深孔鉆削利器 槍鉆幾何角度參數(shù)及其應(yīng)用.doc

深孔鉆削利器 槍鉆幾何角度參數(shù)及其應(yīng)用槍鉆是一種精密深孔加工刀具，可用于在各種工件材料上鉆削加工非常深的孔。槍鉆具有不同于傳統(tǒng)麻花鉆的獨特刀頭形狀（圖1）和貫穿刀具全長的排屑槽。用槍鉆加工時，冷卻液通過刀具內(nèi)部的通道被引入切削區(qū)，并通過排屑槽將切屑帶出孔外（圖2）。此外，刀頭上的鉆套（也稱為“導(dǎo)套”）在鉆削時對孔壁具有擠光作用，因此可獲得直徑和圓度精度極高的孔。這種“內(nèi)冷卻，外排屑”的結(jié)構(gòu)特點使槍鉆與其他深孔鉆削刀具截然不同。圖1 槍鉆的刀頭形狀圖2 槍鉆加工示意圖槍鉆最早是為滿足加工槍管的需要而研制出來的。在該工藝問世之前，槍管是用纏繞和焊接在一根芯棒上的金屬條來加工的。這樣生產(chǎn)出來的槍管無論是直線度還是強度，都無法與現(xiàn)代槍械相比。最終，鉆削工藝被應(yīng)用于在整體金屬材料上加工槍管。不過，早先使用的麻花鉆需要多次走刀加工，因此孔的圓度和直線度精度都不高。用槍鉆加工成功解決了孔的圓度和直線度問題。隨著這種鉆削工藝的不斷改進以及槍鉆專用加工設(shè)備的開發(fā)，該工藝被證明在槍械和兵器行業(yè)以外的許多其他行業(yè)也可以大顯身手。槍鉆加工小直徑精密深孔的能力使其被廣泛應(yīng)用于能源、汽車、航空、模具等行業(yè)。隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍還在不斷拓展。刀具特點 現(xiàn)代槍鉆的結(jié)構(gòu)型式可分為整體硬質(zhì)合金式、焊接式和可轉(zhuǎn)位刀片式，加工時不需要使用額外的鉆管。刀具的非切削端有一個供槍鉆加工機床使用的標準尺寸驅(qū)動柄（圖3）。 圖3 槍鉆結(jié)構(gòu) 槍鉆通常通過一個圓形孔來輸送冷卻液，但有時為了增大冷卻液流量，也可以采用多個冷卻液孔或腎形孔。排屑槽設(shè)計為V形槽，從而使冷卻液能高效、干凈地將切屑沖出孔外，因此槍鉆也被稱為單槽鉆頭。 槍鉆具有特定的幾何形狀，其刃形設(shè)計使其能獲得最佳的切削能力、加工精度以及成屑和排屑效率。刀具廓形參數(shù)包括磨制的外周和鉆尖幾何形狀、冷卻液孔形狀、刀頭長度、鉆套形狀及位置。 加工車間主要根據(jù)工件材料和精度要求來選擇槍鉆。許多標準的槍鉆幾何形狀已通過大量試驗，確定了其最佳尺寸參數(shù)。當(dāng)然，車間也可以根據(jù)自己的需要定制槍鉆。 當(dāng)所需孔的直徑小于5075mm，深徑比（D/d）超過20:1時，最適合采用槍鉆加工。槍鉆在深徑比高達400:1的情況下仍能保持很高的加工精度。該工藝可采用3種加工方式：刀具旋轉(zhuǎn)，工件固定；工件旋轉(zhuǎn)，刀具固定；刀具與工件相互反轉(zhuǎn)。后一種方式特別適合精度要求較高的深孔加工，可以達到0.08mm/m的直線度和Ra0.2m的表面粗糙度。對于直徑較大的孔，可以先用其他深孔鉆削刀具進行鉆孔，然后通過二次加工（如鉸孔）進一步提高孔的圓度、直線度和表面光潔度。 性能優(yōu)勢 與其他鉆削加工方法相比，槍鉆具有一些性能優(yōu)勢，能夠降低生產(chǎn)成本和縮短加工時間。如前所述，槍鉆能通過一次進刀加工出精密深孔。槍鉆的鉆套對孔壁具有擠光作用，也有助于提高孔壁表面光潔度，因此往往可以省略二次精加工。 當(dāng)對深孔的圓度或直線度公差要求嚴格，或工件材料硬度較高時，槍鉆加工也是首選的加工方式，因為槍鉆能夠達到麻花鉆難以企及的加工精度。此外，槍鉆的刀頭磨損后可以重磨修復(fù)，從而可以大大延長刀具的使用壽命。 對于需要加工長徑比極大的深孔的加工車間，無論是偶一為之的單件加工，還是生產(chǎn)性批量加工，都可以從槍鉆工藝中獲益。加工效率的提高和誤差率的下降可以增加車間的長期價值，并利用該工藝提高自己的加工能力。工藝設(shè)備 槍鉆工藝的應(yīng)用可以采用兩種方式：對現(xiàn)有機床進行槍鉆深孔加工改造；采用深孔鉆削專用機床。改裝的槍鉆加工機床最大只能加工深徑比為10:1的孔，且通常只適合加工普通工件材料。如果用這種機床鉆削更深的孔或硬度更高的工件材料，則加工精度可能會大打折扣。 如果需要加工更深的孔和硬度更高的工件材料，采用具有槍鉆功能的深孔鉆削機床更為適合。此類機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減小鉆頭漂移和提高其直線度，降低整個刀具產(chǎn)生振動的可能性，確保鉆入和鉆出孔口處的光潔度和尺寸精度。冷卻液系統(tǒng)的設(shè)計大大提高了機床的鉆削效率和排屑性能。此外，槍鉆加工機床還具有工藝集成和加工監(jiān)測的優(yōu)勢，使操作者可以實現(xiàn)高效鉆孔，并對整個鉆削過程進行嚴密監(jiān)控。 如圖4所示，用槍鉆加工時，鉆套與工件的端面接觸，可起到鉆入點定心和表面密封的作用。鉆套后面是一個容屑盒，用于容納向外排出的切屑和冷卻液，并將其排入收集箱中，以便回收處理和循環(huán)使用。為了在鉆削深孔時保持精度和容納冷卻液，在鉆出點設(shè)計有貫通密封裝置。先進的深孔鉆削機床可確保所有這些元器件共同發(fā)揮作用，以最小的切削力加工出精度最高的深孔。在設(shè)計深孔鉆削機床時，還必須考慮鉆孔尺寸、工件材料和選用的鉆頭。 圖4 槍鉆加工機床結(jié)構(gòu)示意圖大直徑深孔加工 對于直徑小于75mm、深徑比超過20:1的深孔，用槍鉆加工不失為一種正確的選擇。不過，對于直徑大于75mm的超深孔，也可以采用其他一些鉆削方法進行加工。 與槍鉆加工不同，其他深孔鉆削方法通常是從外部引入冷卻液，使其在鉆削頭周圍流動，然后通過刀具連接鉆管，從刀具內(nèi)部排出切屑和冷卻液。對于大直徑深孔而言，用BTA套料鉆加工是一種常用而有效的選擇。其他一些工藝方法（如刮孔、滾子擠孔、瓶形鏜孔和拉孔）也可以類似的方式實現(xiàn)深孔的精密加工。 產(chǎn)品加工的孔數(shù)不一樣，孔數(shù)是937孔，口徑是16.2 0+0.1mm,零件外徑尺寸是1670+0.1mm，零件總長度為550mm。 1.深孔鉆頭改進前加工存在問題（1）新購買深孔鉆頭偏心角度為1182，仰角為1213，俯角為30。 （2）加工錨固套和錨固快過程中，一個班需要磨鉆頭一次（每鉆25米需要磨一次鉆頭），增加了加工的輔助時間，生產(chǎn)效率低。 （3）鉆頭每次磨出來的角度不一致，加工質(zhì)量容易出現(xiàn)波動，質(zhì)量不穩(wěn)定。由于鉆頭角度的問題，不利于孔內(nèi)排屑，容易造成鉆頭崩角。 （4）一根鉆頭正常情況才能使用一個月。切屑刀具幾何角度的確定正確與否，直接影響切屑加工的成敗與優(yōu)劣，尤其在深孔加工時，刀具在極端惡劣的條件下高速工作，顯得非常重要。我們經(jīng)過多年使用硬質(zhì)合金槍鉆加工過程中，進行對鉆頭角度幾何參數(shù)改進探討、實驗、交流總結(jié)出自己深孔加工的幾何角度參數(shù)。2.深孔鉆頭改進方案： 現(xiàn)將深孔鉆頭經(jīng)過工人自己研磨后，偏心角度為132 1 ，仰角為11 12 ，俯角為25 。這種鉆頭適用鉆削直徑16mm的深孔。在鉆頭上鑲有兩條硬質(zhì)合金的導(dǎo)向塊，起鉆時的導(dǎo)向和支承作用。在主刀刃上磨成階梯狀，并磨有斷屑槽，使切屑分開和折斷，有利切屑排出。在切削刃上有直通鉆桿的排屑孔，切屑在有壓力的切削液的作用下，從鉆桿內(nèi)孔中排出。這種鉆頭的剛性好，鉆削平穩(wěn)，可以進行高速鉆削，表面粗糙度可達Ra=3.2m，尺寸精度可達IT10IT11。切削用量為vC=6080m/min，f=0.060.12mm/r。 這種鉆頭是把切削齒(刃)錯開分列在鉆頭的兩邊，以保證分屑可靠，使切屑體積減小，便于排出。而且刀片的散熱條件得到改善。切削刃上的徑向力也得到平衡。同時也根據(jù)切削刃的切削條件，選用不同的刀具材料(牌號)，以達到最佳切削效果。 3.改制后深孔鉆頭加工情況： （1）加工錨固套和錨固快過程中，一個星期需要磨鉆頭一次（每鉆325m需要磨一次鉆頭），降低了換刀停機周期，提高工作效率。消除工人的換刀和磨刀時間。減輕工人的勞動強度，減少工人操作頻次。且不易出錯。 （2）鉆頭角度合適所加工零件孔的尺寸，鉆頭削切刃磨損小，容易斷屑，排屑好。鉆削速度快。 （3）提高產(chǎn)品加工的質(zhì)量。通過實際對比，加工出來的孔尺寸變化波動穩(wěn)定。 （4）每件工件提高加工效率約30，每根鉆頭正常的情況下能使用三個月，提高使用時間，每根鉆頭成本是816元，每月節(jié)約一根鉆頭每臺機床，公司一共有三臺槍鉆。每月節(jié)約成本為： 鉆頭成本為816元X每月節(jié)約1根X設(shè)備數(shù)量3 臺：816X1X3=2448元。 4.結(jié)語 在加工過程中，通過合理的裝夾、工裝的設(shè)計和剛性的提高、刀具的設(shè)計與改造以及對刀具幾何參數(shù)的改進，從而可以提高深孔鉆頭使用壽命，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了錨固套零件加工的連續(xù)性和高效性。 槍鉆可加工孔徑為1.5mm到76.2mm的孔，鉆削深度可達直徑的100倍。特殊訂制的槍鉆可加工孔徑為152.4mm，深度為5080mm的深孔。盡管槍鉆的每轉(zhuǎn)進給量較低，但其每分鐘進給量卻比麻花鉆大(每分鐘進給量等于每轉(zhuǎn)進給量乘以刀具或工件轉(zhuǎn)速)。槍鉆是一種有效的深孔加工刀具，其加工范圍很廣，從模具鋼材,玻璃纖維、特氟龍(Teflon)等塑料到高強度合金(如P20和鉻鎳鐵合金)的深孔加工。在公差和表面粗糙度要求較嚴的深孔加工中，槍鉆可保證孔的尺寸精度、位置精度和直線度。 1、刃部切入時：機械原因.檢查進給機構(gòu).被削材料是否未夾緊。防振套筒的設(shè)定是否適當(dāng)。鉆具原因:再研磨是否有問題。套筒端面不良.是否有油漏出,切屑是否順暢排出。中期加工時:機械原因,進給速度是否均勻。刀尖損傷大,參照刀具壽命項。 2、貫通寸前：進給速度，在出刀時，抵抗力進給速度突然加快，此時放慢進給速度。撤出時，被削材料形狀，斜出刀時是否造成彎孔?？讖叫∫鹉Σ僚で龃?，放慢速成。 3、刀具壽命：切削條件不合適，切削速度是否過快，進給速度是否過快，過慢。機械原因：主軸的振擺是否過大，檢查主軸與導(dǎo)套的同心度，導(dǎo)套與鉆具的間隙是否過大，適當(dāng)設(shè)定防振套筒。 4、刀具壽命短，刀具原因，選定合適的刀尖角度，導(dǎo)向面。鉆具是否過長，再次研磨是否合適。切削油，選定合適的切削油。(耐高壓添加劑，粘度等)。充分過濾切削