鉆銑法在深孔加工中的應用

摘 要：鉆銑法-銑刀安裝在鉆頭上，深孔加工切削時，銑刀自轉從而解決了零切削區的問題，是深孔加工工藝的一次飛躍。在不同范圍傳統的深孔加工中經常使用到的方法：BTA深孔鉆、機械夾固硬質合金鉆頭、單刃深孔鉆、接柄麻花鉆等都不能從根本上解決零切削區的問題。直到鉆銑法的出現這一問題才得到解決，并在目前的深孔加工中得到了廣泛的使用和推廣。

關鍵詞：鉆銑法 深孔加工 零切削區

中圖分類號：TG52文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0099-02

在機械制造業中，深孔加工一直是一個難點，由于其加工的特殊性導致深孔加工存在許多需要解決的問題，如：切削速度低、刀具不易冷卻、切屑堆積排出困難、加工效率低等。BTA深孔鉆和單刃深孔鉆的出現很大程度上使深孔加工得到了一定程度上的改善。但是這兩種方法不能解決深孔鉆削零切削速度區這一問題。直到德國斯圖加特大學機床研究所研究出鉆銷法，這一問題才有了突破性的進展。

1 傳統方法介紹

1.1 接柄麻花鉆

在普通的麻花鉆上焊接需要長度的長柄，被稱為接柄麻花鉆，這種方法一般用于加工直徑較小的深孔。雖然這種方法從某種程度上實現了小直徑深孔加工，但卻存在一些弊端，首先加工過程中注入冷卻液會因為切屑排出時的相反作用而不能順利進入深孔，這樣就需要多次退刀對刀具進行冷卻，這樣會大大降低加工的生產效率。其次鉆柄過長在加工中其精確度不好掌握，容易產生孔洞位置偏移。因此接柄麻花鉆不適用于精度要求高的深孔加工。詳見圖1。

1.2 單刃深孔鉆

單刃深孔鉆又被稱為槍管鉆，通常用于加工直徑為6～16 mm的深孔。此種方法誕生于20世紀80年代，并有大量的實驗研究，分別從工藝參數、受力分析、加工精度、鉆頭的幾何角度加以驗證。此種方法加工深度可達1 m，相對于接柄麻花鉆有了長足的進步，鉆柄有V形孔設計，這樣在加工過程中，冷卻液可以通過一定壓力從V形孔噴射到鉆頭和加工面，同時通過噴射沖擊可將切屑從鉆柄的V形槽排出，這就解決的刀具的冷卻問題，因此加工中無需退刀，提升了加工效率。單刃深孔鉆被認為在加工小直徑深孔中，是一種效果良好行之有效的加工方法。詳見圖2。

1.3 機械夾固不重磨硬質合金鉆頭

機械夾固不重磨硬質合金鉆頭其特點為在鉆頭上安裝了2個硬質合金刀片，這樣鉆頭就存在2個切削刃，這種結構加工時對中性好，加工精度高。同時刀具磨損后只需更換刀片無需更換鉆頭，這樣也提高了鉆頭的使用壽命。排出切屑的方式采用外排式，將冷卻液注入刀柄的孔中，冷卻液到達切削刃處將切屑通過導屑槽沖出，效果良好。因此機械夾固不重磨硬質合金鉆頭在數控機床、普通機床、加工中心等的深孔加工中心等到廣泛應用。總體看來機械夾固不重磨硬質合金鉆頭具有切削速度塊、生產效率高、加工精度高、冷卻效果好、刀具壽命長等特點，相對傳統的麻花鉆頭更有優勢，應用也越來越廣泛。但這種方法多用于常規孔的加工，對于直徑太大或太小的深孔加工應用不多。詳見圖3。

1.4 BTA深孔鉆

BTA深孔鉆又被稱為炮管鉆，適用于直徑較大的深孔（25～100mm）。其特點為在鉆頭上安裝了3塊硬質合金刀頭，相對于機械夾固不重磨硬質合金鉆頭的2塊硬質合金刀頭精確度更高。冷卻和排出切屑的設計和機械夾固不重磨硬質合金鉆頭類似。最為特殊的是BTA深孔鉆增加了2塊導向條，這樣一方面增加了刀桿的強度，另一方面也能夠有效地防止切削過程中由于切削力而產生的偏移。BTA深孔鉆目前被廣泛應用于中等孔徑的深孔加工中，屬于比較成熟的方法。詳見圖4。

2 鉆銑法加工深孔

以上4種方法被廣泛的應用于各類深孔的加工，工藝也比較成熟，但是這幾種方法都不能解決刀具零切削速度區問題。這個問題會造成切削困難、刀具磨損嚴重、加工精度降低、生產效率下降等一系列的問題。直到鉆銑法的出現，才對此問題做出了有益的探索。

2.1 鉆銑加工法應用的工具

鉆銑加工法所用的刀具如圖5所示，它是在鉆頭的前端裝置一把銑刀（根據孔徑的大小可為盤銑刀也可為指狀銑刀），鉆頭的側面裝有一塊擴孔用的硬質合金刀片。排屑槽位于該刀片前面。高壓的冷卻液從刀桿內部的管道中輸入至銑刀和擴孔刀片的加工位置處。切屑在冷卻液的壓力下從排屑槽中排出。由于主運動為銑刀的旋轉運動故切屑為較短的斷碎切屑，易于被排除。銑刀的傳動軸從鉆桿的內部通過，采用滾動軸承使銑刀可高速運轉。銑刀由尾端的馬達和傳動齒輪裝置進行驅動。其轉速采用電氣控制系統在一定范圍內無級調速。加工時采用工件回轉的方式。鉆銑工具僅銑刀作旋轉的銑削主運動和軸向進給運動。工件夾持在機床主軸上作低速回轉運動。為了減少銑刀的振動，提高加工精度，在鉆桿圓周方向裝有四個導向條。同時在工件支架和刀具支架之間裝置有可移動的中間支架，以增強刀具的剛度和減小振動。此外，還采取了增加傳動齒輪齒數的措施來減小銑削產生的振動。圖5所示為鉆銑加工法的刀具結構。

2.2 特點及應用范圍

鉆銑法最主要的特點就是克服了深孔加工中的零切削速度區問題，也就相應的解決了切削困難、刀具磨損嚴重、加工精度降低、生產效率下降等一系列的問題。此方法加工精度高、刀具壽命長、刀具剛度好、無零切削速度區、直線誤差小、生產效率高。同時冷卻和排屑設計也比較成熟，因此在加工大孔徑深孔時，鉆銑法能夠最大程度的發揮其作用。缺點為制造成本高，刀具結構復雜。鉆銑法的應用范圍主要包括：大型機械主軸的中空內孔的加工、礦山中的液壓護柱、軍工炮管等。總之適用于大孔徑的深孔加工，利用鉆銑法不僅能夠提升切削速度、提高生產效率，而且能夠提升加工質量。

3 結語

相對于傳統深孔加工方法（BTA深孔鉆、機械夾固硬質合金鉆頭、單刃深孔鉆、接柄麻花鉆），一直不能解決的零切削速度區問題，鉆銑法第一次克服了這一問題，同時也解決了零切削速度區帶來的一些問題，可以說是深孔加工史上的一次飛躍，雖然此方法結構復雜，制造成本高，而且目前只適用于大孔徑深孔的加工，但是其能夠很大程度上提高生產效率、提高加工精度，另外刀具壽命長，加工誤差小，所以能夠在大型設備的深孔加工中發揮巨大的作用。隨著深孔加工技術的不斷提高和創新，鉆銑法的應用范圍也會越來越廣。

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