深孔加工技术研究
作者：金英卓邵健
来源：《中国科技博览》2016年第05期
[摘要]深孔加工技术一直是国内机械加工技术的难点，本文探索利用枪钻在车铣加工中心上进行深孔加工，大大提高了深孔加工的质量和效率，为国内深孔加工技术填补了空白。
[关键词]深孔；枪钻；加工中心
中图分类号：TG713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0240-01
引言
随着数控设备的普及和数控技术的成熟，应用车铣复合加工中心加工深孔已成为可能。
本文通过开发车铣复合加工中心深孔加工的功能，利用枪钻解决深孔加工问题，通过摸索试验设计合理的深孔加工工艺，选择合适的深孔加工刀具和切削参数，编制合理的深孔加工数控程序，为利用枪钻进行深孔加工探索出一条切实可行的方案。
1.零件的设计要求
本次加工的目标零件，毛坯为棒料，零件材料为难加工的高温合金材料，零件总长
103mm，杆部内孔为φ6mm，壁厚为2mm，内孔表面粗糙度要求为Ra3.2，长径比为20：1，外圆端面的垂直度为0.05mm。
2.工艺性分析
该零件属于深孔加工的零件，采用普通的加长钻头很难加工。
由于采用棒料加工，在机加过程中取出的余量较大，故粗加工后安排消除应力热处理。
零件壁厚较薄，为保证内外圆同心和外圆对端面的垂直度，将深孔，外圆和端面安排到一道机加工序进行。
3.深孔加工方案设计
3.1 枪钻加工方法简介
常用的深孔加工方法有单管钻系统（必须专用设备进行加工）、吸钻系统（加工中心等）和枪钻等，吸钻的加工直径在φ15mm以上，枪钻的加工范围为φ0.6～50mm。
该零件深孔直径为φ6mm，故选择枪钻在具有高压内冷装置的车铣复合加工中心上进行。
枪钻时先进高效的孔加工技术，可用来加工深孔（长径比250：1），也可用来加工浅孔（长径比1：1）。
枪钻是由钻柄，钻杆和钻头三部分焊接在一起，中间有一个通孔，适用于切削铸铁、碳钢、铜、铝合金、合金钢等，枪钻将钻孔、镗孔、铰孔一次完成，一次走刀便可以加工出高精度（IT7-IT9）、精直线度（0.16～0.33mm/1000mm）、低粗糙度（Ra3.2～
Ra0.1）的孔，其钻削速度达到30～100m/min。
枪钻是单边刃切削工具，本身不具备自动定心的功能，需要外部引导准确钻入工件，有两种引导方式：方式1，在钻削全过程中采用钻套；方式2，引导孔导向方式钻削（在加工中心上常用），合金钻头已经完全钻入零件基体，便可以实现枪钻钻孔自动导向功能。
枪钻不仅适用于深孔钻孔专用机床，也可以应用于其他传统机床，例如加工中心和数控车床。
切削液通过钻柄的中孔到达切削刃部位，切屑沿着“V”字型排屑槽排除。
不同于枪钻专机，加工中心很少采用钻套进行导向，需要在工件上预钻导向孔，导向孔必须满足孔径公差（比枪钻直径稍大+0.01～+0.02mm，公差等级H8）和孔深（1.5d～3d）等方面的要求。
3.2 深孔加工方案的实施
在车铣加工中心上用软三爪卡盘夹持棒料，依次进行平端面→钻导向孔→钻深孔→粗车外圆及端面→精车外圆及端面工序。
深孔加工采用的是具有高压内冷装置的车铣复合加工中心，和伊斯卡SCD060-035-060 ACG5IC908φ6mm中空内冷硬质合金钻头（加工导向孔）、GD 06000-0100-55-
IC908φ6mm×110mm枪钻（钻头部分是硬质合金，杆部为钢的焊接结构）和HSK A50 EM
16×90E侧固刀柄。
首先采用试验件进行加工，共进行了8种方案的试验，试件加工效果最优的试验方案如表1和表2。
将加工完成的试件用φ2.7mm的孔探仪检查内孔表面粗糙度，发现导向孔表面粗糙度合格，枪钻加工出的深孔表面有划痕，将试件剖开，用轮廓仪检测，结果粗糙度在Ra0.6-Ra1.7之间，完全合格。
采用表1中钻导向孔的加工方案和表2中枪钻钻深孔的加工方案，经过11件零件的试加工，孔径尺寸和表面粗糙度完全满足零件加工精度的要求，φ6×15导向孔加工时间为4分钟，φ6×105孔用枪钻加工时间为8分钟。
4.深孔加工工程存在的问题及解决措施
问题1：在导向孔加工过程中，采用中空硬质合金钻头及高压内冷方式一次钻削到位，由于设备刀具主轴精度交叉，刀柄非密封刀柄，内冷装置没有起作用，外喷冷却液无法喷射到刀
尖上，刀具冷却效果差，又加上刀具切削刃长达45mm，导致加工出的导向孔锥度较大，为19′。
解决措施：方案1：经过分析后，认为刀柄磨损，跳动大，后更换新刀柄和卡簧，重新钻孔，结果导向孔为14′19″，效果仍然不理想；方案2：采用国产短硬质合金钻头，刃长
28mm，采用循环指令钻孔，外部冷却，结果导向孔为3′26″，完全可以满足加工精度的要求。
问题2：在用枪钻钻深孔时，枪钻进口直径为φ6.01mm，出口处为φ5.98mm，孔径尺寸偏小，内表面有明显划痕。
解决措施：采用调整加工参数的方法一进枪钻在进入导向孔时反转进入，正转加工，出口时不转快速退出，对内孔表面质量和孔径尺寸均无影响，经检测，内表面划痕在设计图规定的表面粗糙度范围内，属于合格状态，与国外先进设备加工的孔径表面质量相仿。
对于孔径偏小的解决措施是增大枪钻的直径，采用孔径中差作为枪钻的名义尺寸，但因为经费和时间有限，未进行进一步的试验验证。
如果孔径公差采用钻孔的双向偏差，则所加工的零件全部在公差带范围内，皆合格。
问题3：再用枪钻钻深孔时，当加工到第4件时，发现加工声音异常，于是调低进给倍率为90%，继续加工，完成第4件和第5件零件的加工，但加工到第6件时，加工深度到达
78mm时，钻头折断。
解决措施：用电加工和在另一端钻头的方式将折断的钻头取出，用扩孔钻修复孔径。
限制每把刀具加工零件的数量，每把枪钻最多加工5件零件，且在加工到第4件和第5件时，进给速度采用倍率调整，为表2方案8钻孔时的90%，以防止钻头折断。
5.结论
目标零件在具有高压内冷装置的车铣复合加工中心上利用枪钻进行深孔加工，经过在试件上进行多种方案的试验，最终确定采用表1中钻导向孔的加工方案8和表2中钻深孔的加工方案8，经过11件零件的试加工，孔径尺寸和表面粗糙度完全满足零件加工精度要求，为了保证产品的质量稳定性，每把枪钻最多可以加工5件零件。
枪钻深孔加工的效率是普通扩孔钻加工效率的5倍以上。
作者简介
金英卓（1982-），男，辽宁沈阳人，研究方向：机械制造。