提高鏜床（chuáng）上（shàng）深孔鑽削加工（gōng）效率的研究

電（diàn）火花加工的基本原理（lǐ）

電火花加工的（de）原理是（shì）基於工具與工件(正負電極)之間的脈衝火花放電的（de）電腐蝕現象來去除多（duō）餘的金屬，從而達到預（yù）定的對（duì）工件尺寸、形（xíng）狀和表麵質（zhì）量的加工要（yào）求。

工件電極和工具電極（jí）分別連接到脈衝電源的兩個（gè）不同極性的電極上。

電極通常（cháng）由導電性好、熔點高且易於加工的耐（nài）腐蝕材料製成，例（lì）如銅、石墨、銅鎢合金和鉬。在加工過程中，工具電極也有（yǒu）損耗（hào），但它小於工件（jiàn）的金屬侵蝕，甚（shèn）至接近於無損耗。

工作液作為排放（fàng）介質，在加工過程中還起到冷卻和排屑的作用。常用的工質是（shì）低粘度、高閃點、性能穩定的介質，如煤油、去離子水、乳（rǔ）化液等。

當在兩個電極之間施加脈衝電（diàn）壓時，當工件和電極之間保持適當的間隙時，工件和工具電極之間的工作流體介質將被擊穿，形成放電通道。

在放電通道內產生瞬間高溫，熔化甚至汽（qì）化工件表麵的物質，同時汽（qì）化工作液體（tǐ）介（jiè）質。在放電間隙處迅速膨（péng）脹爆炸，工件表麵的一小部分物質被蝕刻掉並甩出，形成一個微小的凹坑。

脈衝（chōng）放電後，經過一段（duàn）時間後，工作流體的絕緣性恢複。脈衝反複（fù）作用於工件和工具電極，不斷重複上述過程，工件材料逐漸被刻蝕掉。

伺服係統不斷調（diào）整工具電極與工件（jiàn）的相對位置，自動進給，保證正常脈衝放電，直至加（jiā）工出所需零件。

1.EDM。

工具一般是銅或石墨電極，可以做成任意形狀，加工的形（xíng）狀就是（shì）對（duì）應的腔體。

2.電火（huǒ）花線切割

WEDM可分為線切割和快線。一般用直徑0.1~0.3mm的電極絲加工直紋麵零件，可以是衝孔零件，也可以是模孔。

電火花加工不（bú）僅改變工件的表麵，而且改變其次表麵。被（bèi）加工工件的表麵結構分為三層(圖（tú）1-3)。

電火花加工表麵的衝擊層是由甩出的熔融（róng）金屬和少量（liàng）電（diàn）極顆粒衝擊（jī）形成的。這層很（hěn）容易去除。

下一層是硬層(氧（yǎng）化層)。電火花加工從本質上改變了硬質層的金相結構（gòu）和特性。在介質油（yóu）的作用下，熔融金屬迅速（sù）冷卻，未被甩出的熔融金屬（shǔ）在型腔內凝（níng）固，形成一層硬質層。這種硬而脆的氧化層會有微裂紋。如果（guǒ）該層（céng）太厚，或者不（bú）能通過拋光變（biàn）薄或去（qù）除，那麽該工件可能在某些使用條件下（xià）過早（zǎo）損壞。

最後一層（céng）是加（jiā）熱層（céng）或退火層。隻是加熱了，沒有融化。硬質（zhì）層和加熱層的厚（hòu）度由工件材料（liào）的散熱能力和加（jiā）工能量決定。在任何情況下，改變的金屬層都會影響工（gōng）件表麵（miàn）的原始性質。

數（shù）控電火花機床自動（dòng）精加工電路能量

0簡介

隨著加工技術的發展（zhǎn），直徑大於10倍的深孔加工越來越頻繁（fán）。我公司在加工大於10倍直徑的深孔產品時，由於形狀和結構的限製，隻能在鑽床或鏜床上加工。鑽床排屑（xiè）困難，深孔加工效率低；在（zài）鏜床上加工時，排屑略有改善，但隨著孔深的增加，排屑仍成為影響深孔加工效率的最大問（wèn）題。

目前公司的深孔加工是根據（jù）加工產品的形狀和（hé）結構。回轉（zhuǎn）類產品在專用設備上加工，非（fēi）回轉類或一些特殊形狀的零件用專用設（shè）備加工。使用專用設備進行加工時，不僅需要購買專用設備，還需要購（gòu）買專用的磨刀設備。使用時需要安裝專門的裝置，準備工作繁瑣（suǒ），影響產品（pǐn）的加（jiā）工效率。

為了解決上述問題，對現場鏜床設備加工深孔的情況進行了研究，以實（shí）現（xiàn）在鏜床上不需要專用設備的情況下，仍能（néng）高效加工該（gāi）類產品深孔（kǒng）的方法。擺脫深（shēn）孔加（jiā）工專用設備對鏜（táng）床的依賴。

1.影響鏜床鑽孔效率提高的原因

1.1工（gōng）具冷卻

在鑽孔過程中，加工工具必須能夠（gòu）傳遞足夠的冷卻劑壓（yā）力。壓（yā）力越大，排屑速度越快，鑽孔速（sù）度越快。通過現場（chǎng）生產加工發現（xiàn），用鏜床加工深孔時，如果用普（pǔ）通（tōng）麻花鑽加工深孔，刀具切削部分隻有在加工孔時才能有效冷卻。隨著孔深的增加，深孔（kǒng）內的冷卻液不（bú）能直接到達刀具的切削部分，而是沿著刀具的排屑槽流入（rù）切削部分。冷卻液沒有壓力，無（wú）法（fǎ）傳遞足（zú）夠的冷卻液壓力，排屑速度無法提高。

如果用內（nèi）冷卻（què）的（de）加工鑽頭進行深孔加工，冷卻液可以通過刀具內的長通道到達切削部位，但（dàn）壓力仍然很小，排屑速度沒有（yǒu）明顯（xiǎn）加快，所以對提高機床（chuáng）的加工效率沒有明顯的改變。刀具的切削部分得不到有效的冷卻，使得刀具（jù）的溫度很高。在這（zhè）種情況下（xià），如果增加刀具的速度或進給速度來提高深孔的鑽削效率，刀具將被（bèi）損（sǔn）壞，並且不能實現加工效率的提高。

因此，刀具切削部分的冷卻是影響鏜床深孔鑽削效（xiào）率的原因之一。

1.2鐵屑的形狀和清除鐵屑的方式

正確的（de）切屑形狀和尺寸以及有效的排屑（xiè）對於成（chéng）功（gōng）的深孔加工(深孔鑽削（xuē）)非常（cháng）重要。要提高深孔鑽（zuàn）削的（de）加工效率，斷屑是最重要的。在鏜床上鑽孔時，無論是使（shǐ）用麻花鑽還是帶內冷的（de）機加工（gōng）鑽頭，都必須保證鑽孔過程中的正常排屑。在不使（shǐ）用特殊裝置的情況下，鑽（zuàn）孔過程中正常的切屑形狀（zhuàng）為條狀，條狀的切屑去除速度較慢，容易纏繞在刀具上，導致機器速度低，加工（gōng）效率低。

為了提高（gāo）加工效（xiào）率，使（shǐ）鐵屑的形狀細（xì）分，增加（jiā）機床的轉（zhuǎn）速和進給量，使鐵屑的形狀變得細碎（suì）。這種形狀的鐵屑不能被冷（lěng）卻（què）液帶出深孔，導致其在深（shēn）孔（kǒng）中堆積，導致切削熱增加。而且這些（xiē）難（nán）以排出的（de）鐵屑在（zài）刀具旋轉過程中（zhōng）容易產生切屑，造成刀（dāo）具和孔壁應變，甚至刀具損壞。因此，鐵屑的形狀和（hé）排屑方式也是（shì）影（yǐng）響鏜床深（shēn）孔鑽削效率提高的原因之一。

2.解決（jué）方（fāng）案和措施

2.1解決方案（àn）

從以上影響原因可以看（kàn）出，要（yào）提高鏜床的鑽孔效率，需（xū）要解決兩個問題:1)解決刀（dāo）具冷卻問題；2)解決鐵屑的形狀（zhuàng）和排出問題。為了解決以上兩個問題，對刀具的快速冷（lěng）卻和快速（sù）排屑進行了研究，通過提高冷卻液的壓力來達（dá）到（dào）提高排屑速度的目的。為了（le）達到這個目的，對這兩個問題進行了分析。為了提高鏜床（chuáng）的鑽（zuàn）孔效（xiào）率（lǜ），可（kě）以通過提高機床的速度和進（jìn）給（gěi）量來增加單位時間內的材料去除量。增加加工參數會導致鐵屑形狀的改變，從而形成我們所需要的微小破碎碎片。

這（zhè）種鐵（tiě）屑形成後，要解決的問（wèn）題是如何高效冷卻去除鐵屑。從前麵的分析可以看出，為了（le）實（shí）現高效冷卻和排屑（xiè），冷卻液必須有足夠的壓力，這樣（yàng）才能（néng）實現（xiàn）高效鑽削。僅（jǐn）僅（jǐn）依靠機床（chuáng）冷卻係統的壓力是不可能的。在這種情況下，機床外部（bù）的高壓氣體被引入機床的冷卻係（xì）統（tǒng），冷卻係統的壓力增加，從而達到使冷卻液有足夠壓力的目的。

將外部高壓氣體引入機床冷卻係（xì）統，需要（yào）一個三通（tōng）來（lái）實現將（jiāng）高壓氣體引入機床（chuáng）冷卻係統。如果用普通三通隻是簡單地將高壓氣體引入冷卻係統，那麽外部高壓氣體的（de）壓力就大於機（jī）床冷卻係統的壓力，這樣（yàng）冷卻液（yè）就不（bú）能到達切削部分，隻有（yǒu）高壓氣（qì）體才能到達刀具的切削部分。這種情況相當於用風冷來降溫，沒有達到最佳的降（jiàng）溫效果。

通過研究分析，自主設計了一種（zhǒng）簡單實用的組合三通(如圖（tú）1所示)。它安裝在機床的冷卻管上，將車間（jiān）的高壓氣體引入冷卻係（xì）統，使（shǐ）冷卻液變（biàn）成具（jù）有一定壓力的氣溶膠，到達刀具前端的切削部位。這樣，流經刀具（jù）切削部分的（de）氣液速度同（tóng）時增加，刀具切削部分的溫度可（kě）有效（xiào）降低。同時，通過提高刀（dāo）具的轉速和進給速度，使鐵屑的形狀變為碎屑（xiè）狀，使帶壓力的冷卻氣霧直接將鐵屑吹出孔外，使深孔內不存在鐵屑堆積，消除了鐵屑堆（duī）積引起的刀具溫（wēn）升（shēng），避免了刀具高速加工時鐵屑的產生。采用這種方法，有效地解決了刀具冷卻和鐵屑排放的問題。

2.2解決措（cuò）施（shī）

根據上述思路，自主設計了一種特殊的組合三通。

其工作原理是高壓氣體通過供氣端和導氣管流（liú）出三通，在三通和導氣管之間形成負壓腔，使（shǐ）冷卻液從三通的冷（lěng）卻液端流入三通腔，與高壓氣體混合，通過連接接（jiē）頭5一起進入刀體的流道。冷卻液和高壓氣體混（hún）合物的壓力在刀具出口（kǒu）處釋放，使冷卻液以霧狀形式噴射在切削刃上（shàng），使加工刀具（jù）的切削刃在加工過程中始終處於最佳冷卻狀態。

同時，由於這些霧化冷卻液的壓力，不斷從刀具（jù）的流道進（jìn）入被鑽的孔中，再通過排屑槽從（cóng）鑽頭的前端流出，將加工中產生的切屑帶出深（shēn）孔，使（shǐ）深孔幹淨光滑，不會有大量鐵（tiě）屑堆（duī）積。這些（xiē）既消除了鐵屑向刀體（tǐ）的傳熱，又消除（chú）了（le）刀具在高轉速下的切屑截留，有效解決了鏜床深孔鑽（zuàn）削中刀具的冷卻排屑（xiè）問題，大大提高了（le）鏜床深孔鑽削的效率。在現（xiàn）場應用中（zhōng），測試了一種孔徑為42 mm、孔深（shēn）為500mm的產品(如圖3所示（shì）)。試驗中，刀具轉（zhuǎn）速由原來的30 ~ 40 r/min提高到400 ~500 r/min，加工效率提高了10 ~ 16倍以上（shàng）。

3.結論。

采用上述方法，有效提高了（le）深孔在鏜床上（shàng）的鑽削效率，為直徑大於10倍的深孔加（jiā）工開辟了（le）一種新的加（jiā）工方法。擺脫高效深孔加工專用設備對鏜床的依賴。該方法所需的三通製造簡單，安裝方便，能充分利用生（shēng）產加工現場的資源。已在生產現場推廣應用。將該方（fāng）法應用（yòng）於鏜床上的深孔加工具（jù）有重要的現實意義。它可以有效地減少硬層的形成，但仍（réng）然不能消除退火層。

與傳（chuán）統的加工方法相比，電火花加（jiā）工有很多優點，比（bǐ）如可以加工任何導電材料，包括那些（xiē）傳統工藝不能加工的硬度更（gèng）高的金屬材料。

電火花加工可以（yǐ）達（dá）到刀具無法達到的深（shēn）度，是高要求深加工的（de）理想加工方法。

電火（huǒ）花加工在加工過程中不會對工件施加額外的機械力，保證了工件的機械性能。此外，電火花加工後的表麵光潔度通常比傳統工藝（yì）好。

然而，與傳統（tǒng）的加工技術（shù）相比（bǐ），電火（huǒ）花加工的速度較慢，消耗大量的電能，增（zēng）加了（le）製造成本。