摘 要：機械加工過程中，深（shēn）孔是加工（gōng）難度（dù）最高的工序之（zhī）一。深孔的加工對加工設備提（tí）出了很高（gāo）的要求，因此研究其（qí）加工方法十分必要。本文（wén）對深孔加工的概念、特點、技術及工藝和應用等方（fāng）麵進行了介（jiè）紹，並分析了深孔加工的發展趨勢。
 
       關鍵詞：深孔加工，製造技（jì）術，工藝
 
      0 引言
 
      機械加工中的深孔，一般指零件內孔的長度與直徑之（zhī）比（bǐ）大於 5 的孔（kǒng），其幾何特征決定了它是機械加工中難度最高的加工過程之一。深孔加工對刀具提出了很高的要（yào）求（qiú），一般刀具很難同時保（bǎo）證孔（kǒng）的長度和精度（dù）要求。另外，近年（nián）來難加工（gōng）材料 （例如高強度合金材料） 的運用給深（shēn）孔加工提出了更高的要求。20 世紀 60 年代前，深孔加工主要（yào）用於槍炮的生產，但近年來逐步向能（néng）源、汽車、航空航天等領域擴展。我國深孔加（jiā）工的基礎比（bǐ）較薄弱，因此（cǐ）迫切需要對深孔加工技術進（jìn）行深入的研究[1]。本文對深孔加工技術的特點、技術（shù）手段、關鍵技術及工藝方法和實際應用、現今發展的水平等進行（háng）分析，並預測其發展的趨勢。
 
      1 、深孔加工技術概述
 
      1.1 技術特點及難點
 
      深孔加工屬於機械加工的範疇，與普通孔的加工相比（bǐ），有很多特點及難點。分析深孔加工的特點，才能更好地（dì）選擇不同的深孔加工方法（fǎ）。首先是切削（xuē）運動方式（shì）不同，普通孔加工（gōng）通常是工件固定，刀具同時（shí）作進給運動與旋轉運動。而深孔加工采用的切削運動有多（duō）種：工件旋轉、刀（dāo）具進給；工件不動、刀具旋轉與（yǔ）進給；工件與刀具相對旋轉（zhuǎn）、刀具進
給；工件旋轉與進給、刀具不（bú）動。其（qí）中以第一種方式居多[2]。
 
     在加工（gōng）過程中，深孔加工有很多難點。例如加工時孔軸線容易歪斜（xié）、細長刀杆剛度（dù）差、容易產生讓刀誤差等[3]。更嚴重的問題是，加工過程在深孔中進行，人難以觀察到刀具切削過程，因此對於加工狀態的判斷隻（zhī）能通過（guò）聽切削聲音，觀察切（qiē）削狀態和機床狀態參（cān）數來（lái）間接得到[4]。加工孔排屑通道長而直徑較小，排（pái）屑困難，極可能損壞刀具及工件[5]，加上散熱困難，刀具（jù）容易因為孔內溫（wēn）度過高而加劇磨（mó）損（sǔn）速度[6]。
 
     1.2 現有（yǒu）的加工方法
    
     深孔加工方法按排屑方式可分為外排屑和（hé）內排屑兩種。外排削指的是切削液由鑽杆中間進入，經鑽頭頭部小孔噴射到切削區，然（rán）後帶著切屑從鑽杆外部的 V 形槽中排出的方法，主要有槍鑽、深孔偏鑽和深孔麻花鑽等；內排削指的是切削液從鑽杆與（yǔ）孔壁的間隙處進入，靠切削液的壓（yā）力將切屑從鑽杆的內孔排出的方法，主要有 BTA 深孔鑽、噴射鑽和
DF 深孔鑽三種。外排屑效率較低，加工精度難（nán）以保證，而（ér）且切屑會與（yǔ）已（yǐ）加工表麵接觸產生（shēng）劃痕而（ér）破壞表麵（miàn）質量，而內排屑深孔鑽則可以克服這個缺點。另（lìng）外，現有深孔加工係統更（gèng）加重視排屑與冷卻的平衡優化，近年來開發了一些新的特種加工手段，例如電火（huǒ）花加工、激光加工、電解加工、超聲加工等[7]。對於精度要（yào）求比較高的孔，需要進行精加工，是在（zài）鑽孔、擴孔之後進行的第二次加工，此時（shí）排屑問（wèn）題已經不（bú）重（chóng）要，重點是要提高加工精度[8]。
 
      2 、深孔加工技術的現狀
 
      2.1 關（guān）鍵技（jì）術
 
      由深孔加工（gōng）的加（jiā）工方（fāng）法可以看出（chū），其（qí）關鍵技（jì）術有以下幾點（diǎn）：
 
      2.1.1 設備選擇
 
     主要是機床的選擇，為了（le）保障深孔加工的精度，需要合理（lǐ）選擇夾具、主（zhǔ）軸等（děng），在保證（zhèng）機床刀杆剛度等參數的要（yào）求的同（tóng）時，機（jī）床有效加（jiā）工行程也需要足夠大（dà）。
 
     2.1.2 工藝路線選擇
   
    要充（chōng）分考慮具體（tǐ）加工方法、工件特性等，合（hé）理安排粗加工、半精加工、精加工、光整加工等階段[9]。
 
    2.1.3 刀具選擇
 
    選定工藝路線（xiàn）之後，要根據工藝特點合理選擇刀具，例如槍管主要使用槍鑽加工。槍鑽分三部分：刀頭（tóu）用來鑽削，通常在鑽頭圓周上設置導向塊，鑽（zuàn）頭頂端（duān）一般設有油孔，通（tōng）過焊接與鑽（zuàn）杆相連；鑽杆外徑略小（xiǎo）於鑽（zuàn）頭，必須具有高強度和韌性；鑽柄位於鑽杆底部，用於與機床相（xiàng）連[9]。文獻[10]提出了一種三導向塊（kuài）的（de） BTA 刀具（jù），並（bìng）用概率方法研究了靜態和動態情況下此刀具相對於兩導向塊刀具的優勢。結果表明此刀具穩定性、加工效率和精度更高。
 
     2.1.4 定位
 
     深孔加工的定位與普通孔加工一樣，常采（cǎi）用錐麵定位。另外，進行錐麵定位時，要保證直線度，在鑽孔及鏜孔前需要對端麵外（wài）錐麵進行處（chù）理[11]。
 
     2.1.5 排（pái）屑
 
 
     深（shēn）孔加工時（shí）由於（yú）空間狹小，切屑較（jiào）難排出，從而（ér）影響加工質量。另外，不同的材料也會形成不同的切屑。比較好的工藝是（shì）內排屑深孔（kǒng）工（gōng）藝，可（kě）加工直徑在 6～80 mm 的深孔（kǒng）[12]。
 
     2.1.6 冷卻潤滑
 
     由於深孔加（jiā）工的空（kōng）間狹小，使熱量難以擴散，工件溫度急（jí）劇升高；況且切屑（xiè）過程也需要保證潤滑。所（suǒ）以，采（cǎi）用潤滑液同時解決這兩個問題。這種液體也能起（qǐ）到（dào）延長刀具壽命，降低噪音和振動等作用[12]。
 
     2.2 加工工藝
 
     目前（qián）世界上有很多學者進行深（shēn）孔加工的工藝研究，以下為幾個實例。
 
     文獻[13]給出了一種套筒零件的加工工藝研究，材料為 30Cr3MoA，盲（máng）孔深度（dù）為 200 mm±0.2 mm。若采用普通加長麻花鑽加工，由於（yú）細長的鑽頭剛度差，散熱困難等（děng）原因，鑽頭磨損很快，加工質量較低，因此需將冷卻（què）液送到工（gōng）作麵，例如可（kě）利用（yòng）噴射鑽的方法加工文獻[14]對難加工材料的精（jīng）密深孔加工方法（fǎ）進行了研究。主要研究刀（dāo）具的幾何（hé）形狀和（hé）切（qiē）削參（cān）數 （主軸轉速和進給（gěi）速度） 對加工表（biǎo）麵質（zhì）量的影響，最終通（tōng）過改進 BTA 鑽頭使得最優切削參數下孔的加工偏差問題達到了最小化，並成功加工出了（le）直徑 10～20mm，公差等級為 IT 7～9，表（biǎo）麵粗糙度 Ra 0.2～1.6μm 的深孔。實驗結果表明，刀具幾何（hé）形狀對加工深孔的質（zhì）量有顯著的影（yǐng）響。進行難加工（gōng）材料的深孔鑽削時，可以通過提高鑽頭頭部的穩定性和提（tí）高導（dǎo）向塊（kuài）拋光精度來獲得良好的表麵粗糙度、尺寸精度和圓跳動。主軸（zhóu）轉速和進給速度對孔的尺寸精度和表麵質量有很大（dà）的影響：主軸轉（zhuǎn）速（sù）越大，表麵光潔度越高（gāo），孔的尺寸波動越小；而對（duì）於進（jìn）給速度，存在一個最佳值，使尺寸精度和表麵質量最優。另外，沿孔深方向孔徑逐漸減小，表麵光潔度逐漸下降（jiàng），這是由於刀（dāo）具磨損所致（zhì）。
 
     文（wén）獻[15]也對 BTA 深孔加工過程進行了研究，文中采用了（le）基於計算機的方（fāng）法研究 BTA 深孔加（jiā）工過程的機（jī）理（lǐ），研究重點是切屑變形、切削力和（hé）刀（dāo）具磨損之（zhī）間的關聯，建立了深孔加工的加工模型，並用計算機（jī）采集係統采集的數據進行評（píng）估和驗證。結果表明，中心切削刃切出的（de）切屑（xiè）變形最大，用三刃鑽（zuàn）頭得到的切削力和切屑變形的變化趨勢是相同的；切屑變形隨進給速率（lǜ）的增大而增大，隨工件和刀具的轉（zhuǎn）速（sù）增大而（ér）減小。該（gāi）文還描述了 BTA 深孔加工中的對其他力 （如軸向力） 的測量和分（fèn）析，並根據實驗數據建（jiàn）立了軸向力的經驗公式。該文的研究為 BTA深孔鑽工藝的在線檢測和控製係統的進一步發展奠（diàn）定了堅實的基礎。
 
     隨著對環保的要求越來（lái）越高，需要減少切削液的（de）使用，因此便產生了幹式和亞幹式深孔加工。即將部分切削液霧化並與氣體混合（hé）製成冷卻液，采用低溫冷風法和（hé）油氣（qì）噴射（shè）法進（jìn）行冷卻[16]。深孔幹鑽削是幹加工（gōng）工藝中最難的（de）工藝。文獻[17]描述了噴吸鑽的工作原理，及利用壓縮空氣代替（tì）切削液的深孔加工（gōng）方法，並對鑽頭的幾何參數進行（háng）了優化。然而對於孔加工來說，切屑較多，熱量較（jiào）大，完全不（bú）采用切削（xuē）液的加工難以實現，需要（yào）采用（yòng）亞幹式加工（gōng）。采（cǎi）用亞幹式切削經濟實用，氣體溫度、流量均可調節，以應對不同加工環境，也在一定程度（dù）上減少了汙（wū）染[18]。文獻[19]中（zhōng）給出了幹式、亞（yà）幹式加工（gōng）的關鍵技術研究，通過合理使（shǐ）用冷卻和潤（rùn）滑霧化（huà）氣體，采用負壓排屑裝置，合理設計刀（dāo）具參數，以及合理選用（yòng）切削液，可以使得加工效（xiào）果精度達到 IT 11~12 級，表麵粗糙度 Ra 達到 6.3~3.2。
 
     由於機械加工的研究不斷深入，特種加工（gōng）方法也越來越多地得到運用，例如電火花加工。文（wén）獻[20]給出了一種內噴霧電介質燒蝕深孔加工方法，它采用了連續脈衝和間歇性供氧的方法。其中“霧”是氧和水的混合（hé）物（wù），用混合物作為（wéi）電介質，化（huà）學反應產生的能量用於提高蝕除過（guò）程的效率；無氧時修整蝕除表麵。文中對采用內（nèi）噴霧（wù）電介質燒蝕（shí）技術、內
噴（pēn）霧電火花加工技術和純氧環境的間歇式電火花加工技術進行深孔加工作比較試驗，重點研究了各種技（jì）術的加工（gōng）機（jī）理、加工效率、電極相對磨（mó）損率、加工質量和精度。結果表明，間歇式電火花加工能量過大以至於難以控製，而且容易導（dǎo）致短路，影響係統穩定性；內噴霧電介（jiè）質燒蝕（shí）技術（shù）的效（xiào）率（lǜ）為內噴霧電火花（huā）加工技術的 5.45 倍，而且刀（dāo）具相對磨損率下
降了 82％，可以達（dá）到很好的表麵質量和很高的加工精度（dù）；高壓氣霧可以起到（dào）冷卻和抑製電火花燒蝕的作（zuò）用，可以提高燒蝕反應的可（kě）控性（xìng）和穩定性，維持穩定的燒蝕過程；內（nèi）噴霧電介質燒蝕（shí）技術繼承了間（jiān）歇式電火花加工技術的特性，包含內噴霧電（diàn）火花燒蝕和水（shuǐ）中普通電火花燒蝕兩個過程。
 
     文獻（xiàn）[21]探究了通過使用快速響應的旋轉電極來提高小（xiǎo）直徑深孔電火花加工（gōng）速度（dù）的方法，提出了一（yī）種結合傳統的電（diàn）火花加工機床的電磁驅動五軸聯（lián）動機床。該機床可提高電火花加工深孔的速度，其中的電磁驅動電機可以同時起到使電極旋轉和快速定位的作用。實驗結果表明，與普通（tōng）電極不旋轉的電火花（huā） 加（jiā）工相比（bǐ）， 該機 床（chuáng）加 工 φ0.5 mm ×4 mm 和φ1.0 mm×4 mm 的通孔時，加工速度分別提高了（le）125％和 337％；使用快速響應聯動機床加工，以800 r/min 轉（zhuǎn）速加工 φ0.5 mm×4mm 通孔的加工速率 最 大 提 升 343% ， 以 600 r/min 轉 速 加 工 φ1.0mm×4 mm 通孔的加工速率最大提升 433%。上述實驗（yàn）結果還表明，用聯（lián）動機床加工深孔的長徑比（bǐ）越大，電極旋轉的影響越明顯。
 
     文（wén）獻[22]對金屬深孔電火花加工的參數進行了優化，提出的一種具有（yǒu）電介質（zhì）塗層保護套的工具電（diàn）極的 EDM 係統（tǒng），該（gāi）文測定了最優脈寬、電極尖端與保護套（tào）最優間（jiān）距和電極進給控製的最優振幅。結果表明，加工 0.75～0.80 mm 孔徑時，脈寬 40 μs、尖端間距 7 mm、振幅 40 μm 時加工效果最優（yōu）。此優化相（xiàng）比以前的參（cān）數提高了約 35%的（de）加工速度，降低了約 40%的（de）電極損耗。
 
    3 、深孔加（jiā）工（gōng）技術的應用
 
    隨著工業化進（jìn）程的（de）不斷推進，深孔加工的應（yīng）用範圍不斷擴（kuò）展，在軍工、航天、石油化工機械等領域都有運用（yòng）。‘’

  
    文獻[23]介紹了槍鑽在（zài）深孔加工中的應用，並分析了使用槍鑽時機床及切削液的選擇（zé）問題。文獻（xiàn）[24]給出了槍鑽（zuàn）在汽車製動泵（bèng）主缸深孔加工機床中的運用，並設計了加工過程中的排屑（xiè）方式、主軸轉速、主軸電機的功率及冷卻係統等。文獻[25]詳細設計（jì）了活塞杆的深（shēn）孔加工設備（bèi）和工藝，對以往的工藝進行改進，並采用了合適的裝夾方式、刀具材料和切削參數，提高了生產率。文（wén）獻[26，27]、分別研究（jiū）了船用中高速柴油機和重機進氣（qì）管（guǎn）的深孔加工（gōng）技術。文獻[28]介紹了水泥機械的深孔（kǒng）加（jiā）工技術（shù），由於其工件質量（liàng）很大，可達數十噸，因此（cǐ）其深孔加工有著特殊的難點（diǎn），另外其（qí）孔徑範圍差別很（hěn）大（dà），因（yīn）此（cǐ）同一零件需要用不同種類的深孔加工手（shǒu）段。該文（wén）根據（jù）工藝（yì）需求對舊機床（chuáng）進行了（le）改造，實現（xiàn）了提升深孔加工綜合效益的目標。特種（zhǒng）加工方麵，文獻（xiàn）[29]給出（chū）了鈦合金材料的超聲和電火花深孔加工（gōng）方法。由於（yú）鈦合金材料用普通機械加（jiā）工方法難以加（jiā）工，即便是較為合適用於其加工的電火花加工方法，在加工深孔（kǒng）時由於其低導熱性（xìng）和高韌性使（shǐ）得加工效果也不（bú）理想（xiǎng）。因此文中將超聲（shēng）振動加入電火花加工過程（chéng），並分析其作用，提出了一種結（jié）合超聲波與微細電火花的四軸（zhóu）機床。另外，文（wén）獻[30]對多孔陶（táo）瓷燃燒板的深孔加工進行了研究。
 
    4 、深孔加工技術的發展趨勢
 
    從最早的鑽削槍管使用的槍鑽，到後來出現的BTA 鑽、噴吸鑽、DF 鑽等，深孔加工工藝的優化方法不斷產生，例如（rú）新型刀具材料（liào）、結構，導向塊布置，排（pái）屑裝（zhuāng）置等，並在優化過程中（zhōng）不斷（duàn）增強環（huán）保意識，逐漸向高效率、高精度（dù）、高可靠等方向發展[31]。同時，深（shēn）孔加工技術還逐漸引入學科交叉的思想。例如特種加工，它徹底改變了深孔加工的原（yuán）理，
利用電（diàn）能使材料汽化或液化達到去除材料（liào）的目的。數控加工的發展也使得小批量、多品（pǐn）種（zhǒng）的深孔加工成為了可能，並結合了（le）計算機技術的發展，越（yuè）來（lái）越使得工人的操作（zuò）得到簡化[32]。
 
    為了節省資源（yuán）和減少汙染物排放，對於加工的綠色化也提出了更高的要求，新型綠色加工技（jì）術主要有 3 種：采用綠色切削液、幹式切削、準幹（gàn）式切削。由於幹式切削技術難度較大，因此暫（zàn）時難以推廣；準幹（gàn）式切削使用微量切（qiē）削液，可（kě）較大程（chéng）度減（jiǎn）少汙染（rǎn），而且技術難（nán）度大大小於（yú）幹（gàn）式切削，因此受到更多關注（zhù）；采用具有生態性能的冷卻潤滑（huá）劑，也可
實（shí）現綠色切削（xuē），並且其對人體健康無影響[33]。
 
    5 、結語
 
    本文通過對深孔加工概念、特點和基本方法的（de）介紹，並重點通過對現有關於深孔加（jiā）工關鍵（jiàn）技術、工藝及應用文獻資料的調研，給出現今技（jì）術發展的概況（kuàng）和未來的發展方向。正是由於深孔加工的困難性和應（yīng）用上的（de）普遍（biàn）性，才迫切需（xū）要對其理論和技術進行更加深入的研究。隨（suí）著科技的（de）進（jìn）步，深孔加工技術（shù）將會朝著高（gāo）精度、高效率、環境友好方向不斷發展，並（bìng）且在更廣泛的工（gōng）業領域上發揮（huī）作用。