提高鏜床上深孔鑽削加工效率的研（yán）究

電火花（huā）加工的基本原理

電火（huǒ）花加工（gōng）的原理是基於工具與工件(正負電極)之間的脈衝火花放電的電腐蝕現象來去除多餘的金屬，從而達到預定的（de）對工件尺寸（cùn）、形狀和表麵質（zhì）量的加工要求。

工件電極和工具電極分別連（lián）接到脈衝電源的兩個不同極性的電極上。

電極通常由導電性好、熔點高且易於加工的耐腐蝕材料製（zhì）成，例如銅、石墨、銅鎢合金和（hé）鉬。在加工過程中（zhōng），工具電極也有損耗，但它小於工件的金屬侵蝕（shí），甚至接近於無損耗。

工作（zuò）液作為排放介質，在加工過程中還起到冷卻和排屑的作用。常用的工質是低粘度、高閃點（diǎn）、性能穩定（dìng）的介質，如煤油、去離子水（shuǐ）、乳化液等。

當在兩個（gè）電極之間施加脈衝電壓時，當（dāng）工件和電極之（zhī）間（jiān）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（chuān），形成放電通道。

在（zài）放電通道內產（chǎn）生瞬間（jiān）高溫，熔化甚至汽化工件表（biǎo）麵的物（wù）質，同時汽化工作液體介質（zhì）。在放電間隙處迅（xùn）速膨脹爆炸，工件表麵（miàn）的一小部分物質被蝕刻掉並甩出，形成一個微小（xiǎo）的凹坑。

脈衝放電後，經過一段時間（jiān）後（hòu），工作流（liú）體的（de）絕緣性恢複。脈衝反複作用於工件和工具電極，不斷重複上（shàng）述過程（chéng），工件材料（liào）逐漸被刻蝕掉。

伺服係統不斷調整工具電極與工件的（de）相對（duì）位置，自動進給，保證正常脈衝放電，直至加工出所需零件。

1.EDM。

工具一（yī）般是（shì）銅或石墨電極，可以做成（chéng）任意形狀，加工的形狀就（jiù）是對應的腔體。

2.電火花線切割

WEDM可分為線（xiàn）切割和快線。一般用直（zhí）徑0.1~0.3mm的電極絲（sī）加工直紋麵零件，可以是衝孔零件（jiàn），也可以是（shì）模孔。

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

電火花加工表麵的衝擊層是（shì）由甩出的熔融金（jīn）屬和（hé）少量電極顆粒衝擊形（xíng）成的（de）。這層很容（róng）易去除。

下一層是硬層（céng）(氧化層)。電火花加工從本質上改變了硬質層的金相結構和特性。在介質油的作用下（xià），熔融金（jīn）屬迅速冷卻，未被甩出的熔融金屬在型腔內凝固，形（xíng）成一層硬質層（céng）。這種硬而脆（cuì）的氧化層會有微裂紋。如果該層太厚，或者不能通過拋光變薄或去除，那麽該工件可能在某些使用條件下過早損壞。

最後一層是加熱（rè）層或退（tuì）火層。隻是加熱了，沒有融（róng）化。硬質層和加熱層的厚度由工件材料的散（sàn）熱能力和加（jiā）工能量決定。在任何情況下（xià），改變的金屬（shǔ）層都會影響工件表麵的（de）原始性質。

數控電火花（huā）機床自動精加工電路能量

0簡介

隨著加（jiā）工技術的（de）發展，直徑（jìng）大於10倍的深孔加工越來越頻（pín）繁。我公司在加工大於10倍直徑的深孔產品時（shí），由於形（xíng）狀（zhuàng）和（hé）結構的限製，隻能在鑽床或鏜床上加工。鑽床排屑困難，深（shēn）孔加工效率低；在鏜床上加工時，排（pái）屑略有改善，但隨著孔深的增（zēng）加，排屑仍成為影響深孔加工效（xiào）率的（de）最大問題。

目前公司的深孔加（jiā）工是（shì）根（gēn）據加工產品的形狀和結構。回轉類產品在專用設備上加工，非回轉類（lèi）或一些特殊形狀的零件用（yòng）專用設備加工。使（shǐ）用專用設備進行加（jiā）工時，不僅需要購買專用設備，還需（xū）要購買專用的磨刀設備。使用時需要安裝專門的裝置，準備工作繁瑣，影響產品的加工效率。

為了解決上述問題，對現場鏜床設備（bèi）加工深孔（kǒng）的情況進行（háng）了（le）研究，以實現在鏜床上不需（xū）要專用設備的情況下，仍能高效加工該類產品深孔的方法。擺脫深孔加工專用設備對鏜床（chuáng）的依賴。

1.影響鏜床鑽孔效率（lǜ）提高的原因（yīn）

1.1工具冷卻

在鑽（zuàn）孔過程中，加工工具必須能夠傳遞足夠的冷卻劑壓力。壓力越大，排屑速度越快，鑽孔速度越快。通過（guò）現場生產加工發現，用鏜床加工（gōng）深孔（kǒng）時，如果（guǒ）用普通麻花鑽加工深孔，刀具切（qiē）削部分隻有在加工孔時才能有效冷卻。隨著孔深的增加，深孔內的冷卻液（yè）不能直（zhí）接到達（dá）刀具的切削（xuē）部（bù）分，而是沿著刀具的排屑槽流入（rù）切削部分。冷（lěng）卻（què）液沒有壓力，無法傳遞足（zú）夠的冷卻液壓力，排屑速度無（wú）法提高。

如果用內（nèi）冷卻的加工鑽頭進行深孔加工，冷卻液可以（yǐ）通過刀具（jù）內的長通道到達切（qiē）削部位（wèi），但壓力仍（réng）然很小，排屑（xiè）速度沒有明顯（xiǎn）加快，所以對提（tí）高機床的（de）加工效率沒有（yǒu）明（míng）顯（xiǎn）的改變。刀具的切削部分得不到有效的冷卻，使得刀具的溫度很高。在這種情況下，如果增加刀具的速度或進給速（sù）度來提高深孔的鑽削效率，刀具（jù）將被損（sǔn）壞，並且不（bú）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（chuáng）深孔鑽削效率的原因之一。

1.2鐵屑的形狀和清除鐵屑的方式

正確的切屑形狀和尺寸以及有效的（de）排屑對於成功的深孔（kǒng）加工(深孔鑽削)非常重要。要提（tí）高（gāo）深孔鑽削（xuē）的加工效率，斷屑是最重要的。在鏜床上鑽孔（kǒng）時，無論是使用麻（má）花鑽還是帶內冷的機加工鑽頭，都必須保證鑽孔過程中的正常（cháng）排屑。在不使用特殊（shū）裝置的情況下（xià），鑽孔過程中正常的切屑形狀為條（tiáo）狀，條狀的切屑去除速度較慢，容易纏繞在刀具上（shàng），導致（zhì）機器（qì）速度低，加工效率低。

為了提高加工效（xiào）率，使鐵屑的形狀細分，增加機床的轉速和進給量，使鐵屑的形狀變得細碎。這種形狀的鐵屑不能被冷卻液（yè）帶出（chū）深孔，導致其在深（shēn）孔中堆積，導致切削熱增加。而且這些難以排出的鐵屑在刀具（jù）旋轉過程（chéng）中容易產（chǎn）生切屑，造成刀具和孔壁應變，甚至刀具損壞。因（yīn）此，鐵屑的形狀和排屑方式也是影響鏜床深孔（kǒng）鑽削效率提高的原（yuán）因之一。

2.解（jiě）決方案和措施

2.1解決方案

從以上影響原因（yīn）可以看出，要提高鏜床的鑽孔效率，需要解決兩個問題:1)解決（jué）刀具冷卻（què）問題；2)解決鐵屑的形狀和排出問題。為了解決以上（shàng）兩個問（wèn）題，對刀具的快速冷卻和快速排屑進行了研（yán）究，通過提高冷卻液的壓力來達到提高排屑速度的（de）目的。為了達到這個目的，對這兩個問題進行了分析。為了提（tí）高鏜床的鑽孔效率，可以通過提高機床的速度和進給量（liàng）來增加單位時間內（nèi）的材料去除量。增加加工參（cān）數會導致（zhì）鐵屑形狀的改（gǎi）變，從而形成我們所需要的微小破碎碎片。

這種鐵屑形成後，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，為了實（shí）現高效（xiào）冷卻（què）和排屑，冷卻液必（bì）須有足夠（gòu）的壓力，這樣才能實現高效鑽（zuàn）削。僅僅依靠機床冷卻係統的壓力是不可（kě）能的。在（zài）這種情況下，機床外部的高壓氣體被引入機床的冷卻係統，冷卻係統（tǒng）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統，需要一個（gè）三通來（lái）實現將高壓（yā）氣體引入機床冷卻係統。如果用普通三通隻是簡單地將高（gāo）壓氣體引入冷卻係統，那麽外部高壓氣體的壓力（lì）就（jiù）大於機床冷卻（què）係統的（de）壓力，這樣冷卻液就不能到達切削部分，隻（zhī）有高（gāo）壓氣體才能到達刀具的（de）切削（xuē）部分。這種情況相當於用風冷來降溫，沒有達到最佳的降溫效果。

通過研究分析，自主設計了一種簡單（dān）實用的組合三通(如圖（tú）1所示)。它安裝在機床的冷卻管上，將車間的高壓氣（qì）體引入冷卻係統，使冷卻液變成具有一定壓力的氣溶膠，到達刀具前端的切削部（bù）位。這樣，流經刀具（jù）切削（xuē）部分的（de）氣（qì）液速度同時增加，刀具切削部分的溫度可有效降低。同時，通（tōng）過提高刀具的轉速和進給速度，使鐵屑的形狀變為碎屑（xiè）狀，使帶（dài）壓力的冷（lěng）卻氣霧直接將鐵屑吹出孔外，使深（shēn）孔內不（bú）存在鐵屑堆積，消除了鐵屑堆積引起的（de）刀具溫升，避免了刀具高速加工時鐵屑的產生。采用這種方（fāng）法，有效地解決了刀具冷（lěng）卻和（hé）鐵屑排放的問題。

2.2解決措（cuò）施

根（gēn）據上述思路，自主設計了一種特（tè）殊的組（zǔ）合三通。

其工作原理是高壓氣體通過供氣端和導氣管流出三通，在（zài）三通和導氣管之間形成負壓（yā）腔，使（shǐ）冷卻液從三通的冷卻液端流入三通腔（qiāng），與高壓氣體混合，通過連接（jiē）接頭5一起進入刀體的流道。冷卻液（yè）和高壓氣體混合物的（de）壓力在刀具（jù）出口處釋放，使冷卻液以霧（wù）狀形式噴射在切削刃上，使加工刀具的切削刃（rèn）在加（jiā）工過程中始終處於最（zuì）佳冷卻狀態。

同（tóng）時，由於這些霧化冷卻液的壓力，不斷從刀具（jù）的流道進入被鑽的孔中，再（zài）通（tōng）過排（pái）屑槽從鑽頭的前（qián）端流出，將加工中產生的切屑帶（dài）出深孔，使深孔幹淨光滑，不會有大量鐵屑堆積。這些既消除了鐵屑向刀體的傳熱，又消除了刀具在高轉（zhuǎn）速下的切屑（xiè）截留，有效解決了鏜床深孔（kǒng）鑽（zuàn）削中刀具的冷卻排屑（xiè）問題（tí），大大提高了鏜床深孔鑽削的效率。在現場應用中（zhōng），測試了一種孔徑為42 mm、孔深為500mm的產品（pǐn）(如圖3所示)。試驗中，刀具轉速（sù）由原來的30 ~ 40 r/min提高到（dào）400 ~500 r/min，加工效率提高了10 ~ 16倍以上。

3.結論。

采用上述方（fāng）法，有效提高了深（shēn）孔在鏜床上的（de）鑽削效率（lǜ），為（wéi）直（zhí）徑大於10倍的深孔（kǒng）加（jiā）工開辟了一種新的加工方法（fǎ）。擺脫（tuō）高（gāo）效（xiào）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，能充分利用生產加工現場（chǎng）的資源。已在生產現場推（tuī）廣應用（yòng）。將該方法應用於鏜床上的深（shēn）孔（kǒng）加工具有重要的現實意義。它可以有效地減少硬（yìng）層的形成（chéng），但仍（réng）然不能消除退（tuì）火層。

與傳統的加工方法（fǎ）相（xiàng）比（bǐ），電火花加工有很多優點，比如可以加（jiā）工任何導（dǎo）電材料，包括那些傳統工藝不能（néng）加（jiā）工（gōng）的硬度更（gèng）高的金屬材料。

電火花加工可以達到刀具無法達到的深度，是高要求深加工（gōng）的理想加工方（fāng）法。

電火花加工在加工（gōng）過程中不會對工（gōng）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（biǎo）麵光潔度通（tōng）常比傳統工藝好。

然而，與傳統的加工技術相比，電火花加工的速度較慢，消耗大量的電能，增加了製造成本。