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提高鏜床（chuáng）上深孔鑽削加工效率的（de）研究（jiū）

2022-12-22 來源：寶雞石油機械國（guó）家油氣鑽井裝備工程研究作者：劉永社

摘要：針對鏜床上加工大於10倍徑深孔過程中出現的問題進行研（yán）究，自主設計了一種簡單、實用的三通接頭，將其安裝在鏜床的冷卻係統中。將生產現場的高壓氣體引入機床的冷卻係（xì）統，從而達到冷卻液在（zài）霧（wù）化的狀（zhuàng）態下對（duì）加工刀的切削部位進行冷卻（què），並及時帶走加工的鐵屑，降低刀具的切削（xuē）溫度，提高刀具轉速，從而實現深孔在鏜床上（shàng）的高效加（jiā）工，為深（shēn）孔的加工開辟了一條新的（de）加工途徑。

關鍵詞：自（zì）主（zhǔ）設計；三通接頭（tóu）；深孔；加工效（xiào）率；加工途徑

0 引言

隨著機械加工技術的發展，大於（yú）10倍徑（jìng）的深孔在機械（xiè）加（jiā）工中越來越頻繁。我公司在加工一種大於10倍徑深孔（kǒng）的（de）產品時（shí），因為其（qí）外形結構的限製，隻能在鑽床（chuáng）或著鏜床上進行（háng）加工。在鑽床上加工排屑困難，深孔加工效率低；在鏜床上加工，排（pái）屑稍微有所改善，但是隨著孔（kǒng）深的增加，排屑（xiè）問題依然成為（wéi）了影響其深孔加工效率的最大問題。

目前，公司深孔的加工（gōng）根（gēn）據加工產品的外形結構（gòu），回轉體類（lèi）產品在專用設備上加工，非回轉體或一些異形件采用專用的裝置進行加（jiā）工。使用專用的裝置進（jìn）行加工時（shí），不僅需要購買專用的裝置（zhì），而且需要購買專用的磨刀設備，使用時需要安裝專用裝置，準備工作繁（fán）瑣，影響產品加工（gōng）效率。

為了解決（jué）上述問題，對現場鏜床設備在加工（gōng）深孔時（shí）的情況進行（háng）研究，以實現此類產品深孔加工在鏜床上不采用專用裝置的情況下，依然能進行高效加（jiā）工的方法。擺脫鏜床上深孔加工對專用裝置的依賴。

1 、影響鏜床深孔鑽削加工效率提高（gāo）原因

1.1 刀具冷（lěng）卻

在鑽孔加（jiā）工過程中，加工工具必須能夠傳遞足夠的冷卻液壓力。壓力越大，排屑速度越快，鑽孔速度越快。通過現場的生產加工發現，鏜床在加工深孔時，如果采（cǎi）用普通（tōng）的麻花鑽進行深（shēn）孔加工時（shí），刀具加工部位隻（zhī）能在加工孔口時得到有效的冷（lěng）卻，隨著孔深的增加，深孔內部冷卻液不能直接到達刀具的切削部位（wèi），而是順著刀（dāo）具的排屑槽流入刀具的加工部位，冷卻液沒有壓力，因（yīn）此不能實現傳遞（dì）足（zú）夠的冷卻液壓（yā）力（lì），排屑的速度也不能得到改善。

如果采用帶內冷卻的（de）機加鑽頭進行深孔的（de）加工時，冷卻液通過刀具內的長流道可以到達切削（xuē）部位，但壓力依然很小（xiǎo），排屑的（de）速度沒有明顯加快，對提高機床的加（jiā）工效率沒有（yǒu）明顯的改觀。刀具的切削部（bù）位得不到有效的冷卻，使得刀具的溫度居高（gāo）不下。在這種情況（kuàng）下（xià），如果采用提高刀具的轉（zhuǎn）速（sù）或者進給速度（dù）來提（tí）高（gāo）深孔的鑽削加工效率，就會造成刀具損壞，而無法實現加工效率的提高。

因此，刀具的切削部（bù）位的冷卻是影響鏜床深孔鑽（zuàn）削加工效率提高的一個（gè）原因（yīn）。

1.2 鐵屑形狀及排屑方式

正確的切屑形狀和（hé）大小及有效的排屑對於成功的（de）深孔加工（深孔鑽削）而言至關重要。要提高深孔鑽削的加（jiā）工效（xiào）率，切屑的分斷最重要。在鏜床上進行鑽孔加工時，無論是采用麻花鑽頭還是采用（yòng）帶（dài）內冷卻的機加鑽頭，都必須保證在鑽削過程中能夠進行正常排屑，在不使用專用裝置的情況下，鑽（zuàn）削加（jiā）工的正常鐵屑形狀（zhuàng）為條狀，這種條狀的鐵屑排屑（xiè）速度（dù）慢，而（ér）且易纏繞在刀具上，機（jī）床的轉速低，加工效率低。

為了提高（gāo）加工（gōng）效率，使鐵屑的形狀為細小分（fèn）斷，增大機床（chuáng）的轉速和進（jìn）給（gěi），使（shǐ）鐵屑的形狀成為細小的崩碎屑，這種形狀的鐵屑依靠冷卻液無法將（jiāng）其（qí）帶出深孔，導致（zhì）其在深孔內堆（duī）積，造成了切削熱增加。而且這些不易（yì）排出的鐵屑，在（zài）刀具（jù）旋轉的過程中，極易產生夾屑，造成刀具和孔壁拉傷，甚至會造成刀具（jù）損壞。因此，鐵（tiě）屑的形狀（zhuàng）及排屑方式也是影響（xiǎng）鏜床深孔（kǒng）鑽削加工效率提（tí）高的一個原因。

2 、解決（jué）的方法及措施

2.1 解決的方法

從上麵的影（yǐng）響原因可以（yǐ）看出（chū），要提高鏜床上鑽削加工效率的問題，需要解決2個（gè）問題：1）解決（jué）刀具的冷卻問題；2）解決鐵屑的形狀及排出問題。為（wéi）了解決上述2個問題，從刀具（jù）的快（kuài）速冷卻和快速排屑兩方麵的問題進行研究（jiū），增加冷卻液的壓力，從而達到增加排屑速度的目的。要實（shí）現這個（gè）目的（de），對這兩方麵的問題進行了分析（xī），要提高鏜床鑽削加工（gōng）效率，可以采用增加機床轉速和進給來實現單位時間（jiān）內去除材料的量（liàng）得到增加。提高加（jiā）工參數，就會導致鐵屑的形狀發生變化，從而形成我們需要的細小分斷的崩碎屑。

這（zhè）種鐵屑形成後，要解決的問題就轉換為如何高效地冷卻和排屑問題。通過前麵的分析可知，要實現高效的冷卻（què）和排屑，必須使冷卻液具有足夠大的壓力，這樣才能實現高（gāo）效的鑽孔加工。僅依靠機床冷卻係統的（de）壓（yā）力，是不可能的。在這（zhè）種情況下，采用了將機（jī）床外部的高壓氣體引入機床的（de）冷卻係統，增加其冷卻係統（tǒng）的壓力，從而實現使冷卻液具有（yǒu）足夠大的壓力的目的。

要將外部的高壓氣體引入機床的冷卻係統，需要一個三（sān）通接頭（tóu）就能實現將高壓氣體引（yǐn）入機床的冷卻係統。如果使用（yòng）普通的三通接頭簡單地將高壓（yā）氣體引（yǐn）入（rù）冷卻係統（tǒng），那麽外部高（gāo）壓氣體的壓力大於（yú）機床冷卻係統的壓力，就會出現冷卻液無法到達切削部位，隻有高（gāo）壓氣體可以到達刀具的切削部位，這種情況等同使用風冷進行降溫，沒有達到最佳（jiā）的冷卻效果。

通過研究分析，自主設計了一（yī）種簡單、實用（yòng）的組合三通接頭（如圖1），將其（qí）安裝在機床的冷卻管路上，將車間的高壓（yā）氣體引入冷卻（què）係統，使冷卻液變成（chéng）了一種具有一定壓力的氣霧（wù）直達刀具前端的切削部位，這樣相同時間內流（liú）過刀（dāo）具切削部位（wèi）的氣液（yè）速度增加，可以有效地（dì）降低刀具（jù）切（qiē）削部位的溫度。同（tóng）時通（tōng）過提高刀具的轉速和進給速度，改（gǎi）變鐵屑（xiè）的形狀為崩（bēng）碎（suì）屑，以便帶有壓力的冷卻（què）氣霧將（jiāng）鐵屑直接從孔內吹（chuī）出孔外，使深孔內不再有鐵屑堆積，消除了鐵屑堆積造成的（de）刀具溫度升高，避免（miǎn）了刀具在高速加工（gōng）中產生夾屑情（qíng）況，通過采用這種方法有效（xiào）地解（jiě）決了刀具的冷卻和鐵屑的排出（chū）問（wèn）題。

圖1 組合三通接頭

2.2 解決的措施

根據以上的思路，自主設計了一種特殊的組合三通（tōng）接頭，其結構（gòu）和原（yuán）理如圖2所示。

1.快接接頭 2.轉換接頭 3.三通接頭 4.接管 5.連（lián）接接頭 6.導風接管 7.密封（fēng）墊圈

圖（tú）2 組合三（sān）頭接頭的（de）結構及原理（lǐ）

其（qí）工作（zuò）原（yuán）理是高壓氣體通過送風端及導（dǎo）風管流出三通，在三通和導風管之間形成一個負壓腔，這樣冷卻液（yè）從三通的冷卻液端流入三通腔體內，與高壓氣體（tǐ）混合，一起通過連接接頭5進入刀體的流道內，這些冷卻液和高壓氣體混（hún）合物，在刀具（jù）出（chū）口處壓力得到（dào）釋放，從而將冷卻液以霧狀的形式噴射在加工刀刃上，使加工刀（dāo）具的刀刃在加工過程中始終得到最佳的冷卻狀態（tài）。

同時，由於這些氣霧狀的冷卻液帶有壓力，不斷地從刀具的流道中進入鑽削的孔（kǒng）內，然（rán）後從鑽（zuàn）頭的前端通過排屑槽（cáo）向外（wài）流出（chū），並將加（jiā）工中產生的崩碎屑帶出深孔外，使深孔幹淨通暢，不會有大量的鐵屑堆積。這些不僅消（xiāo）除了鐵屑（xiè）中的熱量向刀體的傳遞（dì），而且還消除了刀具高轉速的夾屑情況，有效地解決了鏜床深孔鑽削（xuē）刀具冷卻和排屑的問題，大大提高鏜床（chuáng）深孔鑽削加工的效率。在現場的應用中（zhōng），對一（yī）種孔徑為42 mm、孔深500mm的產品進行（háng）了測試（如圖3），在（zài）測（cè）試過程中，加工刀具的（de）轉速從原來的

30～40 r/min提高到400 ～500 r/min，加（jiā）工效率（lǜ）比原來提高了10～16倍多。

圖3 現場（chǎng）測試效果

3 、結語

采用上述的方法，有效地提高了鏜床上深孔鑽削加工的效率，為大於10倍徑深孔的（de）加工開辟了一條新的加工（gōng）方法。擺脫了在鏜床上進行高效深孔加工對專用裝置的依賴。此方法中所需要的三通接頭製造簡單、安裝方便（biàn），能將生產加工現場的資源充分利（lì）用起來，已經在（zài）生產現場進行了推廣應用。在鏜床上應用（yòng）此方法進行深孔加工，具有重要的實際意義。

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