利用車床（chuáng）鑽削小（xiǎo）孔的工藝研究

0 前言

在航空產品中，結構重量是衡量產品性能的一個非（fēi）常重要的指標。為了提高產品的指標，設計人員在設計產品時，在滿足其他性能指標的前提下，會盡可能的壓縮結（jié）構尺寸以（yǐ）追求更輕（qīng）的產品。壓縮結構尺寸可以有效地減輕結構（gòu）重量，但帶來的問題（tí）就是產品（pǐn）零件變小（xiǎo），更小的零件意味著零件上各種（zhǒng）特征的尺寸也會變得更小，對（duì）於傳統（tǒng）機械加工來說，尺寸過大或過小的零件特征都是加工中的難點。

在零件的各（gè）種特征中，孔是較難加工的一種。由於孔本身的特殊結構，在加工中（zhōng）存在排屑不暢（chàng）、冷卻潤滑不及時等各種問題（tí），容易在加工中出現孔內壁糙度差、孔軸線（xiàn）直線度差、孔橫截（jié）麵圓度差、孔直徑尺寸精度差，孔定位尺寸精度差等各種問題，常常（cháng）成為零件質量問題的高發點，尤其是對於長徑比比較大的孔，加（jiā）工難度較一般孔更大。

由於產品的各種限製，實際設計出的零件（jiàn）往往是上麵兩種加工難點的疊加，即長（zhǎng）徑比（bǐ）大的小孔。當前，國內外（wài）已（yǐ）經發展出了很多新的加工方法可以（yǐ）完成此類小孔的加工，如激光、電腐（fǔ）蝕、高能粒子束等加工方法，均可以比該孔（kǒng）直徑更小（xiǎo）、長徑比更大（dà）的孔（kǒng）的加工。但這些（xiē）加工方法（fǎ）均（jun1）存在加工效率低和加工成本高的（de）問題，傳統（tǒng）的機（jī）械加工雖然沒（méi）有新方法的加工能力強，無法完成許（xǔ）多有極端（duān）要求的特征的（de）加工，但在加工（gōng）成本和（hé）加工效率方麵相比較於這些新（xīn）方法卻占有很大的優勢。因此如果可以發掘傳統機械加工的潛力，拓展傳（chuán）統機械加工的適用範圍（wéi），就可以完成（chéng）一些要求比較（jiào）苛刻的零件的加（jiā）工（gōng），為零件生產降低加工成本和提高加工效率提供了有效的解決方法。

車削加工是一種傳統的（de）機械加工方法，其最（zuì）大（dà）的優點就是加工回轉體時圓度特別（bié）好，因此很適合加工孔或軸（zhóu）等回轉體特征。本文以實際加工案例為範例，討論了如何使用車削加工完成長徑比為 12.3的 準1.5 mm 小孔的加（jiā）工，並據（jù）此探討在加工大長徑比的小孔時需注意的事項以及可采用的一（yī）些方法。

1、加工難點分析

1.1 排屑問題

排屑是機械加（jiā）工中的一個重要問題（tí），及（jí）時（shí）排出切屑（xiè），可（kě）以方便刀具繼續對零件材料進行切削，提高加工效率。機械加工行（háng）業經過長期發展，絕大部分加工過程，如車、銑、刨等，無（wú）論是刀具的（de）排（pái）屑槽，還是機床斷屑器（qì），加工過程中都有了（le）比（bǐ）較完善的排屑措施，日常加工中基本可以不用單獨考慮排（pái）屑的問題。但在此次孔的加工過程（chéng）中，排屑不暢的問題非常嚴重。主要原因是鑽孔加工與（yǔ）其他加工，如和（hé）車削外圓相比最大的不同，就是孔（kǒng）的直徑限製了刀具的尺寸。對於該孔的加工，使用鑽（zuàn）頭的直徑（jìng）隻能選擇準1.5 mm。鑽頭直徑限製（zhì）了鑽頭上的排屑槽深度很小，再加（jiā）上鑽頭鑽孔過（guò）程中鑽頭和孔內壁緊密貼合，鑽進過程（chéng）中產生的切屑必須完全依靠排屑槽排出，如果孔內（nèi）的切屑不（bú）能及時排出，不僅影響鑽進效率，嚴重時還會發生孔內事故。主要是因為由（yóu）於鑽頭直徑太小，導致鑽（zuàn）頭（tóu）的強度小、剛性差，加工過程中（zhōng）產生（shēng）的切屑如（rú）果不能及時排出，切屑（xiè）夾在鑽頭和零件（jiàn）之（zhī）間，會對鑽頭（tóu）產生擠壓，由於鑽頭剛性差的原因，稍微對鑽頭產生的擠壓就會造成鑽頭折斷，輕則造成鑽頭（tóu）報廢，重則會（huì）使斷掉的鑽（zuàn）頭與零件“咬死”而造（zào）成零件報廢。

機械（xiè）加工過程中，切削液的衝洗對排屑也（yě）起了非常大的用處。但在該加工過程中，切削液也無法有效衝洗到加工麵。該情（qíng）況將在 1.2 切削熱問題部分進行詳述。

 1.2 切削（xuē）熱問（wèn）題

機械加工過程中，切削液的衝洗有兩（liǎng）個作用，一是對加工（gōng）刀具和材料進行降溫，二是衝走加工後產生的切屑。一般條件下，機械加工過程（chéng）中會使用（yòng）盡可能大流量的切削（xuē）液對加工部位進行直接衝洗，但在該零件加工鑽孔過程中，切削（xuē）液（yè）無法有（yǒu）效衝（chōng）洗到加工部位。主要原因是因為（wéi）孔的直徑很小，鑽頭（tóu）直徑也很小，該尺寸的鑽（zuàn）頭沒有中央出水的類（lèi）型，而在加工過程中鑽頭緊密（mì）貼（tiē）合孔內壁，因此切削（xuē）液要進入加工部位必須通過排屑槽進入。但由於鑽頭（tóu）直徑太小，鑽頭（tóu）上的排屑槽深度（dù）也很淺，導（dǎo）致冷卻液很難進（jìn）入小孔內部，無法實時（shí）對切削刃進行（háng）冷卻（què），容易（yì）造成切削刃升溫過快（kuài）造成鑽頭刀刃磨損甚（shèn）至燒毀鑽（zuàn）頭。

1.3 鑽頭強（qiáng）度問（wèn）題

鑽頭的結（jié）構為細長型，長徑（jìng）比很大，所以鑽頭（tóu）的強度（dù）一般都不高，並且在實際使用過程中強度會隨著刀具伸出長度的（de）增加而進（jìn）一步下降，鑽削加工又（yòu）屬（shǔ）於切削力較大的加工方式，所以在加工前選擇鑽頭時要特別注意鑽頭（tóu）強度是否能夠滿足加（jiā）工要求。

鑽頭的強度和鑽頭的直徑正相關，小鑽頭直徑小（xiǎo），並且鑽頭上還有排屑槽，會使（shǐ）鑽頭的強度進一步降（jiàng）低，使鑽頭在加工過程（chéng）中無法承受較大的切削力或（huò）其他衝（chōng）擊力，如果使用不當（dāng），比如鑽孔過程中進給速度過快，很容易在加工過程中發生（shēng）鑽（zuàn）頭折（shé）斷的情況。

1.4 精度問題

在車床上鑽削小孔的過程中，零件軸線和鑽頭軸線的同軸度對加工的影響很大，如（rú）果因為精度的原因，造成零件軸線和鑽（zuàn）頭軸線不在同一條線（xiàn）上，加工過（guò）程中鑽頭會承受（shòu）很大的徑向力，尤其是鑽（zuàn）頭（tóu）剛（gāng）鑽（zuàn）入時，此時不同軸會（huì）造（zào）成鑽頭接（jiē）觸零（líng）件不均勻，會給鑽（zuàn）頭（tóu）施加很大（dà）的徑向力，而此時鑽頭懸空長度是最長（zhǎng）的，也就意味著此時（shí）鑽（zuàn）頭的結構強度是最弱的，這也成為鑽（zuàn）孔時鑽頭折（shé）斷的高發點。

2、 改進方法與措施

2.1 多退刀，勤排屑

切屑對加工過程影響很（hěn）大，由於（yú）鑽頭直徑小，鑽頭上的排屑槽也很淺，排屑能力弱，如果光靠排屑槽進（jìn）行排屑（xiè）無法滿足（zú）穩定加工的要求，加工過程中必須通過退刀的方式，使鑽頭完全退出孔以（yǐ）徹（chè）底排出切屑（xiè）。數控車床可以通過編製數（shù）控加工程（chéng）序對加工過程進行精確控製，以哈挺數控（kòng）車床為例（數（shù）控係統為 FANUC），控製係統中內置了一種點鑽的加工方式用以解決此問題。該程序語句為：G1101 W（）F（）Q（）P（）B（）L（），在鑽孔程序中使用該語句進行（háng）加工，機床就可以（yǐ）每（měi）次步進（jìn）一（yī）定深度後自動退出刀具（jù）進行排（pái）屑[1]。

需要注意的是，由於刀具排（pái）屑槽排屑能力弱（ruò），切屑很難在產生（shēng）的同時被同步排出孔外，實際（jì）過程是切削產生的切屑被儲存在鑽頭前段的排屑槽內，等鑽頭退出孔時再完全排出孔外。由於排屑槽儲（chǔ）存切屑能力有限，所以每（měi）次步進的深度不能過深，否則產（chǎn）生的切屑過多（duō），排屑槽（cáo）無法儲存，多（duō）餘的切（qiē）屑就會堆積在孔底或孔壁處（chù），對加工過程造成影響，退刀排（pái）屑的意義就失去了。但步進深（shēn）度也不宜過小，否（fǒu）則進退刀次數過多（duō），會嚴重（chóng）降低加工效率，從加工經驗（yàn）得到的參考值每次步進深度均保持在 0.5 mm 左右為（wéi）宜，鑽孔時進給速度也不易過快，但可提高退刀的進給速度以保（bǎo）證整體加工效率。

2.2 改造鑽頭（tóu），增強強度

在批量加工零件的過程中，單純（chún）采取退刀的措施並不能完全解決鑽頭折斷的問（wèn）題，為（wéi）保證（zhèng）鑽頭的強度，此次加工過程（chéng）中在普通（tōng）鑽頭（tóu）結構的基礎上進行了修改，製作了專用鑽頭用於孔的加工。

2.3 檢查中心（xīn）軸線是否重合

該（gāi）零件加工時，零件是通過夾具裝夾在機床卡盤上，而刀具裝夾在機床刀盤上，機床本身、夾具、裝（zhuāng）夾過程都會存在（zài）誤差，這些誤差累計起來會造成零件與（yǔ）刀具（jù）的裝夾誤差（chà），這誤差會對零件加工造成影響，因此加工（gōng）前必須檢查校正。

3、加工結果驗證（zhèng）

通過數據對比來驗證了改進方法和措施的有效性

雖然沒有定量的計算（suàn），但改進後的（de）工藝方案的（de）有效性還是非常明顯的（de），零（líng）件質（zhì）量（liàng）有非常大（dà）的改善，證明（míng）了改進方（fāng）法和措施（shī）解決了孔加工過程中存在的問題。

4、 結束語

本文提出了一種對鑽頭改進利用車床鑽削小（xiǎo）孔方法，為小孔加工提供了解決方案。對類似的小孔加工本文中的工藝方案可以借鑒，但（dàn）需要根據（jù）具體的情況不同采取的（de）對應措施，不能照搬，但在製（zhì）定工藝方案時，一些共同點必須要考慮：

（1）要（yào）加強退刀排（pái）屑，不（bú）能簡單依靠鑽頭的排屑槽排屑；

（2）商（shāng）用鑽頭不一定滿足所有加工工藝方案（àn）的要求，要根據具體情況考慮（lǜ）自製鑽頭；

（3）要對零件（jiàn）裝夾後的（de）位置精度進行測量並調（diào）整，否（fǒu）則會影響零件的（de）加工。