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數控深孔鉆三級鉆孔技術應用

2017-7-27 來源：中國電科集團第38研究所作者：鄭杰何章峰王昌伍

摘要：本文提出了三級鉆孔的新方法，成功解決了孔深徑比超過100的深孔加工難題。

1、基本概述

深孔鉆削是指孔深和孔徑比大的孔加工，正常鉆削技術所生產的孔，其孔深極少超過5倍直徑，而在深孔鉆削中，此比例可高達150∶1，并且，任何孔深大于5倍直徑的孔都應稱為深孔。鉆削的基本原則：應用和糾正切削速度與進給的選擇，切削良好的斷屑和排屑性能，同時不損壞刀具和工件。對于孔深孔徑比大于5 的深孔，必須保證一鉆到底，不能中途退出，切削液能順利地流進鉆頭的切削刃處，并能保證順利排屑。深孔鉆削加工鉆頭進入工件時，是在半封閉條件下工作，因此受到較多限：不能直接觀察到刀具切削情況；切削熱不易傳散，必須采用強制有效的冷卻方式；排屑困難；鉆桿需要足夠的剛性。深孔加工注意問題：切屑處理問題，冷卻潤滑，合理導向。

槍鉆（見圖1）的鉆柄是空的，由內外部供應的切削液流經鉆頭內輸送管，并強行流經切削頭內的孔。鉆柄外側有一個沿著長度方向的V形槽，切削液攜帶切屑通過此V形槽，并經過鉆頭外側，最終切屑從孔中排出。槍鉆可應用于普通加工中心，但是需要高壓力的切削液。

圖1槍鉆系統示意圖

2、任務來源

某殼體零件（見圖2）有兩個直徑4mm、1個直徑5mm且深度都超過700mm的深孔。普通設備無法加工，必需使用專用的深孔加工設備。這就要用到深孔專用加工設備——數控深孔鉆床。數控深孔鉆機床是專門用于深孔加工的數控設備，加工的孔徑小、深度大，孔徑與孔深比達到1∶100，一般的數控設備無法完成。

圖2深孔零件

數控深孔鉆機床（見圖3）是專門用于深孔加工的數控設備，加工的孔徑小、深度深，徑深比達到近1∶100，一般的數控加工設備無法完成。數控深孔鉆工作原理是采用不對稱切削加工，不需用傳統的中心鉆來完成定位要求。

圖3數控深孔鉆

3、解決方案

數控深孔鉆床于2008年5月投入使用后（見圖4），經過反復試驗，1個深孔加工動作宜采用“三級加工法”：定位鉆削、導向鉆削及正常鉆削，稱為“三級鉆孔技術”。三級鉆孔需要根據不同的鉆孔深度采用不同的切削速度，目前機床自帶的數控鉆孔指令只能完成1個鉆孔深度和1個切削速度，如何使用常用的鉆孔指令來實現三級鉆孔，可分兩種方法：①手動干預：根據不同的鉆孔深度，人為的手動來進行調節切削速度。②重復進給：對同一個孔分別進行編制3個鉆孔程序，指令不同的鉆孔深度和切削速度，進行重復操作。

4、改進方法

對于上述兩種方法的弊端，通過查閱機床說明書，使用“頭腦風暴法”，提出各種解決方案。最終采納開發一個三級階梯鉆削指令方案。分別賦予三級深度與三種不同速度，通過參數化、智能化及人性化設計，省去手動干預的繁瑣與重復進給所浪費的時間。

（1）格式。G65 P9003 U-10 V-30 Z-375 B5 C10 F40 R3 T0（或T1）

X___Y___

…

G67

M30

（2）參數。第一鉆孔深度U，第二鉆孔深度V，最終鉆孔深度Z，一級鉆孔速度B，二級鉆孔速度C，最終鉆孔速度F，鉆孔初始點R，T0鉆不通孔，T1鉆通孔

（3）使用說明。①程序必須指令Z（最終鉆孔深度）、F（最終鉆孔速度）、R（鉆孔初始點）、T0（鉆不通孔）或T1（鉆通孔），否則出現提示報警（9001）。②鉆孔初始點＜第一鉆孔深度＜第二鉆孔深度＜最終鉆孔深度，即R＞U＞V＞Z，否

則出現提示報警（9004）。③一級鉆孔速度＜二級鉆孔速度＜最終鉆孔速度，否則出現提示報警（9004）。④如不使用第一鉆孔深度U和第二鉆孔深度V時，可直接使用最終鉆孔深度Z來完成鉆孔。⑤當指令第一鉆孔深度U時，必須指令一級鉆孔速度B，否則出現提示報警（9004）。⑥當指令第二鉆孔深度V時，必須指令二級鉆孔速度C，否則出現提示報警（9004）。⑦當只使用兩級深度鉆孔時，只能使用深度U、Z，否則出現提示報警（9004）。

（4）實施結果。兩種方法對比發現，方法一使操作者的勞動強度增大，操作者要始終關注機床狀態進行手動調整，操作不夠準確，失去了數控加工自動化的意義；方法二對相同一個孔進行多次加工，多次重復定位，機床增加了孔位置度誤差和重復加工周期。