利（lì）用車床鑽削小孔的（de）工藝研究

0 前言

在航空產品中，結構重量（liàng）是衡量產品性（xìng）能的（de）一個非常重要的指標（biāo）。為（wéi）了提高產品（pǐn）的指標，設（shè）計人員（yuán）在設計產（chǎn）品（pǐn）時，在滿足其他性能指（zhǐ）標的前提（tí）下，會盡可能的壓縮結構尺寸以追求更輕的產品。壓縮結構尺寸（cùn）可（kě）以有效地減輕（qīng）結構重量（liàng），但（dàn）帶來的問題就是產品零件變小，更小的零件意味著（zhe）零件上各種特征的尺寸也會（huì）變得更小，對於傳統機械加工來說，尺寸過大或過小的零（líng）件特征都是（shì）加工中的難點。

在零件的各種特征中，孔是較難（nán）加工的一種。由於孔本身的特殊結（jié）構（gòu），在加（jiā）工中存在排（pái）屑不暢、冷卻潤滑不（bú）及時等各（gè）種問題，容易在加工中出現孔內壁糙度差、孔軸線直（zhí）線度差、孔橫截麵圓度差、孔直徑尺寸精度（dù）差，孔定位尺寸精度差等各種問題，常常成為零件質量問題的高發點，尤（yóu）其是對於長徑比比較大的孔，加工難度（dù）較一般孔更大。

由於（yú）產（chǎn）品的各種限製，實際設計出的零件往往是上麵兩種加工難點的疊加，即長徑比（bǐ）大的小孔。當前，國內外已經發（fā）展出了很多新的加工方法可以完（wán）成此（cǐ）類小孔的加工（gōng），如激光、電腐蝕、高能粒子束等加工方法，均可以比該孔（kǒng）直徑更小（xiǎo）、長（zhǎng）徑比更大（dà）的孔的加工（gōng）。但這些加工（gōng）方法均（jun1）存在加工效率低和（hé）加工成本高的問題，傳統的機械加工雖然沒有新方法的加工能力強，無（wú）法完（wán）成許（xǔ）多有極端要求的特征的加工，但在加工成本和加工效率方麵相比較於這些新方法卻占有很大的優勢。因此如果可（kě）以發掘傳統機械加工的潛力，拓展傳統機（jī）械加工的適用範圍，就可以完成一（yī）些要求比較（jiào）苛（kē）刻（kè）的零件的加（jiā）工，為（wéi）零件生產降低（dī）加工成本（běn）和提高加工效率提供了有效的解決方法（fǎ）。

車削加工是一種傳統的機械加工方法，其最大的優點就是加工回轉體時圓度特別好，因此很適合加工孔或軸等回轉體特（tè）征。本文（wén）以實際加工案例為範例，討論了（le）如何使用車削加工完成長徑比為 12.3的 準（zhǔn）1.5 mm 小孔的加工，並據此探討在加工大長徑比的小孔（kǒng）時需注意（yì）的事項以及可（kě）采用的一些方法。

1、加工難點分（fèn）析

1.1 排（pái）屑（xiè）問題

排屑是機械加工（gōng）中的一個（gè）重要問題，及（jí）時排出（chū）切屑，可以方便刀具繼續（xù）對零件材料進行切削，提高加工（gōng）效率。機械加工行業經過（guò）長期發展，絕大部分加工過程，如車、銑、刨等，無（wú）論是刀具的排屑槽，還是機床斷屑器，加工過程中都有了比較完善的排屑措施，日常加工中基本可以不用單獨考慮排（pái）屑的問題。但（dàn）在此次孔的加工過程中，排屑不暢的問題非常嚴重。主要原因是鑽孔加工與其他加工，如和車削外圓相（xiàng）比最大的（de）不同，就是孔的直徑限（xiàn）製了刀具的尺寸。對於該孔的加工，使用（yòng）鑽頭的直徑隻能選擇準1.5 mm。鑽（zuàn）頭（tóu）直徑限製了鑽頭上的排屑槽深度很小，再加上（shàng）鑽頭鑽孔過程中鑽頭和孔內壁緊密貼合，鑽（zuàn）進過程中產生的切屑必須完全依靠排屑槽排出，如果孔內的切屑不（bú）能及時排出，不僅影響鑽進效率，嚴重時還會（huì）發生孔內事故。主要是因為由於鑽頭直徑太小，導致鑽頭的強度小、剛性（xìng）差，加工過程中產生的切屑如果（guǒ）不能及時排（pái）出，切屑（xiè）夾在鑽頭和零件之間，會對鑽頭產生（shēng）擠壓，由於鑽頭剛性差的原因，稍微對鑽（zuàn）頭產生的擠壓就（jiù）會（huì）造成鑽頭折斷，輕則造成鑽（zuàn）頭報廢，重則會使斷掉的（de）鑽頭與（yǔ）零（líng）件（jiàn）“咬死”而造（zào）成零件報廢。

機械加工過程中（zhōng），切削（xuē）液（yè）的（de）衝洗對排屑也起了非（fēi）常大的用處。但在該加（jiā）工過程中，切削液也無法有效衝洗到加工麵。該情況將在 1.2 切削熱問題部分（fèn）進行詳述。

 1.2 切削熱問題

機械加工過程中，切（qiē）削液的（de）衝洗有兩（liǎng）個作用，一是對加工刀具和材料進行降溫（wēn），二是衝走加工後產生的切屑。一般條件下，機械加工過程中會使用盡可能大流量（liàng）的切削液（yè）對加工部位進行直（zhí）接衝（chōng）洗，但在該零件加工（gōng）鑽（zuàn）孔過程中，切削液無法有效（xiào）衝洗到加工部位（wèi）。主要原因是因為孔的直徑很小，鑽頭直徑也很小，該尺寸的鑽頭沒有中央出水的類型，而在加工過程中鑽頭緊密貼合孔內壁，因此切削液要進入加工部位（wèi）必須通（tōng）過排屑槽進入。但由於鑽頭直徑太小（xiǎo），鑽頭上的排屑槽深度也（yě）很淺，導致冷卻液很難進入小孔內部，無法實時對切削刃進行冷（lěng）卻（què），容易造成切削刃升溫過快造成鑽頭刀刃磨損甚至燒毀鑽頭。

1.3 鑽頭強度問題

鑽頭的結構為細長型，長徑比很大，所以鑽頭的強度一般都不高，並且在實際使用過程中強度會隨著刀具伸出長度的增（zēng）加而進一步下降，鑽削加工又屬於切削（xuē）力較大的加工方式，所以在加工前選擇鑽頭時（shí）要（yào）特別注意鑽（zuàn）頭（tóu）強度是否能（néng）夠滿足加工（gōng）要求。

鑽（zuàn）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（hái）有排屑槽，會使鑽頭的強度（dù）進一步降低，使鑽（zuàn）頭在加工過程中無法承受較大的切（qiē）削力或其他（tā）衝擊力，如果使用不當，比（bǐ）如鑽孔過程中進給速度過快，很容易在加工（gōng）過程中發生鑽頭折斷的情況。

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（tóu）軸（zhóu）線的同軸度對加工的影響很大，如果因為精度的原因，造成零件軸線和鑽頭軸線不在同一條線上，加（jiā）工過程中（zhōng）鑽頭會承受很大的徑向（xiàng）力，尤其是鑽（zuàn）頭剛鑽入（rù）時（shí），此時不同軸會造成鑽頭接觸零件（jiàn）不均勻，會給鑽頭（tóu）施加很大的徑向力，而此時鑽頭懸空長度是最長的，也就意味著此時鑽頭的結構強度是最弱的，這也成為鑽孔時鑽頭折斷的高發點。

2、 改進方法與措施

2.1 多退刀（dāo），勤排屑

切屑對加工過程影響很大，由於鑽（zuàn）頭（tóu）直徑小（xiǎo），鑽（zuàn）頭上（shàng）的排屑槽也很淺，排屑能力弱，如果光靠排屑槽進行排屑無法滿足穩定加工的要求，加（jiā）工過程中必須通過退刀的方式，使鑽頭完全退出孔以徹底（dǐ）排出切屑。數控車床可以（yǐ）通過編製數控加（jiā）工程序對加工過程進行精確控製，以哈挺數控車床為（wéi）例（lì）（數控係統為 FANUC），控製係統中內置（zhì）了一種點鑽的加工（gōng）方（fāng）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加工，機床就可以每次（cì）步進一定深（shēn）度後（hòu）自動退出刀具進行排屑[1]。

需要注意的是，由於刀具排屑槽排屑能力弱，切屑很難在產生的同時被同步排出孔外，實際過程是切削產生的切屑被儲存在鑽頭前段的排（pái）屑槽內，等鑽頭退出孔時再完全排出孔外。由（yóu）於排屑槽儲存切屑能力有限，所以每次步（bù）進的深（shēn）度不能過深（shēn），否則產生的（de）切屑過多，排屑槽無法儲存（cún），多餘的切屑（xiè）就會（huì）堆積在孔底（dǐ）或孔壁處，對加（jiā）工過程造成影響（xiǎng），退刀排屑的意義就失去（qù）了。但步進深度也不宜過小，否則進退刀次數（shù）過多，會嚴重降低加（jiā）工效率，從加工經驗（yàn）得（dé）到的參考值每次步（bù）進深度均保持在 0.5 mm 左右為宜，鑽孔時進給速度也（yě）不易過快，但可提高退刀的進（jìn）給速度以保證（zhèng）整體加工效率。

2.2 改造（zào）鑽頭，增強強度

在批量加工零件的過程中，單純采取退刀的措施並不（bú）能完全解決鑽頭折斷的問（wèn）題，為保證鑽頭的強（qiáng）度，此次加（jiā）工過程中在普通鑽頭結構的基（jī）礎上進行（háng）了修改，製作了專用鑽頭用於孔的加工。

2.3 檢（jiǎn）查中心（xīn）軸線是（shì）否重合

該零件加工時，零（líng）件是通過夾具裝夾在機床卡（kǎ）盤上，而刀具裝夾（jiá）在機床（chuáng）刀盤上，機床本身（shēn）、夾具（jù）、裝夾過程都會（huì）存在誤差，這些（xiē）誤差累計起來會造成零件與刀具的裝夾誤差，這誤差會對零件加（jiā）工造成影響，因此加工前必須（xū）檢查校正（zhèng）。

3、加工結果驗證

通過數據對比來驗證了改進方法和措施的有效（xiào）性

雖然沒有定量的計（jì）算，但改進後（hòu）的工藝方案的有效性還是非常明顯的，零件質量有非常大（dà）的（de）改善，證明了改進方法和措施解決了孔加工過程中存在的問題。

4、 結束語

本文提出（chū）了一種對（duì）鑽頭改進利用車床鑽削小孔方法，為小孔加工提供了解決（jué）方案。對類似的（de）小孔加工本文中的工藝方案可以借鑒，但需要根據具體的情況不同（tóng）采取的對應措施，不（bú）能照搬（bān），但（dàn）在製定工藝方案（àn）時，一些共同（tóng）點必須要考慮：

（1）要（yào）加強退刀排屑，不能簡單依靠鑽頭的排屑（xiè）槽排屑；

（2）商用鑽頭不一定（dìng）滿足所有加工工藝方（fāng）案的要求，要（yào）根據具體情況（kuàng）考慮自製鑽頭；

（3）要對零件裝夾後的位置精度進行測量並調整，否則會影響零件的加工。