿的后端，將刀具和機床連接起來的部分，其連接必須牢靠，以便有效地傳遞力和力矩。傳動器的直徑，必須能將鉆桿合適地錫焊在內，而且必須足夠大，以便不致因為擰上止動螺釘而變形。

2 使用時注意的問題及切削參數選擇

2.1 內冷要求

原則上超過20倍徑的小于直徑5 mm的內冷壓力，須大于等于8 bar，實際上須大于至少6 bar，否則須降低進給，滿足不了會把刀折斷。

2.2 夾持要求

原則上須要求用液壓刀柄，強力刀柄也可以，刀尖跳動須保持在0.02 mm左右。

2.3 底孔要求

槍鉆底孔尺寸，應大于等于槍鉆本身0.02～0.05 mm，深度大于3倍徑即可。

2.4 可加工孔深

式中，l為有效加工孔深，L為槽形總長。

2.5 加工時注意事項

槍鉆低轉速快進給地進入到引導孔內，一般n=200 r/min，F=100 mm/min，進入到引導孔深度2/3后，打開冷卻液，同時提高切削速度至正常值，繼續一次性加工到預定深度。

當長徑比加大時，適當降低切削參數為正常的75%，當加工到深度約25 mm后，按正常切削參數加工。

加工到要求的深度后，關閉冷卻液，低轉速（不超過n=100 r/min）并快速退出槍鉆至孔口。

2.6 基本加工參數計算方法

整體硬質合金單刃槍鉆，在加工不同材料的工件時，相對應的線速度關系如圖5所示。

圖5 整體合金單刃槍鉆線速度選擇圖

整體硬質合金單刃槍鉆的刀具直徑，與每轉進給速度f之間的關系，如下圖6所示（圖6中直線顏色與圖5中的顏色相對應）。

圖6 整體合金單刃槍鉆每轉進給速度選擇圖

由圖5和圖6就可以分別計算出主軸轉速n。

式中，

n為主軸轉速；

Vc為線速度；

D為槍鉆直徑。

主軸進給速度F

式中，

F為主軸進給速度；

n為主軸轉速；

f為每轉進給速度。

3 槍鉆在數控加工中心上的應用

被加工材料為不銹鋼，加工的孔徑為Φ 2.9 mm，孔深為136 mm，長徑比達到46。

原加工方案是，數控加工中心點初孔，由鉗工再引深到要求尺寸，單孔鉗工加工時間在2 h左右。

改用槍鉆后，使用的槍鉆為德國鈷領整體硬質合金槍鉆，依照圖6，計算出推薦的轉速n為3 300～5 400 r/min，主軸進給速度推薦F為23～37 mm/min。

第一次試加工時，n=3 300 r/min，F=23 mm/min，內冷壓力為6 Bar。加工時，聲音比較大，鐵屑成絲狀，表面品質量存在劃痕。經過分析，可能是斷屑不好。

改變切削參數為n=3 800 r/min，F=25 mm/min，內冷壓力為7.5 Bar。加工時，聲音比較小，吃刀平穩，鐵屑成片狀隨冷卻液飛出來，表面品質較好，沒有劃痕，加工時間為7min，加工效率大幅提高。

4 結束語

在具備條件的加工中心上使用槍鉆，能有效保證深孔的加工精度及表面粗糙度；選用合適鉆頭幾何形狀及材料，可以在加工深孔時，大大提高主軸轉速及進刀速率；同時由于排屑更加順暢，頭部冷卻更充分，延長了刀具壽命，從而使深孔加工取得較高的加工效率，同時還能獲得更好的經濟效益。

[1]王世清，朱 林，等.深孔加工技術[M].西安：西北工業大學出版社，2003.

[2]德國鈷領公司.參考手冊[M].德國鈷領公司,2009.