深孔加工技術演示教學課件

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深孔加工技術龐俊忠

中北大學，太原1深孔加工技術龐俊忠2幾個相關問題

因為時間的關系，就以下幾個問題做個簡單的介紹：深孔加工技術介紹深孔加工技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢中北大學工藝所深孔加工技術的研究情況2幾個相關問題因為時間的關系，就以下幾個問題做個簡單的介3一、引言1、深孔的定義

孔加工分為淺孔加工和深孔加工兩類，也包括介于兩者之間的中深孔加工。一般規(guī)定孔深L與孔徑d之比大于5，即L/d＞5的孔稱為深孔；L/d<5的孔稱為淺孔。2、深孔加工技術

深孔加工技術是深孔刀具、輔具和機床及其相關技術的統(tǒng)稱。其中，深孔刀具及其排屑技術是決定整個技術發(fā)展的關鍵。深孔加工技術最初是在國防軍工生產部門應用，用來加工槍管和炮筒。二戰(zhàn)后，深孔加工技術的主陣地由槍炮制造逐步向廣泛的經濟建設領域轉移，成為機械制造技術的一個重要分支。從而對深孔加工技術提出了商品化的要求（可靠性、高工效、高加工質量、低成本、易操作）。但深孔加工刀具和技術的發(fā)展，始終是圍繞著解決順利排屑，提高加工質量，提高加工效率，降低加工成本和易操作性等中心課題而進行的。3一、引言4

深孔加工技術，通常指的就是深孔鉆削技術，它和車削、銑削等加工方法不同，其刀具本身進入工件，并在封閉的條件下進行切削，因而受到較多的限制。其特點有：

(1)、在工作過程中，無法直接觀察刀具的工作情況，目前只能憑經驗通過不斷觀察鐵屑形狀和手摸鉆桿等手段來判斷刀具的工作情況；(2)、不可能制成具有足夠的剛度與足夠牢靠的刀具和夾具，如鉆桿細而長，鉆出的孔不可避免地會產生某些偏差。如走偏，孔中心線彎曲等。(3)、鉆頭工作條件惡劣；切屑是在不能保證其正常形成的不良條件下產生的：整個切削刃全部參加工作，切屑寬度大，易產生振動；切削刃上各點的切削速度不同等。(4)、斷屑與排屑困難，在孔內鉆頭鉆桿要占據(jù)很大一部分空間，排屑空間受到限制，而且切屑難以自動排出。(5)、刀具的散熱冷卻條件不好。引言4深孔加工技術，通常指的就是深孔鉆削技術，它和車53、背景及應用

起源：深孔加工技術產生于對槍炮管的制造過程。二戰(zhàn)結束前的幾個世紀中，深孔加工技術的發(fā)展和應用一直被局限于相對封閉的軍工領域，并以其高難度、高成本和神秘性而聞名于制造業(yè)。應用領域：20世紀50年代。世界格局進入以和平和建設為主調的時代，深孔加工技術隨之脫穎而出，成為“軍轉民”技術中的一朵奇葩，迅速被擴展應用于能源采掘、航空航天、發(fā)動機制造、機床汽車制造、石化及輕重化工、紡織機械、飼料機械、冶金、儀器儀表等廣泛的產業(yè)領域?，F(xiàn)狀：歐、日、美等先進工業(yè)國，早在20世紀50年代就紛紛開展了深孔加工技術的學術和應用研究，六七十年代形成專業(yè)化的深孔刀具和深孔機床裝備制造體系，少數(shù)跨國公司迄今仍壟斷著世界深孔加工裝備市場，如瑞典山特維克（SANDVIK）、德國TBT公司、BOTEK公司等。使深孔加工技術成為制造技術門類中成本最為昂貴的技術之一。引言53、背景及應用引言6

二、深孔加工系統(tǒng)2.1分類

深孔加工系統(tǒng)通常以深孔加工中所用的冷卻、排屑裝置來分類的?？煞譃闃屻@系統(tǒng)、BTA系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)和DF系統(tǒng)。下面分別就上述系統(tǒng)作一介紹：2.2槍鉆系統(tǒng)及其配置槍鉆系統(tǒng)屬于外排屑方式，其結構如圖1所示，主要由機床、槍鉆、中心架、鉆套、鉆桿聯(lián)結器和冷卻潤滑油路系統(tǒng)組成。其工作原理是：切削液通過尾架上輸油入口進入鉆桿內部，到達鉆頭頭部進行冷卻潤滑，并將切除的切屑從鉆頭外部的V型槽中排出。由于切屑由鉆頭和鉆桿外部排出，容易擦傷已加工孔表面，其加工質量要低于內排屑方式的系統(tǒng)（隨后介紹）。該系統(tǒng)主要用于小直徑（一般＜20mm）深孔加工。

6二、深孔加工系統(tǒng)7

圖1槍鉆系統(tǒng)槍鉆是一種比較古老的深孔加工刀具，最初用于加工槍管，故名為槍鉆。槍鉆是外排屑深孔鉆的代表，也是小直徑（φ10mm以下）深孔加工的常用方法。目前，硬質合金槍鉆的最小直徑為0.5mm；鉆孔深度與直徑之比超過100，最大可至250；鉆孔精度為IT7一IT9；鉆孔表面粗糙度Ra為3.2一0.4μm。

槍鉆加工系統(tǒng)7圖1槍鉆系統(tǒng)槍鉆是一種比較古老82.2.1槍鉆

作為槍鉆系統(tǒng)的一個重要組成部分----槍鉆(刀具)，在其加工系統(tǒng)中占有極其重要的地位。圖2顯示了槍鉆的外觀以及所加工深孔的類別；圖3顯示了槍鉆刀頭的外觀結構及形式；圖4顯示了槍鉆的結構與組成，槍鉆由頭部1、鉆桿2和傳動部3組成，頭部材料由高速鋼和硬質合金兩種，并與鉆桿焊接在一起，目前主要是硬質合金槍鉆。焊接后校直、精磨。槍鉆是一種加工較小直徑孔的代表性工具，結構比較完善，運用范圍廣泛，已被普遍使用。槍鉆發(fā)明于1930年左右，它是歷史上最早用于生產的具有連續(xù)供油排屑、有自導功能、能鉆出尺寸、形位精度很高深孔，而且生產率較高的深孔鉆頭，以后出現(xiàn)的各種深孔刀具，都在很大程度上繼承了它切削部分的基本特征。與扁鉆、麻花鉆等傳統(tǒng)的孔加工刀具對比，槍鉆同時實現(xiàn)了深孔加工的三項基本要求：槍鉆82.2.1槍鉆槍鉆9(1)具有完善的供油排屑通道，可在高壓切削液作用下連續(xù)進行刀具的潤滑冷卻和排屑；(2)由于采用單邊刃結構使軸向切削力和扭矩明顯降低，使鉆頭的穩(wěn)定性增大；(3)由于導條的導向作用和對孔壁的擠壓作用，不會走偏；其特點有：1).避免了雙刃鉆因有橫刃而在軸心線上的零切削速度，有橫刃的鉆頭，切削時金屬被擠壓而引起軸向力大為增加，使鉆頭強烈振動，鉆頭容易走偏，鉆出的孔偏斜；2).鉆頂和工件形成M形的槽，該槽有定向作用；3).加工過程中形成一根零位芯棒，減小了軸向力。減小了孔中心線的走偏，并給鉆頭以附加的引導；⑷.能連續(xù)排屑，工件一次裝夾鉆通，不用掉頭裝夾，節(jié)約工時。槍鉆9(1)具有完善的供油排屑通道，可在高壓切削液作用下連續(xù)進10槍鉆槍鉆主要不足之處有：冷卻系統(tǒng)壓力很高，例如鉆長徑比為30，直徑為4mm的深孔，至少要達到9.5MPa的壓強才能保證順利排屑；當采用鉆頭回轉方式加工時，鉆頭的轉速和鉆桿的長度均受到嚴格的制約；由于鉆桿的中心不對稱性，和圓型鉆桿相比，其扭轉剛度、彎曲剛度較低；鉆通深孔后，必須從原路返回，容易劃傷孔壁并可能損傷鉆頭由于切屑與已加工孔表面接觸，也容易產生表面劃傷；10槍鉆槍鉆主要不足之處有：11圖2槍鉆外觀及所加工深孔的形式槍鉆11圖2槍鉆外觀及所加工深孔的形式槍鉆12圖3槍鉆刀頭的外觀及形式槍鉆12圖3槍鉆刀頭的外觀及形式槍鉆13圖4槍鉆的結構槍鉆13圖4槍鉆的結構槍鉆142.2.2槍鉆機床

作為刀具和加工方法的載體----機床，隨著刀具材料及控制技術的發(fā)展也得到了很大的提高。向著高速、高效、多功能、精密、環(huán)保的方向發(fā)展。深孔機床從控制方面來講，有兩軸控制的加工回轉體的通用槍鉆機床，也有三軸控制的加工非回轉體的通用槍鉆機床及加工中心FMC，以及針對加工特殊工件而設計的專用深孔機床。目前，對于微小孔深孔槍鉆機床，其轉速已達到25000RPM；柔性制造單元的出現(xiàn)，極大地提高了加工效率，進給速度達4m/min；中等孔徑的機床，其主軸轉速多在4000-6000RPM。這充分體現(xiàn)了深孔機床向高速、高效、多功能、高自動化。綠色加工的方向發(fā)展。

槍鉆機床142.2.2槍鉆機床槍鉆機床15鉆削范圍：2mm-22mm轉速：0–12000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：10m/min

槍鉆機床圖5通用槍鉆數(shù)控機床（1軸到4軸可選）15鉆削范圍：2mm-22mm槍鉆機床圖5通16槍鉆機床鉆削范圍：0.6mm-6mm轉速：0–25000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：4m/min

圖6微型深孔槍鉆數(shù)控機床（2軸或4軸可選）16槍鉆機床鉆削范圍：0.6mm-6mm圖6微型深孔17槍鉆機床圖7深孔鉆削單元：X、Y、Z、W、B、C-6軸控制鉆削范圍：6mm-50mm轉速：0–4500RPM 進給速度：0-4000mm/min快進速度：12m/min

17槍鉆機床圖7深孔鉆削單元：X、Y、Z、W、B、C-6182.3BTA系統(tǒng)及其配置由于槍鉆的一些缺陷，1943年Beisner發(fā)明了一種內排屑深孔鉆，由于該種結構于1945年得到歐洲“鉆孔與套料協(xié)會（BoringandTrepanningAssociation,縮寫為BTA）”的確認和推廣，通稱為BTA鉆。由此產生了BTA鉆削系統(tǒng)，如圖8所示；經BTA推薦的深孔刀具共有三種：用于實體材料鉆深孔的BTA鉆，擴鉆和套料鉆。擴鉆用于對已鉆孔的進一步擴大和對毛坯粗孔的加工，特別用于以較小尺寸規(guī)格的深孔機床鉆較大的孔。套料鉆用于從實體上取出大直徑或貴重金屬料芯，其所需機床功率也小得多。在三種鉆頭中，以BTA（實體）鉆應用最廣，對深孔鉆發(fā)展的影響也最深遠。同槍鉆相比，BTA鉆具有以下優(yōu)點：⑴.鉆頭與鉆桿裝卸方便；

BTA系統(tǒng)182.3BTA系統(tǒng)及其配置BTA系統(tǒng)19⑵.排屑難度相應減小，使BTA鉆削系統(tǒng)適合于加工大直徑深孔；⑶.由于BTA鉆的相對供油面積比槍鉆的大得多，排屑空間大，BTA鉆削系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的壓力明顯降低；⑷.在鉆頭直徑，鉆桿全長和鉆桿材質相同的條件前提下，BTA鉆桿的扭轉剛度約為槍鉆鉆桿的2.4倍，彎曲剛度也遠高于槍鉆鉆桿，因而BTA鉆可采用大進給量，鉆桿的抗振能力也高于槍鉆，這對提高鉆孔工效和加工質量均為有利；⑸.鉆桿的質心與中軸重合，且扭轉強度與剛度大于槍鉆的V形鉆桿，這一優(yōu)勢使BTA鉆特別適合于“工件固定，鉆頭旋轉”的鉆深孔方式；(6).由于切屑從鉆桿內部排出，切屑不會劃傷已加工表面，已加工表面質量較好；

BTA系統(tǒng)19⑵.排屑難度相應減小，使BTA鉆削系統(tǒng)適合于加工大直徑深20

圖8BTA系統(tǒng)

BTA系統(tǒng)20圖8BTA系統(tǒng)BTA系統(tǒng)212.3.1BTA鉆圖9顯示了焊接式BTA鉆頭和機夾式BTA鉆頭的形式，包括單刃內排屑鉆頭、多刃錯齒內排屑鉆；圖10顯示了BTA鉆頭的結構組成，包括鉆頭體、刀片、導條；圖11顯示了其它BTA刀具形式，包括BTA擴鉆、推鏜頭、拉鏜頭及套料；擴孔、鏜孔是對孔進一步加工，擴孔是以擴大已鉆孔的大小為目的，可以擴一次、二次或多次，并不特別注重孔的加工質量，而鏜孔則是以提高孔的加工質量為目的的；套料加工適合較大孔的加工，從中掏出一個小于已加工孔徑40-60mm芯棒，其結果是提高了材料的利用率，同時，也減小了機床的功率負荷。圖12顯示了其套料的加工原理圖。

BTA鉆212.3.1BTA鉆BTA鉆22

圖9BTA鉆頭

(a)單刃焊接BTA鉆頭

(b)多刃錯齒焊接BTA鉆頭

(c)單刃機夾BTA鉆頭

(d)多刃錯齒機夾BTA鉆頭

BTA鉆22圖9BTA鉆頭(a)23

圖10BTA鉆頭結構組成

BTA鉆23圖10BTA鉆頭結構組成B24

圖11其它BTA深孔加工刀具

(a)BTA擴鉆

(b)BTA拉鏜頭

(c)BTA推鏜頭

(d)BTA套料鉆

BTA鉆24圖11其它BTA深孔加工刀具(a)BTA25套料鉆套料鉆削也是在實體材料上鉆削，但是套料鉆不是將所有的材料鉆削為切屑，而是在孔的中央留下了一個實體的“核”。由于這種方法所需機床功率小，所以經常用于小功率要求的場合。若加工工件材料十分昂貴，中間剩下的材料也可用作材料檢測分析，或重新處理作它用。鉆盲孔時，當“核”掉下有可能引起崩刃，因此必須將鉆頭取下更換刀片，此時，再次將鉆頭導向入孔將會十分困難。

圖12套料加工套料鉆25套料鉆圖12套料加工套料鉆262.3.2BTA鉆深孔機床

作為BTA深孔刀具和深孔加工技術的載體----BTA鉆深孔機床，隨著刀具材料及控制技術的發(fā)展，同樣向著高速、高效、多功能、精密、環(huán)保的方向發(fā)展。

BTA鉆深孔機床主要以臥式形式較多，由于鉆孔大而長，所以顯得這類機床身長個大，其運動配置有工件旋轉，刀具進給；工件旋轉，刀具進給并旋轉；工件進給，刀具旋轉；工件固定，刀具旋轉并進給。目前，這類機床的主軸轉速多在4000-6000RPM。這充分體現(xiàn)了深孔機床向高速、高效、多功能、高自動化。綠色加工的方向發(fā)展。內排屑深孔機床262.3.2BTA鉆深孔機床內排屑深孔機床27鉆削范圍：18-65mm（18-100mm）轉速：0-6000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：4m/min

內排屑深孔機床

圖13BTA深孔機床27鉆削范圍：18-65mm（18-100mm）內排屑深孔28內排屑深孔機床

圖14BTA深孔機床加工齒輪箱軸28內排屑深孔機床圖14BTA深孔機床加工齒輪箱軸29內排屑深孔機床

圖15帶有液壓加緊虎鉗的BTA深孔機床29內排屑深孔機床圖15帶有液壓加緊虎鉗的BTA深30內排屑深孔機床

圖16帶有龍門式上下料的的BTA深孔機床30內排屑深孔機床圖16帶有龍門式上下料的的BTA312.4噴吸鉆系統(tǒng)及其配置噴吸鉆系統(tǒng)是為了克服槍鉆系統(tǒng)造價太高、而BTA鉆容易堵屑的缺陷，瑞典SANDVIK公司于1963年推出了一種利用高速流體負壓效應，從鉆桿后部抽吸切屑的“噴吸鉆”，大大改善了排屑狀況，提高了切削效率。噴吸鉆的特點是：首先，由于負壓效應的幫助，不僅改善了排屑狀況，還使整個液壓系統(tǒng)油壓明顯降低；其次，由于這種系統(tǒng)不需要嚴格的密封，對機床結構要求也比較簡單，即便通用車床經簡單改造也可用于深孔加工，從而大大降低了設備投資。圖17為噴吸鉆系統(tǒng)及加工原理圖。

噴吸鉆系統(tǒng)312.4噴吸鉆系統(tǒng)及其配置噴吸鉆系統(tǒng)32

圖17噴吸鉆系統(tǒng)噴吸鉆系統(tǒng)32圖17噴吸鉆系統(tǒng)噴吸鉆系統(tǒng)33

噴吸鉆：對于噴吸鉆系統(tǒng)，其機床與BTA鉆機床一樣，所以，我們主要介紹噴吸鉆。噴吸鉆鉆頭的切削部分和柄部設計，完全繼承了BTA鉆，唯一的區(qū)別是在鉆頭柄部內腔加焊上一根壁內管（故又稱“雙管噴吸鉆”）。內管不受切削力，其尾部切出兩排向后30度的月牙形槽如圖17所示。

噴吸鉆的優(yōu)點是：(1)由于負壓效應的幫助，改善了排屑狀況，使液壓系統(tǒng)壓力明顯降低；(2)噴射鉆也有其自身的局限性，由于雙管的原因，使得排屑空間受到限制。在孔小的情況下，無法替代槍鉆加工，而在孔較大的情況下，由于排屑空間充分，也不必要使用噴吸鉆，即不能取代BTA鉆。其加工孔范圍在φ18-φ65mm較為合適。噴吸鉆33噴吸鉆：對于噴吸鉆系統(tǒng)，其機床與BTA鉆機床一樣，所以34

圖18噴吸鉆

(a)單刃噴吸鉆

(b)雙刃錯齒噴吸鉆噴吸鉆34圖18噴吸鉆(a)35

圖19噴吸鉆組成噴吸鉆35圖19噴吸鉆組成噴吸鉆362.5DF鉆系統(tǒng)及其配置DF(DoubleFeederSystem)鉆系統(tǒng)于20世紀70年代中期由日本冶金股份有限公司推出。它是針對噴吸鉆改進的一種深孔系統(tǒng)。DF鉆的主要貢獻在于：它不僅改善了BTA鉆的排屑狀況，同時又擴展了內排屑鉆頭加工小深孔的范圍。據(jù)報道，國外使用DF鉆加工小直徑深孔的最高記錄為φ6(無具體長度和其它詳細數(shù)據(jù))，有具體數(shù)據(jù)的記錄為φ9mm,長度300mm。國內早在1980年左右開始推廣，但用于實際生產的DF鉆孔記錄，孔的直徑均在14毫米以上。DF鉆系統(tǒng)特別適合φ6-φ30mm的深孔。圖20顯示了DF系統(tǒng)的工作原理與組成，與BTA區(qū)別之處在抽屑裝置，抽屑裝置與刀具進給合為一體，其組成由鉆桿夾頭、前噴嘴。后噴嘴、密封件、進油管、出屑管等組成。從液壓站來的冷卻液一分為二，2/3進入輸油器，1/3進入抽屑器；后一支冷卻液通過前后噴嘴的錐形間隙而加速，在鉆桿尾端形成圓錐面的射流，從而使得鉆桿末端產生負壓抽吸作用，獲得加速和順暢排屑的目的。

DF鉆系統(tǒng)362.5DF鉆系統(tǒng)及其配置DF鉆系統(tǒng)37

圖20DF鉆系統(tǒng)

DF鉆系統(tǒng)37圖20DF鉆系統(tǒng)DF鉆系38

DF鉆頭DF鉆頭：DF深孔鉆頭在結構上與BTA鉆頭相似，幾何參數(shù)與BTA鉆頭一樣，如圖21所示，不同之處是DF鉆頭的頭部須與孔壁形成一反壓間隙，其形式有兩種：一是用鉆頭體與鉆頭直徑之差確定反壓間隙；而是在鉆頭體上做一個圓柱形凸起環(huán)頸，與孔壁形成反壓間隙(圖21)

圖21DF鉆頭38DF鉆頭DF鉆頭：DF深孔鉆頭在結構上與BTA鉆頭相似39

三、中北大學工藝所深孔加工技術研究現(xiàn)狀中北大學兵器工藝研究所（即機械制造工藝研究所），是在我國兵工專家、兵總輕兵器行業(yè)總顧問王峻教授領導下，自力更生創(chuàng)建的國內唯一深孔加工技術研究基地。自1982年成立以來，共培養(yǎng)研究生70余人，研究所擁有完善的深孔加工裝備（可加工深孔長度達6米的大型深孔加工機床5臺、床身達24米的深孔珩磨機1臺，能進行槍鉆加工及DF鉆加工的中小深孔機床2臺、另外還有數(shù)控鏜銑加工心中心、數(shù)控車床、線切割機床若干臺）、計算機輔助設計、試驗、測試設施和小批量新型刀具的生產手段。自1985年以來，累計完成部省級重大深孔科研成果6項，完成自擬課題20余項，申請國家發(fā)明專利4項。

39三、中北大學工藝所深孔加工技術研究現(xiàn)狀中北大學40重要研究成果有：⑴、單出屑口內排屑噴吸鉆

（ZL01249999.4）。目前已研制出φ4mm—φ25mm新型深孔鉆和鉸刀并用于生產完全成功，它是20世紀對外排屑深孔刀具（槍鉆）的一次劃時代革命，可以全面取代槍鉆而成為國際通用的新型小深孔加工刀具：刀桿剛度比槍鉆刀桿大1.5倍（因而工效高、加工質量好、且可加工超深小孔）；油壓?。ū葮屻@低50%）；結構工藝完善，制造成本低；刀具壽命高（比焊片式鉆頭、鉸刀總壽命提高一倍）。⑵、單管噴吸鉆負壓抽屑器（ZL93115084.1）。它是與前項發(fā)明配套使用的新型輔具，已在我們新研制的數(shù)控高速深孔鉆床上正式配置成功，也可以用于改造槍鉆深孔機床或普通車床。研究成果40重要研究成果有：研究成果41(3)、內排屑單刃深孔噴吸鉸刀(ZL01249997.8)噴吸鉸刀結構上采用與噴吸鉆相近似的構造，可與單管噴吸鉆機床配套使用。采用圓管狀刀桿，提高了刀具的剛性，增強了出屑口的出屑能力，有利于連續(xù)型切屑的通過。(4)、內排屑單刃深孔鏜頭(ZL01250001.1)(5)、φ100-φ130mm炮管光鏜加工新工藝

該項目由兵器工業(yè)總公司軍品部簽定，是一套高效率、高精度、高質量的大深孔加工新工藝，極大地提高了我國炮膛加工的技術水平。(6)、深孔刀具系列產品生產研制該項目由兵總科技局簽定，新型深孔刀輔具研制屬于創(chuàng)新型。研究成果41(3)、內排屑單刃深孔噴吸鉸刀(ZL01249997.842(7)、精密深孔高速鏜鉸技術及機夾高速鏜頭它用于φ25mm以上的所有大、中直徑深孔的高效精加工?？刹捎酶鞣N新型材料刀片對各種高強度、高硬度、超長、高精度深孔進行高速精密加工。對實心材料，可用鉆、鏜兩次高速加工，質量高于珩磨，工效比傳統(tǒng)工效高5倍以上；例如，對φ100mm的27SiMn(調質HRC38—42)熱軋無縫管，切深3mm，一次鏜出IT5,Ra0.4的精密孔，每米機動時間13.5分鐘。(8)、用于槍鉆系統(tǒng)的負壓抽屑器。用于替代現(xiàn)用的排屑裝置，可使油路壓力降低50%，特別適用于φ8mm以下的超長深孔加工,已獲成功。(9)、高速、多功能深孔機床研制

一九九二年以來，我們受廠家委托，已設計制造出三種高速數(shù)控深孔鉆床共5臺，兼容φ3mm—φ25mm小深孔的內外兩種排屑方式加工。圖22所顯示的雙軸深孔鉆床是為山西柴油機廠軸類零件加工而設計的。研究成果42(7)、精密深孔高速鏜鉸技術及機夾高速鏜頭研究成果43研究成果

圖22雙軸深孔鉆床鉆削范圍：6mm-30mm轉速：0–5000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：4m/min

43研究成果圖22雙軸深孔鉆44中北大學工藝所針對目前幾種深孔鉆的特點，從射流和負壓機理研究入手，找到影響負壓效應的主參數(shù)及其作用規(guī)律，研制一種“參數(shù)可調式”高效抽屑器，對內排屑鉆頭進行優(yōu)化設計，推出一種可覆蓋大小深孔的內排屑單管噴吸鉆系列，研制一套與上述鉆頭和抽屑器配套使用的深孔精加工刀具，即我們把它稱之為SIED深孔加工技術或稱SIED技術，是單管內排屑噴吸式深孔加工技術，英文名稱為“SingletubeInnerchip-removalEjectorDeepholemachiningTechnology”。研究成果44中北大學工藝所針對目前幾種深孔鉆的特點，從射流和負壓機理45實際上，DF系統(tǒng)也是單管內排屑噴吸鉆，但其鉆頭結構完全沿襲了BTA鉆，其抽屑器功能不完善，故發(fā)明者將其定名為DoubleFeederSystem（雙供油系統(tǒng)），以示其與BTA鉆的區(qū)別僅僅在于“DoubleFeeder”。我們所研究的SIED技術，不僅要有完善的抽屑系統(tǒng)，而且刀具系統(tǒng)與所有各類深孔刀具均不相同，綜合所有深孔刀具的優(yōu)點，但在實質上又有創(chuàng)新，包含了鉆頭、擴鉆、套料鉆、鉸刀和鏜頭。SIED深孔加工技術的優(yōu)越性(1)在高效能抽屑器的支持下，使單管內排屑深孔鉆的加工范圍覆蓋大小直徑深孔，解決國際上“內排屑深孔鉆不能鉆小孔”、“槍鉆不適用于大直徑深孔加工”兩大難題。研究成果45實際上，DF系統(tǒng)也是單管內排屑噴吸鉆，但其鉆頭結構完全沿46（2）、與槍鉆相比，采用整體式（鉆頭與鉆桿對焊為整體）SIED鉆，鉆桿扭轉剛度為槍鉆的2.8倍，焊縫強度提高1倍。因此在保證同一加工精度和表面質量的前提下，可采用比槍鉆更大的切削用量，從而獲得更高的生產率；SIED鉆在制造工藝難度上比槍鉆優(yōu)越得多，制造成本低且易于國產化；安裝、刃磨、密封均優(yōu)于槍鉆；鉆桿可回收重新使用；SIED鉆的油壓僅為槍鉆的1/3，因此機床成本遠低于槍鉆，且可用其它深孔機床或車床類機床改裝，易于迅速普及推廣。(3)、與其他內排屑深孔鉆（BTA、雙管噴吸鉆、DF）相比，在大中口徑深孔鉆結構中采用方牙螺紋聯(lián)結結構的同等條件下，SIED鉆只需一個出屑口，不需設置斷屑臺，因而有兩大優(yōu)勢：鉆頭結構簡單，易于國產化制造，成本低；SIED可多次重磨，刀具綜合成本比其它內排屑鉆頭低得多，使深孔加工的成本大幅度降低。研究成果46（2）、與槍鉆相比，采用整體式（鉆頭與鉆桿對焊為整體）S47(4)、SIED刀具門類齊全，不僅有用于實體材料加工的SIED鉆頭和套料鉆系列，而且有SIED擴鉆、中小深孔精加工用鉸刀和大直徑深孔用機夾鏜頭?？扇轿挥糜谒猩羁状志庸ぜ皩σ延需T件孔、無縫管深孔進行深孔加工。φ12mm以下SIED鉆，采用新型的剛性復合鉆桿，解決小孔深孔鉆鉆桿細長、剛性低、易折斷，進給量小及鉆具價格高昂、難制造的問題。(5)、所有SIED刀具構成一個結構、工藝高度相似的成組系列，易于實現(xiàn)多品種小批量成組化生產。所有SIED刀具、輔具、機床已構成一個《SIED深孔加工裝備編碼系統(tǒng)》，從定貨、設計、備料、生產、驗收、交貨、成本核算,均可實現(xiàn)現(xiàn)代化管理,解決深孔裝備品類繁多、定貨批量小、生產準備復雜、交貨期長的老大難問題（如國外小批量交貨期為6個月，而SIED刀具的供貨期可縮短為15天，SIED機床的交貨期可縮短為3個月）。研究成果47(4)、SIED刀具門類齊全，不僅有用于實體材料加工的S48（6）、所有新型刀具材料均可用于SED刀具的制造（除硬質合金外，已采用涂層高速鋼、涂層硬質合金、陶瓷刀片、電鍍金剛石刀片），因此能及時保證用戶對各種材料工件加工的特殊需要。在大深孔精鏜頭上采用超硬刀具材料，解決大深孔難加工管件的高速精加工問題，實現(xiàn)以鏜代珩。研究成果48（6）、所有新型刀具材料均可用于SED刀具的制造（除硬質49

對外合作BTA鉆（φ20mm—φ65mm）為國際通用的中大直徑新型深孔鉆頭，因國內需求甚廣，也是我們的一個重點開發(fā)項目。九二年已完成產品系列的設計和試制，部鑒定為國際水平。自一九九零年第一次在《新技術新工藝》期刊上公布我們的研制成果后，國內企業(yè)來人來函，要求提供新型深孔刀具、機床、輔具，委托解決深孔關鍵件加工者，絡繹不絕，且以年增50%的速率增加。僅九三年一年多來，累計接待參觀咨詢洽談技術支援項目、簽定刀具、機床供貨合同、來料加工合同者達200多次，承接合同供貨總值達250萬元?，F(xiàn)在，我所已取得了良好的發(fā)展勢頭。目前，已于西飛國際簽定百萬元的深孔機床改造合同，用于深孔大腹擴孔，如圖23所示，并研制出相應的擴孔刀具。對外合作49對外合作對外合作50

圖23西飛國際深孔機床改造(所加工樣件)對外合作50圖23西飛國際深孔機床改造(所加工樣件)對51

在承攬深圳市冠標電子技術有限公司的沖擊發(fā)生裝置試制中，加速炮管是制造難度最大的，材料為高強度炮鋼PCrNi3MoVA，熱處理到HRC40，加工孔直徑φ20mm，粗糙度不低于Ra1.6μm，孔長達4250mm，長徑比達212倍，我們通過一次鉆孔即達到了要求，其偏差不到0.5mm，工件如圖24所示。另外，還有難加工材料316L不銹鋼管的精加工，如太鋼不銹無縫鋼管的精密鏜孔，鏜孔長度達6300mm，孔徑φ37.8mm，對外合作

圖24深圳冠標公司高強度、高硬度、超長孔加工51在承攬深圳市冠標電子技術有限公司的沖擊發(fā)52

四、深孔加工技術發(fā)展趨勢綜合現(xiàn)有的深孔加工技術在機械制造領域的應用和發(fā)展，我們可以預料，深孔加工技術的發(fā)展趨勢應該是朝著高、精、尖方面發(fā)展，但是又不會脫離現(xiàn)有的基礎技術，即在現(xiàn)有的深孔加工技術的基礎上，應用現(xiàn)代先進的科學技術，將待加工深孔逐步向小尺寸、高精度推進。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)、深孔鉆削加工技術從非自導式鉆頭（扁鉆、麻花鉆）發(fā)展到自導鉆頭以來，又從槍鉆發(fā)展到BTA系統(tǒng)，進而又發(fā)明了噴吸鉆系統(tǒng)；最近又在總結BTA系統(tǒng)和噴吸鉆系統(tǒng)的基礎上，發(fā)明了單管噴吸鉆（DF系統(tǒng)）。從目前來看，深孔鉆削加工的方法已經比較完善，今后的任務主要是在現(xiàn)有的基礎上，不斷完善各種加工系統(tǒng)，提高它們的加工能力和切削質量。隨著技術的進步，科學的發(fā)展，新型刀具材料的出現(xiàn)，它們的的切削性能將得到提高。當然，也不能排除將會有新的加工系統(tǒng)出現(xiàn)。52四、深孔加工技術發(fā)展趨勢綜合現(xiàn)有的深孔加工技術53(2)、隨著電加工技術的出現(xiàn)，深孔電解加工已得到應用，這在深孔加工技術上也是一個重大突破，它把人們習慣用刀具切削法加工深孔轉向使用電解作用來加工深孔。這樣，隨著深孔尺寸的標準化、規(guī)格化以及電解技術的完善和改進，成本的降低，電解加工技術將會越來越廣泛的得到推廣應用。(3)、由于深孔鉆削加工系統(tǒng)不斷得到完善，它不但加工效率高，而且精度好，因而，它已不僅僅限于加工深孔了，而對于那些工業(yè)生產中，要求孔徑公差嚴格、表面光滑，正圓度、平直度和直線性都好的淺孔加工也已廣泛的采用深孔加工方法了。(4)、對于一些精密孔的加工，在單個刀具進行加工的基礎上，現(xiàn)在在國內外已經出現(xiàn)一種組合式的刀具，一次走刀完成幾道工序把孔加工出來。例如，西德伯林格公司加工液壓缸時采用精光和滾壓聯(lián)合工藝一次走刀加工完成。深孔加工技術發(fā)展趨勢53(2)、隨著電加工技術的出現(xiàn)，深孔電解加工已得到應用，這54(5)、深孔加工的自適應控制將逐步應用于生產。自適應控制就是用一個自動控制裝置，在鉆孔過程中，不斷監(jiān)測切削扭矩的變化，據(jù)此，調整進給量的大小，以保證將切削扭矩控制在一定范圍內。隨著刀具的磨損，切削扭矩逐漸增大，此裝置可使進給量逐步減小，當減小到容許的最小限度時，切削自動停止。此外，它還可同時監(jiān)測切削油的壓力，當油壓上升到一定限度時，即說明發(fā)生了堵塞，機床發(fā)出信號，并在短時間內減小切削進給，如果油壓下降，也可自動停止切削。(6)、利用激光技術來嚴格限制待加工深孔的誤差。這是深孔加工技術中的一個新的應用。特別是在鏜削加工深孔的過程中，該技術已得到了初步的應用?？梢灶A料，今后激光技術必將在深孔加工技術方面大有作為。深孔加工技術發(fā)展趨勢54(5)、深孔加工的自適應控制將逐步應用于生產。自適應控制55

五、結束語

以上是我所想要講的關于深孔加工技術的幾個方面。深孔加工技術作為一項關鍵的制造技術，在現(xiàn)代科技與傳統(tǒng)產業(yè)中，為適應制造業(yè)的需要而得到發(fā)展，同時也迫切需要得到人們的進一步的重視。如有何不妥之處，希望我們能共同交流、探討。

謝謝各位！

龐俊忠2009.10.3055五、結束語以上是我56END56END57

深孔加工技術龐俊忠

中北大學，太原1深孔加工技術龐俊忠58幾個相關問題

因為時間的關系，就以下幾個問題做個簡單的介紹：深孔加工技術介紹深孔加工技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢中北大學工藝所深孔加工技術的研究情況2幾個相關問題因為時間的關系，就以下幾個問題做個簡單的介59一、引言1、深孔的定義

孔加工分為淺孔加工和深孔加工兩類，也包括介于兩者之間的中深孔加工。一般規(guī)定孔深L與孔徑d之比大于5，即L/d＞5的孔稱為深孔；L/d<5的孔稱為淺孔。2、深孔加工技術

深孔加工技術是深孔刀具、輔具和機床及其相關技術的統(tǒng)稱。其中，深孔刀具及其排屑技術是決定整個技術發(fā)展的關鍵。深孔加工技術最初是在國防軍工生產部門應用，用來加工槍管和炮筒。二戰(zhàn)后，深孔加工技術的主陣地由槍炮制造逐步向廣泛的經濟建設領域轉移，成為機械制造技術的一個重要分支。從而對深孔加工技術提出了商品化的要求（可靠性、高工效、高加工質量、低成本、易操作）。但深孔加工刀具和技術的發(fā)展，始終是圍繞著解決順利排屑，提高加工質量，提高加工效率，降低加工成本和易操作性等中心課題而進行的。3一、引言60

深孔加工技術，通常指的就是深孔鉆削技術，它和車削、銑削等加工方法不同，其刀具本身進入工件，并在封閉的條件下進行切削，因而受到較多的限制。其特點有：

(1)、在工作過程中，無法直接觀察刀具的工作情況，目前只能憑經驗通過不斷觀察鐵屑形狀和手摸鉆桿等手段來判斷刀具的工作情況；(2)、不可能制成具有足夠的剛度與足夠牢靠的刀具和夾具，如鉆桿細而長，鉆出的孔不可避免地會產生某些偏差。如走偏，孔中心線彎曲等。(3)、鉆頭工作條件惡劣；切屑是在不能保證其正常形成的不良條件下產生的：整個切削刃全部參加工作，切屑寬度大，易產生振動；切削刃上各點的切削速度不同等。(4)、斷屑與排屑困難，在孔內鉆頭鉆桿要占據(jù)很大一部分空間，排屑空間受到限制，而且切屑難以自動排出。(5)、刀具的散熱冷卻條件不好。引言4深孔加工技術，通常指的就是深孔鉆削技術，它和車613、背景及應用

起源：深孔加工技術產生于對槍炮管的制造過程。二戰(zhàn)結束前的幾個世紀中，深孔加工技術的發(fā)展和應用一直被局限于相對封閉的軍工領域，并以其高難度、高成本和神秘性而聞名于制造業(yè)。應用領域：20世紀50年代。世界格局進入以和平和建設為主調的時代，深孔加工技術隨之脫穎而出，成為“軍轉民”技術中的一朵奇葩，迅速被擴展應用于能源采掘、航空航天、發(fā)動機制造、機床汽車制造、石化及輕重化工、紡織機械、飼料機械、冶金、儀器儀表等廣泛的產業(yè)領域?，F(xiàn)狀：歐、日、美等先進工業(yè)國，早在20世紀50年代就紛紛開展了深孔加工技術的學術和應用研究，六七十年代形成專業(yè)化的深孔刀具和深孔機床裝備制造體系，少數(shù)跨國公司迄今仍壟斷著世界深孔加工裝備市場，如瑞典山特維克（SANDVIK）、德國TBT公司、BOTEK公司等。使深孔加工技術成為制造技術門類中成本最為昂貴的技術之一。引言53、背景及應用引言62

二、深孔加工系統(tǒng)2.1分類

深孔加工系統(tǒng)通常以深孔加工中所用的冷卻、排屑裝置來分類的?？煞譃闃屻@系統(tǒng)、BTA系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)和DF系統(tǒng)。下面分別就上述系統(tǒng)作一介紹：2.2槍鉆系統(tǒng)及其配置槍鉆系統(tǒng)屬于外排屑方式，其結構如圖1所示，主要由機床、槍鉆、中心架、鉆套、鉆桿聯(lián)結器和冷卻潤滑油路系統(tǒng)組成。其工作原理是：切削液通過尾架上輸油入口進入鉆桿內部，到達鉆頭頭部進行冷卻潤滑，并將切除的切屑從鉆頭外部的V型槽中排出。由于切屑由鉆頭和鉆桿外部排出，容易擦傷已加工孔表面，其加工質量要低于內排屑方式的系統(tǒng)（隨后介紹）。該系統(tǒng)主要用于小直徑（一般＜20mm）深孔加工。

6二、深孔加工系統(tǒng)63

圖1槍鉆系統(tǒng)槍鉆是一種比較古老的深孔加工刀具，最初用于加工槍管，故名為槍鉆。槍鉆是外排屑深孔鉆的代表，也是小直徑（φ10mm以下）深孔加工的常用方法。目前，硬質合金槍鉆的最小直徑為0.5mm；鉆孔深度與直徑之比超過100，最大可至250；鉆孔精度為IT7一IT9；鉆孔表面粗糙度Ra為3.2一0.4μm。

槍鉆加工系統(tǒng)7圖1槍鉆系統(tǒng)槍鉆是一種比較古老642.2.1槍鉆

作為槍鉆系統(tǒng)的一個重要組成部分----槍鉆(刀具)，在其加工系統(tǒng)中占有極其重要的地位。圖2顯示了槍鉆的外觀以及所加工深孔的類別；圖3顯示了槍鉆刀頭的外觀結構及形式；圖4顯示了槍鉆的結構與組成，槍鉆由頭部1、鉆桿2和傳動部3組成，頭部材料由高速鋼和硬質合金兩種，并與鉆桿焊接在一起，目前主要是硬質合金槍鉆。焊接后校直、精磨。槍鉆是一種加工較小直徑孔的代表性工具，結構比較完善，運用范圍廣泛，已被普遍使用。槍鉆發(fā)明于1930年左右，它是歷史上最早用于生產的具有連續(xù)供油排屑、有自導功能、能鉆出尺寸、形位精度很高深孔，而且生產率較高的深孔鉆頭，以后出現(xiàn)的各種深孔刀具，都在很大程度上繼承了它切削部分的基本特征。與扁鉆、麻花鉆等傳統(tǒng)的孔加工刀具對比，槍鉆同時實現(xiàn)了深孔加工的三項基本要求：槍鉆82.2.1槍鉆槍鉆65(1)具有完善的供油排屑通道，可在高壓切削液作用下連續(xù)進行刀具的潤滑冷卻和排屑；(2)由于采用單邊刃結構使軸向切削力和扭矩明顯降低，使鉆頭的穩(wěn)定性增大；(3)由于導條的導向作用和對孔壁的擠壓作用，不會走偏；其特點有：1).避免了雙刃鉆因有橫刃而在軸心線上的零切削速度，有橫刃的鉆頭，切削時金屬被擠壓而引起軸向力大為增加，使鉆頭強烈振動，鉆頭容易走偏，鉆出的孔偏斜；2).鉆頂和工件形成M形的槽，該槽有定向作用；3).加工過程中形成一根零位芯棒，減小了軸向力。減小了孔中心線的走偏，并給鉆頭以附加的引導；⑷.能連續(xù)排屑，工件一次裝夾鉆通，不用掉頭裝夾，節(jié)約工時。槍鉆9(1)具有完善的供油排屑通道，可在高壓切削液作用下連續(xù)進66槍鉆槍鉆主要不足之處有：冷卻系統(tǒng)壓力很高，例如鉆長徑比為30，直徑為4mm的深孔，至少要達到9.5MPa的壓強才能保證順利排屑；當采用鉆頭回轉方式加工時，鉆頭的轉速和鉆桿的長度均受到嚴格的制約；由于鉆桿的中心不對稱性，和圓型鉆桿相比，其扭轉剛度、彎曲剛度較低；鉆通深孔后，必須從原路返回，容易劃傷孔壁并可能損傷鉆頭由于切屑與已加工孔表面接觸，也容易產生表面劃傷；10槍鉆槍鉆主要不足之處有：67圖2槍鉆外觀及所加工深孔的形式槍鉆11圖2槍鉆外觀及所加工深孔的形式槍鉆68圖3槍鉆刀頭的外觀及形式槍鉆12圖3槍鉆刀頭的外觀及形式槍鉆69圖4槍鉆的結構槍鉆13圖4槍鉆的結構槍鉆702.2.2槍鉆機床

作為刀具和加工方法的載體----機床，隨著刀具材料及控制技術的發(fā)展也得到了很大的提高。向著高速、高效、多功能、精密、環(huán)保的方向發(fā)展。深孔機床從控制方面來講，有兩軸控制的加工回轉體的通用槍鉆機床，也有三軸控制的加工非回轉體的通用槍鉆機床及加工中心FMC，以及針對加工特殊工件而設計的專用深孔機床。目前，對于微小孔深孔槍鉆機床，其轉速已達到25000RPM；柔性制造單元的出現(xiàn)，極大地提高了加工效率，進給速度達4m/min；中等孔徑的機床，其主軸轉速多在4000-6000RPM。這充分體現(xiàn)了深孔機床向高速、高效、多功能、高自動化。綠色加工的方向發(fā)展。

槍鉆機床142.2.2槍鉆機床槍鉆機床71鉆削范圍：2mm-22mm轉速：0–12000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：10m/min

槍鉆機床圖5通用槍鉆數(shù)控機床（1軸到4軸可選）15鉆削范圍：2mm-22mm槍鉆機床圖5通72槍鉆機床鉆削范圍：0.6mm-6mm轉速：0–25000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：4m/min

圖6微型深孔槍鉆數(shù)控機床（2軸或4軸可選）16槍鉆機床鉆削范圍：0.6mm-6mm圖6微型深孔73槍鉆機床圖7深孔鉆削單元：X、Y、Z、W、B、C-6軸控制鉆削范圍：6mm-50mm轉速：0–4500RPM 進給速度：0-4000mm/min快進速度：12m/min

17槍鉆機床圖7深孔鉆削單元：X、Y、Z、W、B、C-6742.3BTA系統(tǒng)及其配置由于槍鉆的一些缺陷，1943年Beisner發(fā)明了一種內排屑深孔鉆，由于該種結構于1945年得到歐洲“鉆孔與套料協(xié)會（BoringandTrepanningAssociation,縮寫為BTA）”的確認和推廣，通稱為BTA鉆。由此產生了BTA鉆削系統(tǒng)，如圖8所示；經BTA推薦的深孔刀具共有三種：用于實體材料鉆深孔的BTA鉆，擴鉆和套料鉆。擴鉆用于對已鉆孔的進一步擴大和對毛坯粗孔的加工，特別用于以較小尺寸規(guī)格的深孔機床鉆較大的孔。套料鉆用于從實體上取出大直徑或貴重金屬料芯，其所需機床功率也小得多。在三種鉆頭中，以BTA（實體）鉆應用最廣，對深孔鉆發(fā)展的影響也最深遠。同槍鉆相比，BTA鉆具有以下優(yōu)點：⑴.鉆頭與鉆桿裝卸方便；

BTA系統(tǒng)182.3BTA系統(tǒng)及其配置BTA系統(tǒng)75⑵.排屑難度相應減小，使BTA鉆削系統(tǒng)適合于加工大直徑深孔；⑶.由于BTA鉆的相對供油面積比槍鉆的大得多，排屑空間大，BTA鉆削系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的壓力明顯降低；⑷.在鉆頭直徑，鉆桿全長和鉆桿材質相同的條件前提下，BTA鉆桿的扭轉剛度約為槍鉆鉆桿的2.4倍，彎曲剛度也遠高于槍鉆鉆桿，因而BTA鉆可采用大進給量，鉆桿的抗振能力也高于槍鉆，這對提高鉆孔工效和加工質量均為有利；⑸.鉆桿的質心與中軸重合，且扭轉強度與剛度大于槍鉆的V形鉆桿，這一優(yōu)勢使BTA鉆特別適合于“工件固定，鉆頭旋轉”的鉆深孔方式；(6).由于切屑從鉆桿內部排出，切屑不會劃傷已加工表面，已加工表面質量較好；

BTA系統(tǒng)19⑵.排屑難度相應減小，使BTA鉆削系統(tǒng)適合于加工大直徑深76

圖8BTA系統(tǒng)

BTA系統(tǒng)20圖8BTA系統(tǒng)BTA系統(tǒng)772.3.1BTA鉆圖9顯示了焊接式BTA鉆頭和機夾式BTA鉆頭的形式，包括單刃內排屑鉆頭、多刃錯齒內排屑鉆；圖10顯示了BTA鉆頭的結構組成，包括鉆頭體、刀片、導條；圖11顯示了其它BTA刀具形式，包括BTA擴鉆、推鏜頭、拉鏜頭及套料；擴孔、鏜孔是對孔進一步加工，擴孔是以擴大已鉆孔的大小為目的，可以擴一次、二次或多次，并不特別注重孔的加工質量，而鏜孔則是以提高孔的加工質量為目的的；套料加工適合較大孔的加工，從中掏出一個小于已加工孔徑40-60mm芯棒，其結果是提高了材料的利用率，同時，也減小了機床的功率負荷。圖12顯示了其套料的加工原理圖。

BTA鉆212.3.1BTA鉆BTA鉆78

圖9BTA鉆頭

(a)單刃焊接BTA鉆頭

(b)多刃錯齒焊接BTA鉆頭

(c)單刃機夾BTA鉆頭

(d)多刃錯齒機夾BTA鉆頭

BTA鉆22圖9BTA鉆頭(a)79

圖10BTA鉆頭結構組成

BTA鉆23圖10BTA鉆頭結構組成B80

圖11其它BTA深孔加工刀具

(a)BTA擴鉆

(b)BTA拉鏜頭

(c)BTA推鏜頭

(d)BTA套料鉆

BTA鉆24圖11其它BTA深孔加工刀具(a)BTA81套料鉆套料鉆削也是在實體材料上鉆削，但是套料鉆不是將所有的材料鉆削為切屑，而是在孔的中央留下了一個實體的“核”。由于這種方法所需機床功率小，所以經常用于小功率要求的場合。若加工工件材料十分昂貴，中間剩下的材料也可用作材料檢測分析，或重新處理作它用。鉆盲孔時，當“核”掉下有可能引起崩刃，因此必須將鉆頭取下更換刀片，此時，再次將鉆頭導向入孔將會十分困難。

圖12套料加工套料鉆25套料鉆圖12套料加工套料鉆822.3.2BTA鉆深孔機床

作為BTA深孔刀具和深孔加工技術的載體----BTA鉆深孔機床，隨著刀具材料及控制技術的發(fā)展，同樣向著高速、高效、多功能、精密、環(huán)保的方向發(fā)展。

BTA鉆深孔機床主要以臥式形式較多，由于鉆孔大而長，所以顯得這類機床身長個大，其運動配置有工件旋轉，刀具進給；工件旋轉，刀具進給并旋轉；工件進給，刀具旋轉；工件固定，刀具旋轉并進給。目前，這類機床的主軸轉速多在4000-6000RPM。這充分體現(xiàn)了深孔機床向高速、高效、多功能、高自動化。綠色加工的方向發(fā)展。內排屑深孔機床262.3.2BTA鉆深孔機床內排屑深孔機床83鉆削范圍：18-65mm（18-100mm）轉速：0-6000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：4m/min

內排屑深孔機床

圖13BTA深孔機床27鉆削范圍：18-65mm（18-100mm）內排屑深孔84內排屑深孔機床

圖14BTA深孔機床加工齒輪箱軸28內排屑深孔機床圖14BTA深孔機床加工齒輪箱軸85內排屑深孔機床

圖15帶有液壓加緊虎鉗的BTA深孔機床29內排屑深孔機床圖15帶有液壓加緊虎鉗的BTA深86內排屑深孔機床

圖16帶有龍門式上下料的的BTA深孔機床30內排屑深孔機床圖16帶有龍門式上下料的的BTA872.4噴吸鉆系統(tǒng)及其配置噴吸鉆系統(tǒng)是為了克服槍鉆系統(tǒng)造價太高、而BTA鉆容易堵屑的缺陷，瑞典SANDVIK公司于1963年推出了一種利用高速流體負壓效應，從鉆桿后部抽吸切屑的“噴吸鉆”，大大改善了排屑狀況，提高了切削效率。噴吸鉆的特點是：首先，由于負壓效應的幫助，不僅改善了排屑狀況，還使整個液壓系統(tǒng)油壓明顯降低；其次，由于這種系統(tǒng)不需要嚴格的密封，對機床結構要求也比較簡單，即便通用車床經簡單改造也可用于深孔加工，從而大大降低了設備投資。圖17為噴吸鉆系統(tǒng)及加工原理圖。

噴吸鉆系統(tǒng)312.4噴吸鉆系統(tǒng)及其配置噴吸鉆系統(tǒng)88

圖17噴吸鉆系統(tǒng)噴吸鉆系統(tǒng)32圖17噴吸鉆系統(tǒng)噴吸鉆系統(tǒng)89

噴吸鉆：對于噴吸鉆系統(tǒng)，其機床與BTA鉆機床一樣，所以，我們主要介紹噴吸鉆。噴吸鉆鉆頭的切削部分和柄部設計，完全繼承了BTA鉆，唯一的區(qū)別是在鉆頭柄部內腔加焊上一根壁內管（故又稱“雙管噴吸鉆”）。內管不受切削力，其尾部切出兩排向后30度的月牙形槽如圖17所示。

噴吸鉆的優(yōu)點是：(1)由于負壓效應的幫助，改善了排屑狀況，使液壓系統(tǒng)壓力明顯降低；(2)噴射鉆也有其自身的局限性，由于雙管的原因，使得排屑空間受到限制。在孔小的情況下，無法替代槍鉆加工，而在孔較大的情況下，由于排屑空間充分，也不必要使用噴吸鉆，即不能取代BTA鉆。其加工孔范圍在φ18-φ65mm較為合適。噴吸鉆33噴吸鉆：對于噴吸鉆系統(tǒng)，其機床與BTA鉆機床一樣，所以90

圖18噴吸鉆

(a)單刃噴吸鉆

(b)雙刃錯齒噴吸鉆噴吸鉆34圖18噴吸鉆(a)91

圖19噴吸鉆組成噴吸鉆35圖19噴吸鉆組成噴吸鉆922.5DF鉆系統(tǒng)及其配置DF(DoubleFeederSystem)鉆系統(tǒng)于20世紀70年代中期由日本冶金股份有限公司推出。它是針對噴吸鉆改進的一種深孔系統(tǒng)。DF鉆的主要貢獻在于：它不僅改善了BTA鉆的排屑狀況，同時又擴展了內排屑鉆頭加工小深孔的范圍。據(jù)報道，國外使用DF鉆加工小直徑深孔的最高記錄為φ6(無具體長度和其它詳細數(shù)據(jù))，有具體數(shù)據(jù)的記錄為φ9mm,長度300mm。國內早在1980年左右開始推廣，但用于實際生產的DF鉆孔記錄，孔的直徑均在14毫米以上。DF鉆系統(tǒng)特別適合φ6-φ30mm的深孔。圖20顯示了DF系統(tǒng)的工作原理與組成，與BTA區(qū)別之處在抽屑裝置，抽屑裝置與刀具進給合為一體，其組成由鉆桿夾頭、前噴嘴。后噴嘴、密封件、進油管、出屑管等組成。從液壓站來的冷卻液一分為二，2/3進入輸油器，1/3進入抽屑器；后一支冷卻液通過前后噴嘴的錐形間隙而加速，在鉆桿尾端形成圓錐面的射流，從而使得鉆桿末端產生負壓抽吸作用，獲得加速和順暢排屑的目的。

DF鉆系統(tǒng)362.5DF鉆系統(tǒng)及其配置DF鉆系統(tǒng)93

圖20DF鉆系統(tǒng)

DF鉆系統(tǒng)37圖20DF鉆系統(tǒng)DF鉆系94

DF鉆頭DF鉆頭：DF深孔鉆頭在結構上與BTA鉆頭相似，幾何參數(shù)與BTA鉆頭一樣，如圖21所示，不同之處是DF鉆頭的頭部須與孔壁形成一反壓間隙，其形式有兩種：一是用鉆頭體與鉆頭直徑之差確定反壓間隙；而是在鉆頭體上做一個圓柱形凸起環(huán)頸，與孔壁形成反壓間隙(圖21)

圖21DF鉆頭38DF鉆頭DF鉆頭：DF深孔鉆頭在結構上與BTA鉆頭相似95

三、中北大學工藝所深孔加工技術研究現(xiàn)狀中北大學兵器工藝研究所（即機械制造工藝研究所），是在我國兵工專家、兵總輕兵器行業(yè)總顧問王峻教授領導下，自力更生創(chuàng)建的國內唯一深孔加工技術研究基地。自1982年成立以來，共培養(yǎng)研究生70余人，研究所擁有完善的深孔加工裝備（可加工深孔長度達6米的大型深孔加工機床5臺、床身達24米的深孔珩磨機1臺，能進行槍鉆加工及DF鉆加工的中小深孔機床2臺、另外還有數(shù)控鏜銑加工心中心、數(shù)控車床、線切割機床若干臺）、計算機輔助設計、試驗、測試設施和小批量新型刀具的生產手段。自1985年以來，累計完成部省級重大深孔科研成果6項，完成自擬課題20余項，申請國家發(fā)明專利4項。

39三、中北大學工藝所深孔加工技術研究現(xiàn)狀中北大學96重要研究成果有：⑴、單出屑口內排屑噴吸鉆

（ZL01249999.4）。目前已研制出φ4mm—φ25mm新型深孔鉆和鉸刀并用于生產完全成功，它是20世紀對外排屑深孔刀具（槍鉆）的一次劃時代革命，可以全面取代槍鉆而成為國際通用的新型小深孔加工刀具：刀桿剛度比槍鉆刀桿大1.5倍（因而工效高、加工質量好、且可加工超深小孔）；油壓?。ū葮屻@低50%）；結構工藝完善，制造成本低；刀具壽命高（比焊片式鉆頭、鉸刀總壽命提高一倍）。⑵、單管噴吸鉆負壓抽屑器（ZL93115084.1）。它是與前項發(fā)明配套使用的新型輔具，已在我們新研制的數(shù)控高速深孔鉆床上正式配置成功，也可以用于改造槍鉆深孔機床或普通車床。研究成果40重要研究成果有：研究成果97(3)、內排屑單刃深孔噴吸鉸刀(ZL01249997.8)噴吸鉸刀結構上采用與噴吸鉆相近似的構造，可與單管噴吸鉆機床配套使用。采用圓管狀刀桿，提高了刀具的剛性，增強了出屑口的出屑能力，有利于連續(xù)型切屑的通過。(4)、內排屑單刃深孔鏜頭(ZL01250001.1)(5)、φ100-φ130mm炮管光鏜加工新工藝

該項目由兵器工業(yè)總公司軍品部簽定，是一套高效率、高精度、高質量的大深孔加工新工藝，極大地提高了我國炮膛加工的技術水平。(6)、深孔刀具系列產品生產研制該項目由兵總科技局簽定，新型深孔刀輔具研制屬于創(chuàng)新型。研究成果41(3)、內排屑單刃深孔噴吸鉸刀(ZL01249997.898(7)、精密深孔高速鏜鉸技術及機夾高速鏜頭它用于φ25mm以上的所有大、中直徑深孔的高效精加工。可采用各種新型材料刀片對各種高強度、高硬度、超長、高精度深孔進行高速精密加工。對實心材料，可用鉆、鏜兩次高速加工，質量高于珩磨，工效比傳統(tǒng)工效高5倍以上；例如，對φ100mm的27SiMn(調質HRC38—42)熱軋無縫管，切深3mm，一次鏜出IT5,Ra0.4的精密孔，每米機動時間13.5分鐘。(8)、用于槍鉆系統(tǒng)的負壓抽屑器。用于替代現(xiàn)用的排屑裝置，可使油路壓力降低50%，特別適用于φ8mm以下的超長深孔加工,已獲成功。(9)、高速、多功能深孔機床研制

一九九二年以來，我們受廠家委托，已設計制造出三種高速數(shù)控深孔鉆床共5臺，兼容φ3mm—φ25mm小深孔的內外兩種排屑方式加工。圖22所顯示的雙軸深孔鉆床是為山西柴油機廠軸類零件加工而設計的。研究成果42(7)、精密深孔高速鏜鉸技術及機夾高速鏜頭研究成果99研究成果

圖22雙軸深孔鉆床鉆削范圍：6mm-30mm轉速：0–5000RPM 進給速度：0-1000mm/min快進速度：4m/min

43研究成果圖22雙軸深孔鉆100中北大學工藝所針對目前幾種深孔鉆的特點，從射流和負壓機理研究入手，找到影響負壓效應的主參數(shù)及其作用規(guī)律，研制一種“參數(shù)可調式”高效抽屑器，對內排屑鉆頭進行優(yōu)化設計，推出一種可覆蓋大小深孔的內排屑單管噴吸鉆系列，研制一套與上述鉆頭和抽屑器配套使用的深孔精加工刀具，即我們把它稱之為SIED深孔加工技術或稱SIED技術，是單管內排屑噴吸式深孔加工技術，英文名稱為“SingletubeInnerchip-removalEjectorDeepholemachiningTechnology”。研究成果44中北大學工藝所針對目前幾種深孔鉆的特點，從射流和負壓機理101實際上，DF系統(tǒng)也是單管內排屑噴吸鉆，但其鉆頭結構完全沿襲了BTA鉆，其抽屑器功能不完善，故發(fā)明者將其定名為DoubleFeederSystem（雙供油系統(tǒng)），以示其與BTA鉆的區(qū)別僅僅在于“DoubleFeeder”。我們所研究的SIED技術，不僅要有完善的抽屑系統(tǒng)，而且刀具系統(tǒng)與所有各類深孔刀具均不相同，綜合所有深孔刀具的優(yōu)點，但在實質上又有創(chuàng)新，包含了鉆頭、擴鉆、套料鉆、鉸刀和鏜頭。SIED深孔加工技術的優(yōu)越性(1)在高效能抽屑器的支持下，使單管內排屑深孔鉆的加工范圍覆蓋大小直徑深孔，解決國際上“內排屑深孔鉆不能鉆小孔”、“槍鉆不適用于大直徑深孔加工”兩大難題。研究成果45實際上，DF系統(tǒng)也是單管內排屑噴吸鉆，但其鉆頭結構完全沿102（2）、與槍鉆相比，采用整體式（鉆頭與鉆桿對焊為整體）SIED鉆，鉆桿扭轉剛度為槍鉆的2.8倍，焊縫強度提高1倍。因此在保證同一加工精度和表面質量的前提下，可采用比槍鉆更大的切削用量，從而獲得更高的生產率；SIED鉆在制造工藝難度上比槍鉆優(yōu)越得多，制造成本低且易于國產化；安裝、刃磨、密封均優(yōu)于槍鉆；鉆桿可回收重新使用；SIED鉆的油壓僅為槍鉆的1/3，因此機床成本遠低于槍鉆，且可用其它深孔機床或車床類機床改裝，易于迅速普及推廣。(3)、與其他內排屑深孔鉆（BTA、雙管噴吸鉆、DF）相比，在大中口徑深孔鉆結構中采用方牙螺紋聯(lián)結結構的同等條件下，SIED鉆只需一個出屑口，不需設置斷屑臺，因而有兩大優(yōu)勢：鉆頭結構簡單，易于國產化制造，成本低；SIED可多次重磨，刀具綜合成本比其它內排屑鉆頭低得多，使深孔加工的成本大幅度降低。研究成果46（2）、與槍鉆相比，采用整體式（鉆頭與鉆桿對焊為整體）S103(4)、SIED刀具門類齊全，不僅有用于實體材料加工的SIED鉆頭和套料鉆系列，而且有SIED擴鉆、中小深孔精加工用鉸刀和大直徑深孔用機夾鏜頭?？扇轿挥糜谒猩羁状志庸ぜ皩σ延需T件孔、無縫管深孔進行深孔加工。φ12mm以下SIED鉆，采用新型的剛性復合鉆桿，解決小孔深孔鉆鉆桿細長、剛性低、易折斷，進給量小及鉆具價格高昂、難制造的問題。(5)、所有SIED刀具構成一個結構、工藝高度相似的成組系列，易于實現(xiàn)多品種小批量成組化生產。所有SIED刀具、輔具、機床已構成一個《SIED深孔加工裝備編碼系統(tǒng)》，從定貨、設計、備料、生產、驗