深孔鉆床

世界上第一臺(tái)深孔鉆床于 1908 年在美國(guó)問世， 30 年代后深孔鉆床在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關(guān)鍵設(shè)備之一?，F(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)深孔鉆床提出了愈來愈高的要求，而深孔鉆床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展 。

深孔鉆床國(guó)內(nèi)深孔鉆床現(xiàn)狀

我國(guó)加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、深孔鉆床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢(shì)頭，截至2005年4月份，深孔鉆床行業(yè)企業(yè)僅深孔鉆床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3.9個(gè)億以上，較2004年同比增長(zhǎng)了10%以上，另外深孔鉆床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù)較2004年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。

（1）行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化：深孔鉆床行業(yè)企業(yè)主要針對(duì)汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工

機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備，隨著我國(guó)加入WTO后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌，深孔鉆床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場(chǎng)需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑深孔鉆床則有下降趨勢(shì)，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會(huì)的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表》是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)全國(guó)大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床890臺(tái)，產(chǎn)值16187萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心148臺(tái)，產(chǎn)值5770萬(wàn)元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985臺(tái)，產(chǎn)值25838萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心159臺(tái)，產(chǎn)值7099萬(wàn)元；而2005年，截至4月份，數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平，故市場(chǎng)在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。

（2）行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變：“九五”后期，在深孔鉆床行業(yè)企業(yè)的50多家深孔鉆床分會(huì)會(huì)員中，僅有兩家企業(yè)實(shí)行了股份改造，一家企業(yè)退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，其余的都是國(guó)有企業(yè)。而從2001至2002年，不到兩年的時(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，現(xiàn)在一些國(guó)家重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢(shì)不可檔，“民營(yíng)經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個(gè)階段后，煥發(fā)勃勃生機(jī)?！鄙羁足@床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營(yíng)化等多種形式快速發(fā)展。

（3）深孔鉆床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)：深孔鉆床及其自動(dòng)線是集機(jī)電于一體是綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國(guó)的傳統(tǒng)的深孔鉆床及深孔鉆床自動(dòng)線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的深孔鉆床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。深孔鉆床的分類繁多，有大型深孔鉆床和小型深孔鉆床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)深孔鉆床等；隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步，一種新型的深孔鉆床——柔性深孔鉆床越來越受人們是親昧，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的深孔鉆床。另外，近年來深孔鉆床加工中心、數(shù)控深孔鉆床、機(jī)床輔機(jī)等在深孔鉆床行業(yè)中所占份額也越來越大。由于深孔鉆床及其自動(dòng)線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)深孔鉆床及其深孔鉆床自動(dòng)線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)所需的一些高水平深孔鉆床及自動(dòng)線幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。

深孔鉆床國(guó)外深孔鉆床現(xiàn)狀

80年代以來，國(guó)外深孔鉆床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。深孔鉆床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。深孔鉆床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：

（1）廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)：國(guó)外主要的深孔鉆床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控深孔鉆床通用部件，在深孔鉆床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，從而進(jìn)一步提高了深孔鉆床的工作可靠性和加工精度。廣州標(biāo)致汽車公司由法國(guó)雷諾公司購(gòu)置的缸蓋加工生產(chǎn)線，就是由三臺(tái)自動(dòng)換箱深孔鉆床組成的，其全部動(dòng)作均為數(shù)控，包括自動(dòng)上下料的交換工作臺(tái)、環(huán)形主軸箱庫(kù)、動(dòng)力部件和夾具的運(yùn)動(dòng)，其節(jié)拍時(shí)間為58秒。

（2）發(fā)展柔性技術(shù)：80年代以來，國(guó)外對(duì)中大批量生產(chǎn)，多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施，使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭、可換主軸箱等組成的深孔鉆床；同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展，開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元，并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線（FTL）。這種結(jié)構(gòu)的變化，既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏，又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。

（3）發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)：汽車工業(yè)的大發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求，大批量生產(chǎn)的高效率，要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序，而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序，以及下線后的自動(dòng)碼垛、裝箱等。德國(guó)大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價(jià)9000萬(wàn)馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線，就是這種綜合自動(dòng)化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對(duì)稱布置的自動(dòng)線組成，三班制工作，每條線日產(chǎn)2000件，節(jié)拍時(shí)間為40秒。全線由12臺(tái)雙面深孔鉆床、18臺(tái)三坐標(biāo)加工單元、空架機(jī)器人、線兩端的毛坯庫(kù)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C(jī)器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗(yàn)、檢測(cè)、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家，進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。

（4）進(jìn)一步提高工序集中程度：國(guó)外為了減少機(jī)床數(shù)量，節(jié)省占地面積，對(duì)深孔鉆床這種工序集中程度高的產(chǎn)品，繼續(xù)采取各種措施，進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺(tái)、多坐標(biāo)通用部件、移動(dòng)主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫(kù)，通過換刀加工實(shí)現(xiàn)工序集中，從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能，獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益 。

深孔鉆床是一種高精度、高效率、高自動(dòng)化的深孔加工專用機(jī)床，依靠先進(jìn)的孔加工技術(shù)（槍鉆、BTA鉆、噴吸鉆等），通過一次連續(xù)的鉆削即可達(dá)到一般需鉆、擴(kuò)、鉸工序才能達(dá)到的加工精度和表面粗糙度。加工孔孔徑尺寸精度：IT7～I(xiàn)T11；加工孔偏斜度：≤0.5～1/1000（加工孔深）；加工孔表面光潔度：Ra0.2～6.3um

深孔鉆削加工（孔深和孔徑的比值>10）在機(jī)械加工領(lǐng)域中占有非常重要的地位，約占孔加工量的40%以上。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新型高強(qiáng)度、高硬度和高價(jià)值難加工深孔零件的不斷出現(xiàn)，加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不斷提高，使得深孔加工成為機(jī)械加工的關(guān)鍵工序和加工難點(diǎn)。傳統(tǒng)的加工方法由于工藝系統(tǒng)剛度，切削排出及冷卻潤(rùn)滑的問題。越來越難以滿足甚至根本達(dá)不到現(xiàn)在的深孔加工在精度、效率、材料上的要求。所以這時(shí)的深孔加工需要一種特定的鉆削技術(shù)的支持。隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展，使得原本局限于軍事工業(yè)、航空航天等特定領(lǐng)域的深孔加工技術(shù)及裝備在我國(guó)各行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。如圖《GSM硬質(zhì)合金槍鉆與BTA鉆頭》所示是最常用的二種深孔鉆削加工刀具：槍鉆和BTA單管鉆。

它們代表著先進(jìn)、高效的孔加工技術(shù)，通過一次走刀就可以獲得精密的加工效果，加工出來的孔位置準(zhǔn)確，尺寸精度好；直線度、同軸度高，并且有很高的表面光潔度和重復(fù)性。能夠方便的加工各種形式的深孔，對(duì)于各種特殊形式的深孔，比如交叉孔、斜孔、盲孔及平底盲孔等也能很好的解決。其不但可用來加工大長(zhǎng)徑比的深孔（最大可達(dá)300倍），也可用來加工精密淺孔，其最小的鉆削孔徑可達(dá)0.7mm。

按主軸布置情況可分為臥式深孔鉆床、立式深孔鉆床和三坐標(biāo)式深孔鉆床；

按常用的深孔鉆削加工系統(tǒng)分類主要有槍鉆機(jī)床、BTA單管鉆機(jī)床、噴系鉆機(jī)床；

按運(yùn)動(dòng)形式分類：工件旋轉(zhuǎn)，刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工件不動(dòng)，刀具旋轉(zhuǎn)又作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；工件旋轉(zhuǎn)，刀具作反向旋轉(zhuǎn)又作進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 。具體采用何種方式則依據(jù)工件特征及所加工孔的情況而定。

按排屑方法分類：切削液通過中空的鉆桿內(nèi)部，到達(dá)鉆頭頭部進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，并將切屑從鉆頭及鉆桿外部的V型槽排出的外排屑方式，如槍鉆。切削液從鉆桿外壁與工件已加工表面之間進(jìn)入，到達(dá)刀具頭部進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，并將切屑由鉆桿內(nèi)部推出的內(nèi)排屑方式，如BTA鉆。

鉆床指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。加工過程中工件不動(dòng)，讓刀具移動(dòng)，將刀具中心對(duì)正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）。鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。

鉆床主要用鉆頭在工件上加工孔（如鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲、锪孔等）的機(jī)床。機(jī)械制造和各種修配工廠必不可少的設(shè)備。根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)主要分為以下幾類：

立式：工作臺(tái)和主軸箱可以在立柱上垂直移動(dòng)，用于加工中小型工件。

臺(tái)式：簡(jiǎn)稱臺(tái)鉆。一種小型立式鉆床，最大鉆孔直徑為12～15毫米，安裝在鉗工臺(tái)上使用，多為手動(dòng)進(jìn)鉆，常用來加工小型工件的小孔等。

搖臂式：主軸箱能在搖臂上移動(dòng)，搖臂能回轉(zhuǎn)和升降，工件固定不動(dòng)，適用于加工大而重和多孔的工件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中。

深孔鉆床：用深孔鉆鉆削深度比直徑大得多的孔（如槍管、炮筒和機(jī)床主軸等零件的深孔）的專門化機(jī)床，為便于除切屑及避免機(jī)床過于高大，一般為臥式布局，常備有冷卻液。

立式鉆床：輸送裝置（由刀具內(nèi)部輸入冷卻液至切削部位）及周期退刀排屑裝置等。

深孔鉆床槍鉆系統(tǒng)

主要用于小直徑（一般小于35mm）深孔的鉆削加工，所需切削液壓力高。是最常見的深孔鉆削加工方式。其屬于內(nèi)冷外排屑方式，切削液通過中空的鉆桿內(nèi)部，到達(dá)鉆頭頭部進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，并將切屑從鉆頭及鉆桿外部的V型槽排出。適宜于中小批量的金石QYZ深孔鉆系統(tǒng)同樣屬于槍鉆加工系統(tǒng)，可方便的配置在車床、鏜床、加工中心等普通機(jī)床上，其刀具使用槍鉆，高壓力的氣霧為其提供冷卻和排屑的動(dòng)力。

深孔鉆床BTA單管鉆系統(tǒng)

屬于外冷內(nèi)排屑方式，切削液通過授油器從鉆桿外壁與工件已加工表面之間進(jìn)入，到達(dá)刀具頭部進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，并將切屑由鉆桿內(nèi)部推出。授油器除了具有導(dǎo)向功用之外，還提供了向切削區(qū)輸油的通道。該系統(tǒng)使用廣泛，但受鉆桿內(nèi)孔排屑空間的限制，主要用于直徑￠﹥12mm的深孔鉆削加工。與噴吸鉆相比，高的切削液壓力使得單管鉆系統(tǒng)更加可靠，當(dāng)鉆削難以斷屑的材料（如低碳鋼和不銹鋼等）時(shí)尤為如此。相較噴吸鉆來說，BTA單管鉆系統(tǒng)是大批量、高負(fù)荷連續(xù)加工的首選。

深孔鉆床噴吸鉆系統(tǒng)

系內(nèi)排屑深孔鉆削加工。切削液由聯(lián)結(jié)器上輸油口進(jìn)入，其中大部分的切削液向前進(jìn)入內(nèi)外鉆桿之間的環(huán)形空間，到達(dá)刀具頭部進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，并將切屑推入內(nèi)鉆桿內(nèi)腔向后排出；另外小部分的切削液，利用了流體力學(xué)的噴射效應(yīng)，由內(nèi)鉆桿上月牙狀噴嘴高速噴入內(nèi)鉆桿后部，在內(nèi)鉆桿內(nèi)腔形成一個(gè)低壓區(qū)，，對(duì)切削區(qū)排出的切削液和切屑產(chǎn)生向后的抽吸，在推吸雙重作用下，促使切屑迅速向外排出。這種相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)較BTA系統(tǒng)而言所需的切削液壓力更低，同時(shí)還降低了鉆削系統(tǒng)的密封要求。由于有內(nèi)管，噴吸鉆加工最小直徑范圍受到限制，一般不能小于￠18mm。

深孔鉆床多為水平臥式和三坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)。機(jī)床有獨(dú)立完善的切削油高壓、冷卻及過濾系統(tǒng)，以保證充足、潔凈、溫度適中的切削油供應(yīng)。

深孔加工是處于封閉或半封閉的狀態(tài)下，故不能直接觀察到刀具的切削情況。只能憑經(jīng)驗(yàn)，通過聽聲音、看切削、觀察機(jī)床負(fù)荷及壓力表、觸摸震動(dòng)等外觀現(xiàn)象來判斷切削過程是否正常。

切削熱不易傳散。一般切削過程中有80%的切削熱被切屑帶走，而深孔鉆削只有40%,刀具占切削熱的比例較大，擴(kuò)散遲、易過熱，刀口溫度可達(dá)600度，必須采取強(qiáng)制有效的冷卻方式。

切屑不易排出。由于孔深，切屑經(jīng)過的路線長(zhǎng)，容易發(fā)生堵塞，造成鉆頭崩刀。因此，切屑的長(zhǎng)短和形狀要加以控制，并要進(jìn)行強(qiáng)制性排屑。

工藝系統(tǒng)剛性差。因受孔徑尺寸限制，孔的長(zhǎng)徑比較大，鉆桿細(xì)而長(zhǎng)，剛性差，易產(chǎn)生震動(dòng)，鉆孔易走偏，因而支撐導(dǎo)向極為重要。這點(diǎn)在槍鉆機(jī)床中更為突出。

鉆床：用鉆頭在實(shí)體材料上加工孔的工藝過程稱為鉆削，鉆削用的專門裝置稱為鉆床。

深孔鉆床：深孔鉆床是刀具工作部分大都處于已加工表面的包圍之中，因此，存在刀具的剛度、排屑、導(dǎo)向及冷卻潤(rùn)滑等問題。深孔鉆床的鉆頭的剛性差、鉆孔時(shí)極易“引偏”，這是因?yàn)殂@頭直徑受到加工孔的限制，且鉆頭一般較長(zhǎng)，同時(shí)，又要求在鉆頭上有盡可能大的容屑槽以利排屑，使得鉆芯變細(xì)，因而剛性較差。由于鉆頭的剛性及導(dǎo)向性（鉆孔時(shí)，鉆頭僅有兩條很窄的棱邊與孔壁接觸）均較差，兩個(gè)主切削刃又很難磨得對(duì)稱，徑向力不能互相抵消，而且鉆孔時(shí)首先與加工表面接觸的是鉆頭具有很大的負(fù)前角的橫刃，使鉆頭進(jìn)入切削很困難，因此，鉆孔時(shí)鉆頭極易發(fā)生“引偏”，致使所鉆孔的軸線歪斜或孔徑擴(kuò)大、不圓等 。