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VENTEC 深孔鑽係統的應用分析

2019-10-29 來源：中北大學山（shān）西省深孔加工研究中心作者：馬騰沈興全高偉佳雷韶

摘要: 針對深孔加工成本高、設備結構（gòu）複雜（zá）等問題，應用英國哈镘公司( HAMMOND) 設計的 VENTEC 深孔鑽係統，可簡化深孔加工的設備結構並降低加（jiā）工成（chéng）本。通過理論分析和實際應（yīng）用試驗，對（duì） VENTEC 深孔鑽（zuàn）係統（tǒng）的結構、原理以及在應用（yòng）過程中出（chū）現的問題進行分析，論（lùn）證其在實際生產中的意義。

關鍵詞: 深孔加工; VENTEC 深孔鑽係統

1 、引言

由相關的資料統計可知，孔加工（gōng）在機（jī）械製造行業中占全部機械加工（gōng）的三分之（zhī）一左右，而深孔加工又占到孔加工（gōng）的 40% 以上。由於深孔加工是在封閉或半封閉（bì）的空間內（nèi）進行的特殊性加工，具有排屑難、冷卻難、潤滑難和工具係（xì）統剛度低等特點（diǎn）。

這些難點（diǎn）不僅長期困擾著深孔加工行（háng）業，而且在一定程度上限（xiàn）製了（le）深孔加工的應用範圍，也限製了深孔加工的理論（lùn）及技術向其他領域拓展的能力，使深孔加工成（chéng）為製造技術門類中設備機構複雜且加工成本昂（áng）貴的技術之一。

目（mù）前，國內外（wài）常用的深孔加工（gōng）係統有槍鑽係統、BTA 係統（tǒng）、噴吸鑽係統和 DF 係統。其中，噴吸鑽係統要實現噴（pēn）和吸兩個效（xiào）果，結構上更加複雜（zá），使其最小加工孔（kǒng）徑受限，加工成本更高; DF 係統是在 BTA係統上安裝負壓排屑裝置，結合了 BTA 係統（tǒng）和噴（pēn）吸（xī）鑽（zuàn）係統（tǒng）的優點，克服（fú）其不足，但其結（jié）構較 BTA 係統複雜。

2 、深孔加工技術分析

根據排屑方式（shì）的不同，簡要分析外排屑方式的槍鑽（zuàn）係統和內排（pái）屑方式的 BTA 係統（tǒng）。槍鑽係統屬於外排屑方式，主要由中心架、扶正器、鑽杆聯結器和冷卻潤滑係統等組成（chéng）( 見圖 1)

槍鑽係統（tǒng）的工作原理: 切削液通過尾架上（shàng）的輸油入口進入鑽杆內部，到（dào）達鑽頭頭部進行冷卻潤滑，並將切屑從鑽（zuàn）頭外部 V 型槽中排出。由於切屑由鑽頭和鑽（zuàn）杆外部排（pái）出，容（róng）易（yì）擦傷已加工（gōng）孔表麵，加工質量低於內排屑方（fāng）式的係（xì）統。該係統主要用於小直徑( 孔徑小於 20mm) 的深孔加工。

如圖 2 所示，BTA 係統屬於內排屑方式，主要由中（zhōng）心架、授油器、鑽杆聯結器和冷卻潤滑油（yóu）路係統等組成。

BTA 係統的工作原理: 切削（xuē）液通過授油器從鑽杆外壁與已加工表麵之間的環形空間進入，在刀具頭部（bù）進行冷卻潤滑，經鑽杆內部推出切屑。該係統應用廣泛，但受鑽杆內孔排泄空間的限製，主要（yào）用於直（zhí）徑大於 12mm 的深（shēn）孔加工。由以上（shàng）分析可知，無（wú）論那種排屑（xiè）方式均由工件、刀具、專用（yòng）輔具、機床和控製係統等要素組成。其中，專用（yòng）輔具取決於所采取的切削液供給（gěi）方式、排屑方式和工件與刀具之間的相（xiàng）對運動方式。可見，深孔加工需要（yào）專用設備和專用輔具，因此其（qí）設備結構複雜（zá）、成本昂貴。

3 、深孔鑽係統（tǒng）分析

3. 1 深孔鑽（zuàn）係（xì）統簡（jiǎn）介

深（shēn）孔鑽係統最早由國外深孔技術企業提出（chū），目（mù）前在國內也有多家企業生產該係統。由於其具有適用範圍廣、結構簡（jiǎn）便和成本（běn）低等特點，無論在歐美（měi）市場還是在國內市場都被廣（guǎng）泛應用於各行各業中。用戶隻需一台普通機床、一件設計正（zhèng）確的工裝夾具、一套完整的（de） QYZ 深孔鑽係統和一支高品質的硬（yìng）質合金槍鑽（zuàn），便可以極低的成（chéng）本、簡便的操作提供高（gāo）效率、

高精度（dù）和高一致性的深孔鑽削加工方式。

作為機床附件，係統各部分的安裝拆卸（xiè）簡（jiǎn）單便捷，大部分情況（kuàng）下無需對機床做任何改動，使現代（dài）槍鑽技（jì）術在普（pǔ）通機床上的應用成為了現實。

3. 2 深孔鑽係統（tǒng）結構

如圖3 所示，深孔鑽係統包括儲液槽、壓縮空氣接口、空氣壓力表、霧化氣體壓力表、調（diào）節閥、導管動、動（dòng）力（lì）接頭、夾具和深孔鑽等部分。其中，夾具可根據實際加工情況更換。

在普通車床上安裝深孔（kǒng）鑽係統具體（tǐ）步驟:

①將儲液槽固定在便於操作且不易發（fā）生碰撞的地方。通過壓縮空氣接口將空氣壓縮機接入，並將空氣的供給壓（yā）力控（kòng）製在一定的範圍內，然後在儲液槽中按照正確的比例混合好專用的冷卻液;

②應用刻度盤千（qiān）分（fèn）表調節夾具，使（shǐ）夾具的各邊（biān）和頂部與機床運動方向平行;

③校準刀夾中心線與機床主軸中心線，使其可以對齊，在機床主軸（zhóu）上（shàng）安裝千分表，便於加工時的（de）觀察;

④在夾具上安裝 VENTEC 鑽頭，保證切削麵垂直於機床的尾部;

⑤加工前，應根據所要加工（gōng）的深孔孔徑加工相應的引導（dǎo）孔;

⑥根據加工（gōng）孔徑和設備要（yào）求的參數設置好機床的進給速度及轉速;

⑦固定橫向移動（dòng）和垂直方向移（yí）動，以保證係（xì）統的整體穩定性;

⑧調節閥門，使冷卻液呈氣霧狀噴出;

⑨驅動機床，進行（háng）深孔加工。

3. 3 深孔鑽係統原理分析（xī）

在槍鑽（zuàn）原有結構上進行改進（jìn），得到的深孔鑽係統采用 VENTEC 鑽頭，其工作原理與槍鑽類似。加工時使用導（dǎo）向套或導向孔來定（dìng）位，加工開始後，加（jiā）工（gōng）出來的孔對刀口起到（dào）支撐的作用，形成鑽頭的自引導特（tè）性。VENTEC 鑽刀頭外部凸肋（lèi）可以產生使（shǐ）鑽頭偏向中心（xīn）的力，產生（shēng）的摩擦可使鑽頭對孔的表麵進行輕輕拋光。

該結構（gòu）對成孔有積極影響: ①在摩擦力的作用下，成孔的粗糙度得到有效控製; ②在鑽頭（tóu）自引導作用下，即（jí）使加工比較深的孔，也可以保證鑽頭正確的鑽孔軸線。這意味著深孔鑽係統的（de） VENTEC鑽可以用於加工高精度且長徑比（bǐ）較大的孔。應（yīng）用深孔鑽係統加工深孔時（shí），切削區的冷卻排屑十（shí）分重要。

深孔鑽係統采用準幹式的冷卻和排（pái）屑方法，即應用壓縮的氣液（yè）混合物冷卻切削鑽頭並排出切屑，其工作原理為: 冷卻液在噴霧係統( 儲液槽) 中被外部供給（gěi）的壓縮空氣加壓，並與高壓空氣一起送入可調整流量的噴（pēn）霧混合頭（tóu）內，經導管再送（sòng）入專用的夾具內，而後通過 VENTEC 鑽頭的（de）中間通道到達切削（xuē）區域。

冷卻液效果的好壞直接影響深孔加工的過程。深孔鑽係統的冷卻液由特殊的乳化油和水混合而成（chéng），其主（zhǔ）要（yào）作用:

①使 VENTEC 鑽頭的拋光（guāng）凸肋和切屑刃得到充分潤滑，減小鑽削過程（chéng）中（zhōng）鑽頭、切屑（xiè）以及（jí）工件之（zhī）間的摩擦;

②壓縮空氣能有效推動霧化冷卻液流動，使切（qiē）屑沿（yán）排屑槽快速（sù）排出;

③準幹式冷卻方（fāng）法可以提供強大的冷卻效果。

水和壓（yā）縮空氣的（de）混（hún）合物是一種理想的冷卻介質，其冷卻（què）效果優於（yú）純液體，能夠在鑽削加工過程（chéng）中，有效控製鑽（zuàn）頭刃部溫度，從（cóng）而提升（shēng）其加工效率

。

4 、深孔鑽係統應用

4. 1 條件（jiàn）設置（zhì）

受條（tiáo）件限製（zhì）僅做簡（jiǎn）單的對比試驗以及成孔（kǒng）質量分析。試驗設備包括普通車床、VENTEC 深孔鑽係統（tǒng）、粗糙度檢測儀、圓度檢測儀（yí）和紅外（wài）熱像儀。試（shì）驗材料為（wéi）車軸鋼。試驗參數為孔（kǒng）徑 10mm 和孔徑30mm、深度 1500mm 的深孔。

4. 2 切削溫度分析

應用（yòng）紅外熱像（xiàng）儀檢（jiǎn）測（cè）加工（gōng）時的工（gōng）件溫度可在一定程度上反映切削區的大致溫度。加工孔徑 10mm深孔時，其檢測結果見圖 4 和表（biǎo） 1; 加工孔（kǒng）徑為30mm 深孔（kǒng）時，其檢測結果見圖 5 和表 2。

分析（xī）以上熱象圖可知，深孔鑽係統在加工（gōng）深孔的（de）過程中，如切削區域的溫度保持在一個（gè）合理的範圍（wéi）內，其冷卻係統效果顯著（zhe）。因為該係統采用壓縮（suō）的氣液混（hún）合物冷卻切削鑽頭並排出切屑，冷卻作用顯著，可有效控製切削區（qū）的溫度，高壓空氣（qì）能（néng）更（gèng）有效（xiào）地（dì）推動切屑排出。對加工完成的深孔進行檢測，檢驗深孔（kǒng）鑽係統的成孔質（zhì）量，其結果見表 3。

分析檢測數據可知，深孔鑽係統（tǒng）的（de）成孔質量比較高，VENTEC 鑽頭的結構對成孔質量有積極的影響，能滿足實際生產的要求。因為在該係統中，鑽頭（tóu）通過導向孔（kǒng）給鑽頭定位，形成加（jiā）工過程的自引導，保證了孔（kǒng）的加工質量，刀頭部的拋（pāo）光凸肋能進一步優（yōu）化成孔質量。

5 、結語

國內深孔加工主要應用（yòng）於專業的大型深孔鑽（zuàn）床，其設備結（jié）構和加工成本都限製了（le）深孔的應用。大多數情況下，設計師不得不對設計的結構做出妥協，不能達到結構最優。通過對英國哈镘（màn） VENTEC深（shēn）孔鑽係統的研究，可知（zhī）其在適用性、成（chéng）孔（kǒng）質量與設備結構等方麵均有一（yī）定的優勢，易於（yú）安裝、維護（hù）、保養和檢修，且加工效率較（jiào）高。在實（shí）際生產中應用深（shēn）孔鑽係統（tǒng）可以有效解決深孔加工成本高等問題。

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