一、微細深孔加工概述

       由於工業產品不（bú）斷向（xiàng）輕（qīng）、薄、短、小的方向發展, 其組成零件也（yě）越來越小形化和精密化: 因而,更細小, 更高精密（mì）的微細深孔加工便應運而生。在工藝微細深孔的加工是屬於機械加工中, 難於加工的一部分, 國內外（wài）都在探索（suǒ）中。

       微細（xì）深孔廣眨應（yīng）用在汽車、摩托車的燃料噴油嘴,化纖工業的噴絲頭, 醫學用針, 流體靜壓軸承的節流噴嘴以及某些鍾表（biǎo）與照相機零件上。近期, 隨著工業產品的發展, 高新技術的突飛猛進, 其需要（yào）更（gèng）趨多元化,甚至能代替電（diàn）子工業中印刷電路基板上的鑽孔, 以及應用（yòng）在光纖電纜的聯結器上。

       微細深孔加工方法比較多, 歸納起來主要（yào）有高速鑽孔（kǒng）、電火花加工、激光打孔以及超聲波加工（gōng）等方（fāng）祛. 電火花加工雖（suī）然不必打中心孔和（hé）去毛刺, 但（dàn）因放電間隙以及電極的損耗（hào）等（děng）因素, 孔口倒圓嚴重（chóng）, 孔的錐度、圓度（dù）和孔徑精度都較差, 且單孔加工時間較長,加工Φ0. 2 5 x 2 m m 的小孔需要（yào）時（shí）間約（yuē）為5 0s 。為提高小孔的質量和工作效率, 必須采用昂貴的多頭專用機床同時加工; 高速鑽孔（kǒng）通（tōng）常（cháng）采用打中心孔— 鑽孔一擴孔三個工序(或工位) 這種高速鑽孔在加工精度上優於電火花加工, 單孔加工時（shí）間也較電火花加工時間（jiān）短得（dé）多, 其缺點是無法（fǎ）避免產生毛刺; 激光打孔（kǒng）就是使材料局部加熱, 進行非接（jiē）觸加工, 它與超聲被加工一樣, 適用（yòng）於各（gè）種難於加工材（cái）料的加工, 如（rú）金剛石, 陶瓷、硬質合金等, 但其所加工（gōng）的孔的幾（jǐ）何精度和形位精度都不如高速鑽孔, 其排屑也是很困難,目前人們仍在探索。

       用鑽頭進行高速鑽削微細深孔, 是比較經濟（jì）的,而且精（jīng）度大多較高. 最近, 在飛速發（fā）展的電子（zǐ）及空間工業中, 為適應各種機器（qì）的高性能、小型化以及提高可靠（kào）性, 這種加工方法正受到人們越來越多的重視適（shì）用於微細深孔鑽削加工的機床也應（yīng）運而生。日（rì）本叮田鐵工所生產的全自動鑽（zuàn）床“Mic ro -h ol e ” , 在80 年代初（chū）期獲得日本專利, 精度高, 操作方便, 在國際上享有很高的聲譽（yù）。

       二、鑽頭扭矩檢測器（qì）及鑽頭（tóu）磨損的監（jiān）控（kòng）係統

       如（rú）“M jcr o-H o le ” 全自動鑽床充分考慮（lǜ）了（le）在微細深孔加工中, 鑽頭的受力狀態, 機床本身的振動以及（jí）加工過程中的排屑等影響鑽削性能的諸多因素, 在機（jī）床上設計（jì）了“扭矩檢（jiǎn）測（cè）器” 以及“鑽（zuàn）頭磨損（sǔn）的監控係（xì）統” 。一旦鑽頭所受扭矩超（chāo）過預先選定的扭矩值（zhí）, 進給係統就停止進給, 鑽頭退回到開（kāi）始切削時位置, 接著重新（xīn）進（jìn）行鑽削加工, 直至完成加工整個微孔。

       扭矩檢測器的特點是：

       1 可以無級地（dì）選擇適當的扭矩值. 如（rú）果鑽頭過載, 鑽頭可以（yǐ）迅速返回預先設定的（de）位置以清理鑽頭（tóu）上的（de）切（qiē）屑, 然後, 鑽（zuàn）頭再（zài）自動快速前進, 這種自動工作循環（huán）將重（chóng）複進行直至鑽孔完成。

       2.可以防止鑽頭早期斷裂（liè）。

       3.在操作（zuò）中, 利（lì）用帶預置（zhì）計（jì）數器的（de）報警裝置, 記（jì）錄鑽（zuàn）頭後退的次（cì）數。當鑽頭的後退次（cì）數達到預先選取的值時, 報警裝（zhuāng）置發出報警信號, 停止操作, 進行檢查, 這樣可以（yǐ）了（le）解到:

       (1) 鑽（zuàn）頭的（de）磨損值;

       (2)切（qiē）削油是否適應;

       (3) 鑽頭尖頂與刃角（jiǎo）的幾何結構是否合適;

       (4 ) 加（jiā）工材料的切Al 性（xìng）能。

       因而, 該機床憑借其（qí）扭矩檢測器的作用, 可鑽出高質量（liàng）的微細深孔, 該設備在鑽（zuàn）削傳統方法難以鑽孔的材料時更具適用性。

       三、微細深孔的加工（gōng）

       一般微細深孔加工的特點是（shì）:

       1. 因為線速度低, 雖然機床作高速（sù）旋轉, 但（dàn）由於鑽頭（tóu）直徑很小, 所以線速度仍較低。因而, 要達到比較大的線速度, 隻有提（tí）高鑽頭的轉速.

       2 . 刀具由於剛性較差, 工作時（shí）易彎曲、折斷, 因此刀具（jù）壽命短。

       3.刀具（jù）係（xì）統的偏擺和機床本身的振動, 使孔（kǒng）的（de）入口擴大。

       4.由於孔徑（jìng）極（jí）小, 切屑不易排出, 切削油不易達到鑽頭端部, 以及刀具形狀特殊等等。

       加工中鑽頭發生折損, 幾乎都是因為“扭轉” 導致疲勞所至, 因此, 要防止鑽頭折損, 必須針對加工條（tiáo）件（jiàn）的變化, 在扭矩達到某一極限值時卸去鑽頭所（suǒ）承受的載荷(扭矩), 並令（lìng）其後退. 而要實現這一功能, 就必須采用扭矩檢測器以（yǐ）及相（xiàng）應（yīng）的階段退刀機構, 如 “Mic ro -H ol e’ 全自動鑽床就裝備有這種扭矩檢測器和階段退刀機構, 其工作過程為:

       (1) 指令加工過程開始;

       (2) 指令調（diào）整主軸轉速, 並使鑽（zuàn）頭（tóu）主軸快速前進到預先設置的進給點, 等特切削開（kāi）始(見（jiàn）圖la

       (3) 指令鑽頭主軸, 以切削進給速（sù）度前進, 對工件進行鑽削加工(見圖（tú）lb) 。其切削進給速度（dù）是利用容積式的無級變（biàn）速.

       (4) 鑽削加工開始後（hòu）以及加工過（guò）程中, 扭矩檢測器開始運行, 監控鑽頭上所承（chéng）受的負荷(扭矩), 一旦鑽頭所承受載荷接近預定的值時, 扭（niǔ）矩檢（jiǎn）測器發出信號, 使鑽頭（tóu）主軸瞬間快速後退（tuì）到（dào）開始切削的進給點(見圖1c ), 扭矩的選擇是甲（jiǎ）」用一個可變的刻度盤, 它是針對如. lm m 的（de）鑽頭設置的。

       (5 ) 為了縮短空切削時間, 鑽頭主軸在到達切削進（jìn）給點之前, 鑽頭在采取快速後退之後, 然（rán）後再快速前進到（dào）切削加工處, 其中切削（xuē）進給點的位置可變(見圖Z a ) 。

       (6) 鑽頭主軸在快速（sù）前進到原切（qiē）削加工處之前,防止衝撞孔底的機構啟動, 階（jiē）段位置自動記憶裝置開始記錄, 當鑽頭主軸到達已鑽成的孔底前幾毫（háo）米時,以切削進給速度前進, 繼續上一（yī）次的鑽孔加工, 防止衝撞孔底的機構可以微調防止衝撞的間隔(見圖Zb)。

       (7）力在後續的鑽孔切削加（jiā）工中, 若（ruò）扭矩檢測器發出信號時, 則重複前麵快速後退至切削（xuē）點、卸去過載後, 再繼續進行鑽削加工（gōng）。其（qí）中每段的切削進給速度的起點可以（yǐ）變化, 階段（duàn）位置自動記憶裝（zhuāng）置能記（jì）錄下階段數(見圖Z e ).

       (8) 在加工過程中, 監控鑽頭磨損以及鑽頭後退次數的報警裝（zhuāng）置一直處於執（zhí）行狀態, 當發出更換鑽頭的信號時, 同時（shí）發出停止機械（xiè）運動的警報, 並（bìng）更換鑽頭以及檢查其它（tā）影響機床停止運轉的原因, 使機床恢（huī）複正常(見（jiàn）圖（tú）3a ).

      (9 ) 加工完（wán）成後, 快速退回到開始（shǐ）加工位置。鑽頭終了位置（zhì）可以（yǐ）微（wēi）調(見圖3b) 。

      通過上述加（jiā）工過程可以看出, 利用在（zài）扭矩檢測器預先選用鑽頭的韌性的允許值範圍內的扭（niǔ）矩值, 可以隨時監視孔在切削中鑽頭所承（chéng）受的負荷。一旦鑽頭的切削性能降低, 負荷逐漸達到設定的扭矩值, 則檢測（cè）器立即指（zhǐ）令（lìng）, 而（ér）使（shǐ）鑽（zuàn）頭後退, 即可以防止鑽頭的疲勞和折斷。另外在孔開始彎曲時, 切削造成矩（jǔ）增大,扭矩檢測器同樣（yàng）可以接收到孔的彎曲程度。在校正最初彎曲孔開始, 改（gǎi）進切削工（gōng）藝參數, 也能防止加工孔（kǒng）的（de）彎曲.

      利用翅矩檢（jiǎn）測器, 也可檢測到塞（sāi）滿孔內的切屑所造成的過載（zǎi）, 在階段後退的同（tóng）時（shí）, 將切屑除去, 並且在（zài）鑽頭再進入孔內時, 可使切削油注（zhù）入孔的端部, 提高加工效率.

      微細深孔加工, 鑽（zuàn）頭（tóu）本身的形狀較一般的鑽孔加工影響大, 如側隙角, 螺旋角、鑽角以及靜點的位置等都是很重要的因素。所謂靜點就是不切削的死點（diǎn）.該點位置的不同, 對鑽頭折斷和加工形態的（de）影響很大,靜點在中（zhōng）心時（shí）, 會發生下（xià）列現象:

      ①孔越深, 越難（nán）切入（rù）工件內.

      ② 加工孔徑與（yǔ）鑽頭直（zhí）徑過度（dù）緊密（mì）, 易發生粘滯現象。

      ③孔的內壁與鑽頭摩擦, 易（yì）變成（chéng）鱗片狀。

      ( 10 ) 要解決上（shàng）述問題, 在微細深（shēn）孔加工（gōng）中, 直徑1. 0m m 以下的（de）鑽尖應偏（piān）離中心約為鑽頭直徑的5 萬( 見圖4 ) , 這是因（yīn）為:  鑽頭可以形成二（èr）片（piàn）切削（xuē）刃參與切削（xuē）作用, 使切

      削阻力及摩擦陽力減小 , 在相同的轉速、切削進給速（sù）度的條件下, 可以改善切削性能, 減少（shǎo）階段後退的次數, 降低加工時間。工件的孔（kǒng）底留有一個小凸台, 可以（yǐ）起到（dào）導向作用, 加工完成後的（de）孔的圓度以及圓柱度都較好。

      使用“Micr o -ho le’, 全自動鑽床、數控（kòng）自動高速鑽床或（huò）自動車床連續（xù）打孔時（shí）, 如何恰當地判斷鑽頭折損或磨損而引起精度（dù）及鑽頭（tóu）壽命下降等現象, 也是非常（cháng）重要的內（nèi）容之一。

      一（yī）般情況下, 判斷鑽頭（tóu）壽（shòu）命的依據為（wéi）: 鑽孔所（suǒ）要消（xiāo）耗的動力, 鑽孔的阻力, 鑽孔時的發熱（rè）情況（kuàng）以（yǐ）及加工精度和孔（kǒng）壁的狀況等等。然而實際上多數情況下是根據一（yī）個（gè）鑽頭能鑽孔的數量來確定的。因（yīn）此, 需要了解鑽頭的磨損與鑽孔阻力變化的情況; 假（jiǎ）如（rú）能事先掌握（wò）鑽頭的磨損及鑽孔阻力與加工完成的孔數及孔壁表麵質量的關係, 那麽就能估計鑽（zuàn）頭的使用（yòng）壽（shòu）命. 圖（tú）5 是鑽削加工多層印（yìn）刷電路（lù）板時, 隨著打孔數星的增加, 鑽頭的磨損與鑽孔阻力變化（huà）的關係曲線。 ( 注（zhù）: 圖（tú）5 中右側縱座標的單位（wèi）: 力矩為（wéi）x 10 N m 推（tuī）力單位為kN ) 。

      四、微細深孔的加工實例

      印刷電路基板上的鑽孔加工, 有很多技術（shù）難題急特繼續研（yán）究和解決, 火期提高印刷電路板所要求的功能（néng）, 然而其最終目（mù）的還在（zài）於提高孔（kǒng）的加工質星, 以（yǐ）不損傷印刷電路（lù）板上的環氧化物, 提高孔內e主的光（guāng）潔度以汲使孔徑極小化。孔徑極小化是（shì）提高扣0lJ 電路板（bǎn）配線密度的重要技術, 因此, 為在印（yìn）刷電E幾板上進行微細加工提出了更高的要求和新的研究課題。圖6 所示為（wéi）多層（céng）印刷電路板上微（wēi）孔（kǒng）加（jiā）工, 它所用材料是玻琅環氧樹（shù）脂銅箔多層板, δ= 1. 6m m , 要求用3 張板重疊在一起一次加工完（wán）成（chéng）, 孔數為20 0 個。由於高密度的印刷電路配線板的線寬隻有數十微米（mǐ）, 且聽鑽孔的間（jiān）距又非常小, 故（gù）要求孔（kǒng）的垂直度、圓柱度、圓度等形位（wèi）誤差, 應控製（zhì）在數卞微米以內, 為了實現如此（cǐ）高精度要求的加工, 加工印刷電路基板所用的數控機床的位置精度（dù）及主軸振動應控製在十微（wēi）米以內。另外對於鑽頭而（ér）言, 也應仔細考慮其形狀精度、尺寸及（jí）鑽頭所用材料等.因此針對圖（tú）6 加（jiā）工, 所選鑽頭直徑為如Φ0. 4m m , 溝長（zhǎng）為6 . 5 m m , 鑽孔深度為4 . 8m m , 主（zhǔ）軸的進給切削速度為1. 4m / m i n , 轉速為7 0 0 0 0 r/ mi n .