在數控車床上應用槍鉆技術加工深孔零件

黃華慶

（大慶油田力神泵業公司，黑龍江大慶 163311）

1 問題的提出

圖1 潛油電泵機組工作示意圖

2 數控車床槍鉆系統的工作原理和組成部分

槍鉆技術是為了解決深孔加工所發展起來的一門技術，通過多年的使用、發展和完善，現如今已得到普及。它解決了麻花鉆不能解決的深孔和高精度孔的加工問題，有多項特殊功能：（1）適用廣泛。可用于多種機床，如手動鏜床、車削中心、車床、銑床、鉆床及立、臥式加工中心等。（2）可獲得極低的表面粗糙度。粗糙度通常為Ra0.5～3.0。（3）強勁的功能。鉆孔深度可達鉆頭直徑的30～210 倍，無需中途退屑。孔徑從φ3～52mm，深度最大可達3000mm，當深度超過直徑的30 倍時，可分級鉆削。（4）結構簡單。（5）占地面積小。（6）成本低。

我們將槍鉆技術應用到數控車床上，該系統由深孔槍鉆和高壓冷卻系統組成（如圖2）。工件安裝在車床卡盤上隨卡盤一起旋轉，鉆頭通過引導孔進入工件表面時，由于鉆刃的獨特結構起到自引導的作用，使切削精度得到提高，冷卻液通過鉆頭中間的通道到達切削部位，并通過排屑槽將切屑帶出加工孔，同時對鉆頭背部的的支撐凸臺進行潤滑，并對鉆刃進行冷卻，這樣可獲得良好的加工表面質量，提高了加工精度。

圖2 槍鉆系統結構簡圖

2.1 槍鉆

槍鉆由鉆刃、刀身和驅動柄三部分組成，其結構見圖3。

（1）鉆刃。鉆刃是整個槍鉆系統的關鍵部分，它采用硬質合金材料，以獲得良好的切削能力。其獨特科學的組合結構，可對鉆削過程起到導向的作用，通過一次貫穿得到一個高精度的深孔。鉆刃有兩個基本度，在加工過程中可根據工件的材質進行適當的組合，以平衡工作中的切削力，利于斷屑，同時它將切削力傳遞給支撐凸肩，保證了鉆進過程的直線度和同軸度，從而獲得高精度的深孔。鉆刃上設計有很小的倒錐度，其直徑略大于刀身，可防止鉆身在深孔內自由擺動從而刮到已加工表面，降低孔的表面質量。鉆刃有圓孔通道與刀身的油道相連接，加工時高壓冷卻液經此通道到達切削點，并將切屑帶出深孔。圖4 是槍刃的外圓輪廓。

（2）刀身。刀身用經熱處理的合金鋼制成，這使槍鉆獲得足夠的強度和韌性，使之在高速切削中減少變形和振動，保證切削動作的直線度和同軸度，從而獲得較好的加工質量。刀身通長開有160°的V 型槽，加工時經驅動柄、刀身到達刃部的高壓切削冷卻液從此V 型槽排出孔外，并將切屑帶出。

圖3 槍鉆結構簡圖

圖4 刃尖輪廓圖

（3）驅動柄。驅動柄與刀身的頸部處設計有圓弧過渡，可增加強度，避免應力集中損壞槍鉆。驅動柄為圓柱形，上面有一平面，為加持套筒縮進槍鉆用。

2.2 高壓冷卻系統

高壓冷卻霧化裝置是槍鉆系統中的關鍵系統，它主要起潤滑、冷卻和排屑的作用，其工作壓力一般是0.7MPa 左右。工作時，通過雙路管線和高流量噴霧裝置加壓給切削液，一部分驅動脈沖泵形成噴霧，另一部分連續驅動活塞泵，將切削液送至鉆頭切削區，使霧化后的切削液吸收加工產生的熱量，使槍鉆刀頭得到充分的冷卻和潤滑，保證其有良好的工作環境，同時將切屑吹出工件。以往高壓冷卻裝置是采用專門配置的油基切削液進行冷卻的，這種油基切削液冷卻性差、清洗性差，易產生油霧、防火性差，使用過程中有刺激性的氣味產生，并會損傷操作者的皮膚。針對這些缺陷，我們經過摸索，采用水基半合成液（微乳化液）代替油基冷卻液，這種微乳化液有油性和水性雙重性能，具有極壓、潤滑、冷卻、防銹和清洗多種功效。它既避免了油基冷卻液的缺陷，又克服了乳化液易腐化、清洗性差和合成切削液侵蝕機床漆面、潤滑性能差的缺點，使用后效果良好。

3 槍鉆技術在數控車床上的的應用實效

應用工件為軸類零件，材質為蒙乃爾K500，硬度為260～300HB。切削方式為工件旋轉，刀具固定裝卡。

3.1 鉆尖角度的選擇

槍鉆的外刃角ψ外、內刃角ψ內和鉆尖的偏心距影響鉆削效果。

（1）鉆尖角幾何參數的選擇依據。鉆尖角為2ψ［2ψ=180°-（ψ外+ψ內）］，為保證加工孔的表面質量，槍鉆的徑向切削力和主切削力合理作用在支撐區上。

（2）鉆刃角度參數的刃磨。鉆頭切削刃的交點位置在距離鉆頭中心1/4 直徑處，可避免鉆孔偏心，當外刃徑向切削力大于內刃徑向切削力時，其合力始終作用于待加工表面。經過多次試驗，按圖5 所示的角度參數刃磨鉆刃，可以保證鉆削效果。

圖5 鉆刃刃磨角度

3.2 引導孔的加工

圖6 鉆頭卡裝工裝

由于槍鉆是單刃切削，鉆孔時其單刃結構使得槍鉆不能依靠自身來平衡切削力，影響切削效果。為解決這個問題，必須對鉆頭進行引導，其引導孔的加工方法是在槍鉆的裝卡位置安裝一個放合金鉆頭的工裝（如圖6），把鉆頭放在里邊夾緊，編輯一個鉆孔的程序進行加工，在工件上鉆引導孔，加工出的引導孔孔徑精度控制在0.025mm 之內，深度為D/2～D，孔的粗糙度低，以保證用槍鉆加工深孔的質量。

3.3 切削參數

轉速：1600r/min，走刀速度f=0.008mm/r，線速度v=18m/min。

3.4 切削分二級

根據我們的產品情況，采取支撐距離與鉆桿直徑比為30 時為一級。如：產品中有一種需加工276mm 深的孔，加工時可分二級鉆削，每級調整時間為5min 左右，每級切削時間為18～22min。

3.5 輔助工裝

圖7 主軸輔助支撐套

圖8 可升降輔助支撐架

為保證主軸旋轉的穩定性，保護主軸，提高加工質量，我們又設計了兩個輔助工裝：（1）主軸輔助支撐套。圖7 是放在主軸內的輔助支撐套，它的內孔與工件的外徑尺寸公差在0.06mm 內，外徑設計成可與主軸內孔形成緊配合的錐面，它可以保護主軸，減少磨損。（2）圖8 是可升降輔助支撐架，它安裝在機床左側，加工時，工件裝在軸承內的隔套里，根據工件的直徑大小進行升降調節，來保證工件加工時的直線度。采取這兩個輔助裝置，降低了工件的擺動，減少了主軸磨損的可能，主軸旋轉的穩定性得到了提高，保證了工件的加工質量。

4 槍鉆應用與傳統加工的對比

通過較長時間的加工實踐，我們發現采用槍鉆進行深孔加工，切削速度快，切削平穩，冷卻充分，排屑順利，效果良好。與使用麻花鉆加工相比，工作效率和加工精度都有很大提高。表1 是采用兩種加工方法加工蒙乃爾K500 軸深孔情況的對比。

使用槍鉆加工深孔零件，每套機組平均可節省工時67.5h，節約工時費用573.75元，按照我公司年產量2000套電泵機組來計算，一年就可節約工時費用1147500元，經濟效益十分可觀。

表1 槍鉆應用和傳統加工對比效果統計表

5 結語

槍鉆技術在數控機床上的應用，解決了我公司小直徑深孔加工的難題，提高了零件的加工質量，加工效率也有了很大的提高。通過應用槍鉆技術，不僅節約了資金，降低了生產成本，提高了設備利用率，同時還為我們設計更精密的產品提供了堅實的加工保障，具有較大的推廣價值。