外排屑深孔加工技術(shù)教學(xué)課件PPT.ppt

第一章 外排屑深孔加工技術(shù),現(xiàn)代深孔鉆削技術(shù)包含三項內(nèi)容： a、實體深孔鉆削技術(shù)；b、套料鉆削技術(shù) c、深孔擴(kuò)鉆技術(shù)。其中，實體鉆削占有主要地位，也是深孔加工技術(shù)的核心。 外排屑深孔鉆是20世紀(jì)30年代初最早用于槍管制造的具有單切削刃、自動排屑及冷卻潤滑、具有自導(dǎo)向功能的現(xiàn)代深孔刀具，通稱“槍鉆”。在槍鉆的基礎(chǔ)上，隨后又衍生出幾種雙刃外排屑深孔鉆。 本章重點介紹槍鉆技術(shù),1.1 槍鉆的由來,扁鉆：書中圖1.1，最古老的實體鉆孔刀具，用于木材、青銅器、鐵器上短小孔的加工，工效低，易走偏，鉆出的深孔彎曲而粗糙。由于其沒有好的自導(dǎo)向，跑偏是其致命的弱點。為了改善上述的弱點，18世紀(jì)末出現(xiàn)了一種用于炮管鉆孔的單邊切削刃鉆頭炮鉆。,炮鉆：圖1.2，亦稱半圓鉆，單邊切削刃鉆頭，自導(dǎo)向功能和良好的剛度；但由于不能連續(xù)自動排屑，只能靠頻繁的退出鉆頭來實現(xiàn)排屑和切削刃的冷卻潤滑，因此工效很低?？捎捎谂阢@的單刃切削和自導(dǎo)向功能的實現(xiàn)，成為實體鉆孔刀具的一大發(fā)明，所以說，炮鉆可當(dāng)之無愧地被列為第一代深孔鉆頭。 槍鉆：20世紀(jì)30年代誕生，能自動供油排屑，單邊刃切削，能自動導(dǎo)向。,1.2 槍鉆的構(gòu)造及設(shè)計 1.2.1、槍鉆的構(gòu)造,組成：鉆頭、鉆桿和鉆柄,槍鉆由鉆頭、鉆桿和鉆柄三個部分構(gòu)成，見圖1.3。 槍鉆的外部有一條貫通前后的v形槽，供排出切屑之用；位于v形槽對側(cè)，設(shè)有油孔，供通入切削液之用。 刀具材料：高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層、超硬 8mm以下的鉆頭，由硬質(zhì)合金燒結(jié)成整體式鉆頭坯，在經(jīng)焊、磨而成，見圖1.3（a) 直徑大的鉆頭可改用三片硬質(zhì)合金鑲在鋼質(zhì)鉆頭體上，見圖1.3（b).,槍鉆繼承了炮鉆單邊刃切削的構(gòu)思，只用一側(cè)半徑上的單邊切削刃加工，但對炮鉆作了以下幾項重大改進(jìn)： （1）將炮鉆的平刃改為由外刃和內(nèi)刃組成的單邊刃結(jié)構(gòu)； （2）炮鉆的前刀面略高于中線，而槍鉆的前刀面不得高于中線，但允許略低于中線； （3）為了使鉆頭在鉆孔時不被卡死，槍鉆的外圓圓周角大于炮鉆（這同時有助于增大鉆頭和鉆桿的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度）； （4）為了使鉆頭的切削性能更好，在外刃的周邊磨出后角（邊刃后角）。,為保證鉆頭與鉆桿準(zhǔn)確對接，并能承受較大的轉(zhuǎn)矩，將二者的接口部加工成互相吻合的60尖角形，或90平底形（圖1. 4），然后釬焊為一個整體。,槍鉆的這種不可拆卸結(jié)構(gòu)，帶來了一些本質(zhì)性的缺陷，如重磨時拆卸、安裝不便，鉆頭報廢時鉆桿不能重復(fù)使用，因而也增大了刀具成本等等。鉆頭直徑越大，鉆桿越長，上述弊端就越顯得突出。這是槍鉆不適用于35mm以上深孔加工的一個主要原因。歷史上，曾經(jīng)有不少人多次嘗試過采用可拆卸的連接方案（如埋頭孔銷釘結(jié)合、埋頭孔柄舌結(jié)合、螺紋夾緊v形槽結(jié)合、凸輪面結(jié)合等），但都因缺乏實用價值而以失敗告終。,槍鉆油孔形式,鉆頭頭部有出油孔，出油孔的形狀和大小主要根據(jù)切削液流動特性和流動要求來確定。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1.3所示。其中八字形及雙圓孔形出油孔面積為最大，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形及半月形截面形狀。,a、鉆頭頭部,為了保證加工孔的精度，槍鉆頭部有兩個導(dǎo)向塊，與副切削刃帶形成三點定圓，自身導(dǎo)向。導(dǎo)向塊的形式隨槍鉆頭部結(jié)構(gòu)和直徑而異，如下圖所示。鑲焊結(jié)構(gòu)頭部，鑲焊兩個條塊狀導(dǎo)向塊；整體結(jié)構(gòu)頭部，直徑大的直接制成；直徑小些的可在圓柱面上磨出平面，自然形成兩個導(dǎo)向塊。,圖 導(dǎo)向塊的形式,b、鉆桿 槍鉆鉆桿一般用高強度合金鋼管壓制成。根據(jù)鉆孔的深淺和鉆頭的結(jié)構(gòu)，可選用不同形式的鉆桿，如圖下所示。,圖1.a 槍鉆鉆桿的類型 (a)d形；(b)u形；(c)v形；(d)中心槽形；(e)圓形；(f)麻花形,鉆柄的作用：1）與機(jī)床實現(xiàn)對接、承受夾持力、傳遞轉(zhuǎn)矩及進(jìn)給力；2）在密封條件下向鉆頭傳輸高壓切削液。其外徑必須與鉆桿嚴(yán)格同軸，并且有足夠大的直徑以便于固緊。歷史上曾出現(xiàn)過多種型式的鉆柄設(shè)計，圖1.1-5為其中最常見的型式。,c、鉆柄,20世紀(jì)初還曾出現(xiàn)過由槍鉆派生的幾種不同結(jié)構(gòu)的外排屑深孔鉆：,相當(dāng)于圖1-3的基本型槍鉆被掏去一個直徑不大的中心孔，因此切削刃達(dá)不到中心，在鉆孔時會像套料鉆那樣留下一根很細(xì)的芯棒?？招臉屻@的優(yōu)點在于避開了中心部切削速度為零（或接近于零）的切削刃，在一定程度上對降低切削力和刃磨前刀面有利。不利之處是增大了槍鉆的制造難度。這種槍鉆適用于長徑比不大的深孔和精密淺孔，特別是某些帶芯油閥零件。,有兩個分設(shè)于直徑對側(cè)但刃寬不相等的切削刃（每側(cè)的切削刃又分為內(nèi)刃和外刃），中央的通油孔是偏心孔。因此，加工時兩側(cè)的切削刃都達(dá)不到中心，從而留下一根直徑不大的芯棒。由于有雙刃參加切削，可以適當(dāng)加大進(jìn)給量。另外，其中央芯柱對鉆頭也能起到一定的定心作用，使鉆頭的走偏降低。其缺點在于刀桿的制造難度較高，而且排屑槽較窄，不適于加工韌性大的材料。,圖18為一種針對粘性材料設(shè)計的雙油孔單邊刃槍鉆。位于切削刃上方但位置靠后的第二出油孔，直接將高壓切削液沖擊正在形成的切屑使之加工折斷，同時改善前刀面的潤滑條件。這種鉆頭的主要缺點是前刀面重磨有一定難度，用戶較難掌握。,由于其雙刃完全對稱，所以不具備槍鉆的單邊刃自導(dǎo)向特征，原則上屬于油孔麻花鉆的變種，但刀具剛度稍遜于麻花鉆。由于不具備自導(dǎo)向作用且剛度較低，雖然進(jìn)給量稍大于槍鉆，但鉆頭易走偏，加工粗糙度也較大。,圖1.9為一種斷面類似于麻花鉆的雙刃外排屑深孔鉆，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于帶直槽的油孔麻花鉆。,1.2.2、槍鉆幾何參數(shù),槍鉆切削部分要素如下圖所示。有兩條主切削刃和一條副切削刃，靠近鉆心的一條主切削刃稱為內(nèi)刃，另一條主切削刃稱為外刃，其交點被稱為鉆尖。,圖1.9-1 槍鉆切削部分要素,一、切削角度 1） 前角和后角,前角00，便于制造和重磨；外刃后角1 = 815(切削鋼料為812，硬度高時取小值；鉆削鋁、鎂及其合金時為15。內(nèi)刃后角a2= 1015, 接近鉆心取上限。 副切削刃后角0= 1230 ，并留有刃帶寬度b，ba=0.250.5mm，過窄易劃破油膜，過寬將增大摩擦力，引起卡鉆。,2）偏角及鉆尖位置,槍鉆內(nèi)，外刃的主偏角對切削刃的受力狀態(tài)、刀尖強度、斷屑和排屑情況都有很大的影響。標(biāo)注時，習(xí)慣上不標(biāo)注主偏角，而是標(biāo)注余偏角。外、內(nèi)刃余偏角分別為r和rr。槍鉆內(nèi)、外刃的余偏角亦分別被稱為內(nèi)角和外角。鉆尖至鉆頭軸線的距離稱為鉆尖偏心量e。內(nèi)、外角和鉆尖偏心量直接影響著切削刃的受力狀態(tài)，如圖1.9-2所示。,圖1.9-2槍鉆不同刃形的受力狀態(tài),外刃徑向力過大，如圖1.9-2(a）所示，將使作用于導(dǎo)向塊的擠壓力增大，摩擦增大，已加工表面惡化，熱量增加. 內(nèi)刃徑向力過大，如圖1.9-2(b)所示，將使合力作用于內(nèi)刀刃上，引起較大的直線度誤差，使孔徑尺寸超差、表面粗糙度增加、切削刀刃帶過早磨損等。,最好的情況是內(nèi)、外刃徑向力相等或者外刃徑向力稍大于內(nèi)刃徑向力，如圖1.9-2（c）所示，使合力作用于導(dǎo)向塊上，防止鉆頭走偏。在理論上，外、內(nèi)刃徑向力平衡時，r、rr和e有如下關(guān)系：,通常取e= d0/4?？紤]內(nèi)刃切削速度較低，鉆心部分切削情況比較復(fù)雜，要保證外刃徑向力等于或稍大于內(nèi)刃徑向力，必須使rrr。加工一般材料時，取e= d0/4, r為3040，rr為2025，軟材料取小值。用槍鉆加工重疊鋼板時，為防止卡鉆，要求內(nèi)刃產(chǎn)生的錐體很小，這時，一般取r為3045，rr為210，e=d0/6。,3）槽形角,槽形角是指槍鉆排屑v形槽的角度，如圖1.9-1所示。槽形角為110130較為合適。槽形角過小，鋼管軋制時鉆桿易產(chǎn)生裂紋，并且排屑空間小，不利于排屑；若槽形角過大，則鉆桿剛性減弱過多。計算和實驗表明，當(dāng)= 110時，鉆桿的扭轉(zhuǎn)剛度為軋制前圓形鋼管的35。,二、其他幾何參數(shù) 1）零位芯柱,圖1.9-3 槍鉆零位芯柱,槍鉆的主切削刃要通過鉆頭中心或略低于鉆頭中心，不得高于鉆頭中心，避免崩刃。由于內(nèi)刃低于中心h值，形成了柱形芯棒（零位芯柱），如圖1.9-3所示。芯棒的形成一方面可以減少軸向力，另一方面減少了孔軸線的偏移，給槍鉆以附加的導(dǎo)向，對鉆削是有利的。芯棒直徑不宜過大，以便于自動折斷同切屑一起排出。通常取零位芯柱半徑h（0.015一0.025）d0，一般不要大于0.4 mm。為了避免芯棒與鉆頭體之間的摩擦，內(nèi)刃一般少量超過鉆頭中心，超過的值用bc表示，bc的值必須大于芯棒半徑，一般取bc(23)h。,2）切削部分倒錐值,倒錐的主要作用是： (1)減少鉆頭與工件孔壁間的摩擦，減少切削熱。 (2)保證有冷卻潤滑膜產(chǎn)生，防止鉆頭導(dǎo)向塊和切削刃表面的損壞。 倒錐值的大小直接影響槍鉆的耐用度和使用壽命。倒錐值越大，沿長度方面的磨損量越小，沿徑向的磨損量越大。因此，倒錐值的確定原則是：既要考慮被加工另件的精度要求，又要盡量延長槍鉆的使用壽命。,槍鉆切削部分長度與孔精度和倒錐斜角之間關(guān)系為： ls(dmax-dmin）/2tan 式中 ls槍鉆切削部分長度mm； dmax最大孔徑，mm； dmin最小孔徑，mm； 一倒錐斜角，（）。 為適應(yīng)多種切削加工的要求，標(biāo)準(zhǔn)槍鉆一般按每100 mm的長度上直徑的減少量來標(biāo)注，這個減少量k可以按下式計算，即 k = 0.02d0,3）導(dǎo)向塊滯后量,為了防止導(dǎo)向塊前端先于刀刃參加切削，要求導(dǎo)向塊前端必須滯后外刃尖一定距離，該值即稱為導(dǎo)向塊滯后量如書中圖1-28所示，p49。滯后量不能過大，否則將引起入口處切削不穩(wěn)定。通常滯后量取為0.51.2mm，或取為(24)f(f為進(jìn)給量）。 但對于加工硬化劇烈的材料，考慮到導(dǎo)條的磨損，滯后量可取大些，像不銹鋼，可取1.5-2.5mm。,三、過油通道和鉆型 1）過油通道,為了增加切削液的流動空間，需要在鉆頭內(nèi)刃的延長線上磨出過油通道，如圖1.9-4所示。,圖1.9-4槍鉆的過油通道,為避免切屑堆積，使切削液易于流向v型槽，還要在軸肩上磨出與徑向成1530,寬度為0.2mm的倒角。 過油通道有以下3種形式： (1)斜坡型：如圖1.9-4(a)所示，刃磨方便，應(yīng)用較多。但這種過油通道的過流截面積較小，并且難以增大。理由是該過流截面積取決于內(nèi)角rr，而內(nèi)角rr受到鉆頭切削性能的限制，不宜過大。如果過大，則導(dǎo)向塊滯后量過大，易引起入口處切削不平穩(wěn)和切削液溢漏過多，并可能使內(nèi)刃徑向力大于外刃徑向力，造成鉆頭走偏。標(biāo)準(zhǔn)槍鉆一般取rr=20。,(2)斜坡斜臺型和斜坡平臺型：如圖 1.9-4(b)、（c）所示，這兩種形式均是斜坡型的改進(jìn)型，是針對上述問題采取的措施。臺階磨法可以獲得較大的過流截面積，并相應(yīng)增加了內(nèi)刃內(nèi)角的變化范圍，為非標(biāo)準(zhǔn)型槍鉆的刃磨和使用提供了可能性。,若想再增加過流截面積，只有采用下述的兩種形式。,2）槍鉆鉆型,槍鉆有3種基本鉆型，如圖1.9-5所示。斜刃型（圖1.9-5(a) ）亦稱為標(biāo)準(zhǔn)型，是最常用的基本鉆型，適用于加工一般結(jié)構(gòu)鋼；階梯型，圖1.9-5（b），亦稱增大油腔型。此鉆型使進(jìn)油通道加大，而且導(dǎo)向也較好；圖1.9-5（c）為平頂型，主要用于鉆層疊板料、韌性材料。如用斜刃型，在鉆透每一層板后，內(nèi)刃處切屑形成一個錐形墊圈，并隨工件同步旋轉(zhuǎn)，妨礙對下塊板的繼續(xù)切削，只有采用平頂型能避免卡屑現(xiàn)象。,除基本鉆型外，還有一些變革鉆型，如圖1.9-6所示。圖1.9-6(a)為外刃倒角型，此鉆型可使刃口強度增加，延長刀具壽命，并能起到一定的分屑作用。 圖1.9-6(b）為外刃分屑型，主要用于直徑較大的槍鉆。標(biāo)準(zhǔn)槍鉆一般通過鉆尖來分屑，并且很不可靠。因長時間的切削，鉆尖變鈍，切削作用必然減弱。特別是當(dāng)槍鉆直徑較大時，切屑厚而寬，不易排出，必須采用此鉆型進(jìn)行分屑。,圖1.9-5 槍鉆鉆形 圖1.9-6槍鉆變革鉆形,1.3 槍鉆加工系統(tǒng)及其配置,1.3.1 深孔加工系統(tǒng) 深孔加工系統(tǒng)五項要素：工件、刀具、專用輔具、 機(jī)床和控制系統(tǒng)等 其中，專用輔具取決于所采取的切削液供入方式、排屑方式和工件與刀具之間的相對運動方式。換句話說，專用輔具的配置取決于特定的深孔刀具和加工技術(shù)要求，而機(jī)床則是其他四要素的載體。槍鉆加工系統(tǒng)是深孔加工系統(tǒng)中的一種。它與bta鉆加工系統(tǒng)一樣，都由五個要素組成，但二者的區(qū)別在于刀具和輔具。,1.3.2 槍鉆加工系統(tǒng)的各要素,1、工件 分兩類： （1）回轉(zhuǎn)體工件（軸類），要求鉆出與外圓基準(zhǔn) 同軸的深孔。見圖1.10（a）-(c)p27。 （2）非回轉(zhuǎn)體工件不屬于第（1）類的其他各種工 件。見圖1.10（b）-(l)p27。 深孔零件（包括適于用深孔加工技術(shù)進(jìn)行淺孔 加工的零件）的結(jié)構(gòu)特征，是決定采用何種加工方式 和輔具配置的最主要因素。由于深孔的功能不斷得到 發(fā)掘，深孔零件和裝備也不斷推陳出新，進(jìn)而對深孔 加工技術(shù)和裝備提出更新更高的要求，推動著深孔加 工技術(shù)向更高層次發(fā)展。,2、刀具 目前世界上應(yīng)用最多的外排屑實體深孔鉆就是槍鉆。瑞典、德、日、美、以色列等國都有專業(yè)化的槍鉆制造廠，但不少國家的軍工企業(yè)由于自身需求量大但尺寸規(guī)格有限，一般由企業(yè)自產(chǎn)自用。商品槍鉆的直徑尺寸范圍一般為135mm，槍鉆全長一般按長度尺寸分為若干區(qū)段，用戶可以根據(jù)實際需要選定。 在槍鉆機(jī)床上，可以與槍鉆配套使用的另一種不常使用的外排屑刀具是一種由槍鉆衍生而來的槍鉸刀，如下圖1.11。,圖1.11 槍鉸刀,人們常常顧名思義地把槍鉸刀當(dāng)做為進(jìn)一步提高槍鉆加工精度而必須使用的深孔精加工刀具，就象淺孔加工刀具中的多齒鉸刀與麻花鉆的組合，其實并不全然。只要指出以下幾點事實，便不難有一個清楚的理解： （1）與外排屑深孔刀具相比，槍鉆是一種低剛度深孔刀具。槍鉆的扭轉(zhuǎn)剛度約為同直徑內(nèi)排屑深孔鉆的1/3，且質(zhì)心偏離中軸，慣性矩呈各向異性，彎曲剛度也較差，且不同截面的彎曲剛度是不一致的。因此，除了用于淺孔的修整性精加工外，采用截面與槍鉆相同的槍鉸刀作為深孔精加工刀具，是不適宜的。,在實踐中，槍鉸刀僅限于以下幾種特定用途，而不作為深通孔的精加工刀具使用： a、用于盲深孔的二次加工； b、將盲深孔的底部加工成平底、圓弧形或其他指定形狀。 （2）槍鉆用于工件旋轉(zhuǎn)的加工方式時，能加工出精度很高且十分光潔的深孔。在多數(shù)情況下，鉆孔后不必再進(jìn)行后續(xù)加工。但對于如槍管這樣的精密管件，一次鉆孔仍然是不夠的，還必須繼續(xù)進(jìn)行精加工。但用于小深孔精密加工的刀具并非帶v形槽和月牙形內(nèi)部通油孔的槍鉸刀，而是帶圓柱形刀桿（實心或圓柱空管。其剛性都比槍鉆刀桿的剛度大得多）的自導(dǎo)向單刃鉸刀或多刃鉸刀。,盡管有些刀具生產(chǎn)廠家把自導(dǎo)向單刃鉸刀稱為槍鉸刀，但無論從結(jié)構(gòu)形態(tài)和排屑方式上均與槍鉆無共同之處，而不應(yīng)列為槍鉆類刀具。本書將其列為“單刃深孔鉸刀”在第二篇有詳細(xì)論述。附帶說明，單刃深孔鉸刀因不具v形槽，所以也不能在槍鉆機(jī)床上使用。 （3）圖1.11（a）的槍鉸刀，在淺孔或長徑比不大于10的深孔精加工中有廣泛應(yīng)用。其特點是刀桿短，可將預(yù)鉆孔加工成尺寸、位置精度、表面粗糙度都很理想的精孔，兼用于臥、立軸機(jī)床。在多數(shù)情況下，必須采用刀具導(dǎo)向套。 由以上分析可知，在多數(shù)情況下，槍鉆是槍鉆機(jī)床上唯一使用的刀具。,3、機(jī)床,機(jī)床是刀具和加工方法的載體。機(jī)床的設(shè)計配置，主要取決于所用刀具、加工方法和所采用的加工方式。 槍鉆機(jī)床按三種不同加工方式設(shè)計、配置。 圖1.12為生產(chǎn)中應(yīng)用最多的工件旋轉(zhuǎn)、刀具進(jìn)給式臥式槍鉆機(jī)床。這種槍鉆機(jī)床主要用于在圖1.10中（a）、（b）、（c）等回轉(zhuǎn)體零件上鉆出同軸深孔。,工件2以其左端安裝在主軸1末端的夾緊定位裝置（三爪卡盤、四爪卡盤或其他專用定心夾具）中。工件的右端裝在中心架上，或以工件右端的預(yù)制頂尖孔定位于排屑器前端的60空心頂尖上?？招捻敿饧嬗秀@頭導(dǎo)向套功能，是鉆深孔時必不可少的專用配件。它的作用是在鉆頭進(jìn)入工件前正確確定鉆頭的位置，并保持鉆頭切入工件過程中不會抖動。槍鉆的柄部夾持在進(jìn)給座8左端的定位孔中。輸油器9將液壓泵、油管輸送過來的高壓切削液送入8、5，直至切削區(qū)。切屑由槍鉆外部排屑槽向后逸出，至排屑器4中的空腔，由機(jī)床后部濺入集屑盤，切削液返回油箱，經(jīng)嚴(yán)格過濾后重新進(jìn)入油泵，循環(huán)使用。,二戰(zhàn)時期，由于槍支的需求量極大，美國及原蘇聯(lián)等國曾在軍工生產(chǎn)中采用過812軸的立軸式槍鉆機(jī)床。它們的共同特點是：工件在上，刀具位于下方。位于上方的主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)并同時向下進(jìn)給。每一主軸均設(shè)有過載自動停車和退刀的保險機(jī)構(gòu)，以防因切削故障而折斷鉆桿。美國的8軸槍鉆機(jī)床為半自動式，其主運動和輔助運動都由工件完成，但采用液壓自動進(jìn)給。操作者只按工位順序取下已鉆孔完畢的工件并更換新的毛坯，其余工作由機(jī)床自動完成。,此類機(jī)床于20世紀(jì)70年代以來廣泛應(yīng)用于各種非管類工件和管類工件上的不同軸孔，特別是板類工件上的坐標(biāo)深孔系，見圖1.1-10（d）（l）。工件2預(yù)先在工作臺12上定位并夾緊后，將排屑器3的前端靠緊工件并形成密封，然后將3鎖緊在導(dǎo)軌上。動力頭進(jìn)給座帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)并完成進(jìn)給運動。工作臺上可配置各種不同的夾具（如滑座、數(shù)控工作臺、旋轉(zhuǎn)分度夾具等），以適應(yīng)特定工件的加工需要。,圖1.1-13為鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)給、工件固定方式的槍鉆機(jī)床。,由于采用刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給方式的深孔零件種類十分繁多，這類槍鉆機(jī)床已成為發(fā)展的重點。圖1.1-14為一種加工輕型板料工件上坐標(biāo)孔系的通用型槍鉆機(jī)床。其工作臺1可以在水平（靠絲杠和手柄調(diào)節(jié)）、垂直（靠垂直絲杠和手柄調(diào)節(jié)）兩個坐標(biāo)上移動。,當(dāng)工件較長時，可以將排屑器2右移適當(dāng)距離。機(jī)床采用主軸無級變頻調(diào)速及伺服電機(jī)7以實現(xiàn)進(jìn)給量的無級調(diào)速，或進(jìn)一步配置成數(shù)控槍鉆機(jī)床。,圖1.1-15為另一種有代表性的刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給式槍鉆機(jī)床。其主要加工對象是造紙用吸氣輥。工件為直徑2000mm，壁厚50mm，長6000mm的空心圓筒，需要在輥子外圓表面均勻地鉆出310mm（每一工件,鉆孔的直徑相同）小深孔數(shù)十萬個。因此，工作臺采用數(shù)控轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)；機(jī)床采用了12個動力頭，每頭各帶動20支槍鉆，一次可同時鉆出2012=240個孔的多軸組合結(jié)構(gòu)。機(jī)床具有對鉆頭磨損情況進(jìn)行自動監(jiān)視的功能。上述刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給式的槍鉆機(jī)床，也可以設(shè)計成圖1.1-16的單立柱臺式機(jī)床。,其外觀造型酷似普通的臥式鏜床。此類機(jī)床在日本已經(jīng)有規(guī)范化的系列產(chǎn)品，其工作臺有平移式（用于加工板件）和垂直回轉(zhuǎn)式（用于圓桶式工件）兩種規(guī)格，適應(yīng)于各種工件的加工。鉆孔直徑為330mm，,最大加工深度分1000mm和1500mm兩個等級，其主運動和各向進(jìn)給均為無級變速。采用多臺組合式槍鉆機(jī)床，可同時完成箱體工件（如發(fā)動機(jī)）上的相互垂直的深孔。,圖1.1-17為工件與刀具相對旋轉(zhuǎn)方式的槍鉆機(jī)床。它與圖1.1-12所示的工件旋轉(zhuǎn)刀具 進(jìn)給方式的槍鉆機(jī)床差別在于刀具與工件反方向旋轉(zhuǎn)。它主要用于下列加工場合：,（1）當(dāng)工件由于特定原因（如外徑過大、剛性不足、產(chǎn)生振擺等）而必須降低轉(zhuǎn)速時，為了保持必要的加工效率，對工件采用低速旋轉(zhuǎn)，用鉆頭的高轉(zhuǎn)速加以補充； （2）工件與鉆頭相對旋轉(zhuǎn)，可以使鉆頭的走偏傾向降至最低程度，因而可獲得同軸度和直線度更高的深孔； （3）當(dāng)其他條件相同時，鉆頭直徑越小，所需的轉(zhuǎn)速就越高。將主軸與鉆桿動力頭的轉(zhuǎn)速遞加，可以獲得很高的轉(zhuǎn)速，因而為采用更小直徑的鉆頭加工創(chuàng)造了條件。,4、輔具,輔具是深孔加工系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素，它們的作用是為深孔加工的供油、排屑、工件的定位夾緊、刀具導(dǎo)向和液壓密封提供可靠的技術(shù)保證。 槍鉆加工用輔具共分為三類： （1）輸油器 用于將高壓切削液導(dǎo)入槍鉆的進(jìn)油通道。槍鉆的輸油器總是與刀具進(jìn)給座合成一個部件。在槍鉆不旋轉(zhuǎn)的情況下，只要使進(jìn)給座具備供鉆柄定位、夾緊和傳送轉(zhuǎn)矩、保證密封的功能即可，其結(jié)構(gòu)比較簡單。但在鉆頭旋轉(zhuǎn)的條件下，就必須增加一個驅(qū)動鉆柄旋轉(zhuǎn)的動力頭和旋轉(zhuǎn)輸油器。圖1.1-18為這種動力頭輸油器的一例。,動力頭電機(jī)（圖中未顯示）將扭 矩傳給帶輪4或5（4為低速，5為高速），普通平鍵6將轉(zhuǎn)矩傳至主軸4和鉆夾頭1。輸油器7是固定不轉(zhuǎn)動的，其左端與主軸末端形成密封的滾動配合。切削液進(jìn)入輸油器空腔后，通過主軸孔輸入鉆柄和鉆桿的通油孔，到達(dá)切削刃部。,液壓系統(tǒng)（電機(jī)、油泵、閥、液壓管路、油箱和切屑過濾裝置）是深孔加工機(jī)床特別是深孔鉆床必備的重要配套系統(tǒng)。槍鉆所需的油壓遠(yuǎn)高于內(nèi)排屑深孔鉆（當(dāng)鉆頭直徑2mm時，油壓高達(dá)812mpa），因而對液壓系統(tǒng)和機(jī)床密封有更高的要求。 （2）排屑器 排屑器位于工件的鄰接位置（圖1.12和圖1.17中的4，圖1.13和圖1.16中的3，圖1.14中的2），其左方有可以自由轉(zhuǎn)動的鉆頭導(dǎo)向套（簡稱鉆套）。當(dāng)工件定位夾緊后，必須將排屑器頂緊工件端部并密封，以防止切屑和切削液濺出。如果將導(dǎo)向套做成左端有600錐的空心頂尖，并相應(yīng)地在工件右端加工出600的預(yù)制頂尖孔，則工件就可以像車床一樣靠尾頂尖進(jìn)行軸件的定位，兼有密封作用。,在有些情況下（圖1.1-15），當(dāng)需要在工件上鉆出大量的小深孔時，也可以不用排屑器。每次鉆孔前，只需將鉆套移近工件表面但保持一定的間隙。切屑和切削液由已鉆孔中排出后，從上述間隙濺落在下面的切屑傳送帶上，切削液經(jīng)回收裝置回流入油箱，經(jīng)自動過濾后重新進(jìn)入切削液循環(huán)系統(tǒng)。,（3）工件和鉆桿支承裝置 當(dāng)采取工件旋轉(zhuǎn)方式對細(xì)長比很大的棒料鉆深孔時，中心架是必不可少的支承裝置。 中心架的作用有二： a. 對回轉(zhuǎn)體工件定位 對于設(shè)有預(yù)制孔的棒料工件，中心架是不可缺少的定位夾具。但當(dāng)工件外圓已經(jīng)過車削并有預(yù)鉆中心孔時，也可以不用中心架。 b. 增加工件剛度，避免工件跳動。,細(xì)長比很大的棒料，無論其外圓是否進(jìn)行過預(yù)車，或是否有預(yù)制中心孔，最好使用中心架以增強工件剛度，避免因高速旋轉(zhuǎn)引起跳動而干擾鉆頭的正常加工。 鉆桿支承架是深孔鉆床上必須配置的輔具。它兼有對鉆桿定心和提高剛度的作用。支承架中的襯套一般用黃銅、尼龍等材料制作成上下兩半，其尺寸和形廓應(yīng)與鉆桿吻合。對于刀具旋轉(zhuǎn)方式的加工，襯套的外部應(yīng)設(shè)滾動軸承。 鉆床主軸、排屑器（鉆套）、鉆桿支架和走刀箱（鉆桿夾頭）的中軸應(yīng)位于一條直線上，各輔具應(yīng)有盡可能精確的同軸度。這是深孔鉆床必須具備的一項基本要求。,5、控制系統(tǒng) 現(xiàn)代制造裝備的特點是，以電動機(jī)、伺服電動機(jī)、液壓馬達(dá)等為動力，通過機(jī)械傳動、液壓傳動或氣動來實現(xiàn)各部件的有序的協(xié)調(diào)運動，并根據(jù)不同的工件材質(zhì)和特定的技術(shù)要求，采用最佳的加工參數(shù)匹配，以最高的效率、最低的成本和安全可靠的過程控制，加工出符合預(yù)期要求的產(chǎn)品對象。從20世紀(jì)切削機(jī)床和其他加工設(shè)備的發(fā)展歷程來看，制造裝備的發(fā)展和完善，不僅取決于材料、工藝技術(shù)、設(shè)計理論和手段的不斷進(jìn)步，同樣重要的因素還在于控制理論、控制元件和控制方法的進(jìn)步。,對于切削加工設(shè)備來說，“控制”一詞包含有以下幾方面的意涵： （1）對切削加工設(shè)備的主運動、各坐標(biāo)方向的進(jìn)給運動的啟動、停止、變速、換向； （2）對主運動、各坐標(biāo)方向進(jìn)給運動、冷卻潤滑系統(tǒng)啟動與停止的先后次序、運動軌跡與距離的保證，換刀、測量的穿插，夾具的夾持和松開，自動線上各種運動的匹配； （3）對刀具工作狀態(tài)（切削刃磨損狀態(tài)、切削力、轉(zhuǎn)矩、功率大?。┑膶崟r監(jiān)測、發(fā)生信號和自動處置；對切削用量的自適應(yīng)控制和調(diào)整。,而深孔機(jī)床與一般切削機(jī)床在操作控制上的很大不同之處在于，深孔加工是在操作者不能憑視覺直接察知的隱蔽條件下進(jìn)行的。深孔鉆頭的斷屑、排屑、切削刃的磨損、切屑形態(tài)、被加工表面狀況以至鉆頭走向是否正確等，都是決定加工成敗、質(zhì)量和效率、成本的重大影響因素，但這些都無法用肉眼直接覺察。傳統(tǒng)的方法是操作者通過觸摸刀桿和油溫、聽切削聲音、看已排出的切屑形態(tài)和油壓表指針（摸、聽、看）等間接手段，來判斷加工過程是否正常，甚至可以判斷出表面粗糙度的水平，但對于鉆頭走偏仍無法準(zhǔn)確地預(yù)知。因此，深孔加工特別是實體深孔鉆削技術(shù)，其操作和控制的難度，遠(yuǎn)超過一般的切削加工。,20世紀(jì)電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控、程序控制技術(shù)的發(fā)展，使現(xiàn)代制造裝備由人工控制轉(zhuǎn)向計算機(jī)數(shù)字控制。至20世紀(jì)末，幾乎所有的機(jī)床控制技術(shù)都已被采用于深孔加工裝備。順序控制（其特點是一系列工作運動的啟、停和轉(zhuǎn)換都要按照預(yù)設(shè)的順序，通過行程開關(guān)和擋鐵來實現(xiàn)，而不是由數(shù)字或數(shù)據(jù)來決定）、數(shù)控、數(shù)顯等技術(shù)都已采用于不斷更新的深孔機(jī)床，在歐洲甚至出現(xiàn)了深孔鉆加工中心。20世紀(jì)末信息技術(shù)的飛速進(jìn)步，可望在加工過程遙感遙控、信息傳輸和反饋等方面，為制造裝備控制技術(shù)的進(jìn)一步完善化提供新的動力。而在深孔加工機(jī)床方面，對刀具磨損、轉(zhuǎn)矩的監(jiān)控、預(yù)警，對切削用量的實時調(diào)整，對深孔的質(zhì)量檢測，應(yīng)作為控制技術(shù)更加優(yōu)先的課題加以研究和解決。,1.4 槍鉆加工的排屑故障及處理對策,1.4.1 切屑的形成和排出 1.4.2 導(dǎo)致排屑故障的常見因素及處理對策,1.4.1 切屑的形成和排出,槍鉆通常不設(shè)斷屑臺，前角為0，有刀尖和內(nèi)外刃，有比較寬敞的v形排屑槽。對于輕合金及鑄鐵材料，所產(chǎn)生的切屑一般呈短卷、針卷或碎塊狀，可以很順利地由切削液沖出。 外刃產(chǎn)生的切屑：右旋連續(xù)螺卷，其生成速度遠(yuǎn)高 于內(nèi)刃。 內(nèi)刃產(chǎn)生的切屑：左旋。 二者在孔壁的約束和切屑液的沖擊下相互干涉，生成速度慢的內(nèi)刃切屑被斷成扇片狀，并使相扭在一起的切屑流形成斷口，在高壓切削液的沖擊下被拉斷成一定的長度，沿v形槽向外排出（見圖1.22）。,但由于多種因素的影響，加工鋼材時并不總是能實現(xiàn)通暢無阻礙地排屑。有時會周期性地發(fā)生切屑的堵塞。但在堵屑的瞬間，油壓隨之升高，切屑被擠成團(tuán)狀推出；而有時則會堵死排屑通道，導(dǎo)致鉆桿被扭斷，或在排屑箱中纏繞在槍桿上，造成鉆頭折斷。,1.4.2 導(dǎo)致排屑故障的常見因素及處理對策,四種形式： 1、連續(xù)生成螺旋狀切屑經(jīng)久不斷； 2、切屑卷中有寬窄不等的多股切屑互相夾雜，成為纏繞性切屑； 3、切屑為剛性螺卷，連續(xù)不斷； 4、棒形切屑，因其截面積小而易沉積在v形槽中不易沖出。 實質(zhì)上是: 1、工件材料、進(jìn)給量大小、鉆頭幾何參數(shù)等因素的匹配不得當(dāng)； 2、切削刃崩裂、磨鈍、油壓流速不足而造成，必須具體分析并采取針對性措施予以處理。,以下分別對不同的工件材料加以說明。 1、鋼材 對于鋼材，進(jìn)給量越大，內(nèi)外刃的切屑干涉能力越強，越容易產(chǎn)生短切屑。低碳鋼的切屑易于伸展，可通過適當(dāng)加大外角和減小外刃寬度以縮短切屑長度。 2、鋁合金 加工鋁合金時，不論進(jìn)給量大小，切屑都容易排出，所以最好采用大進(jìn)給量。但加工含硅量0.13%以下的純鋁時，如進(jìn)給量較大（0.05mm/r以上），易產(chǎn)生剛性大的長螺卷切屑，不利于排出，宜適當(dāng)降低進(jìn)給量。另外，加工純鋁時，鉆頭內(nèi)外角不宜太小。,3、鑄鐵 進(jìn)給量大小，鉆頭幾何參數(shù)的變化，對鑄鐵的切屑形態(tài)影響都不大，不會構(gòu)成排屑障礙。 4、不銹鋼 對奧氏體不銹鋼0cr19ni9的實驗表明，進(jìn)給量對切屑長度的影響