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数控深孔钻三级钻孔技术应用

2017-7-27 来源：中国电科集团第38研究所作者：郑杰何章峰王昌伍

摘要：本文提出了三级钻孔的新方法，成功解决了孔深径比超过100的深孔加工难题。

1、基本概述

深孔钻削是指孔深和孔径比大的孔加工，正常钻削技术所生产的孔，其孔深极少超过5倍直径，而在深孔钻削中，此比例可高达150∶1，并且，任何孔深大于5倍直径的孔都应称为深孔。钻削的基本原则：应用和纠正切削速度与进给的选择，切削良好的断屑和排屑性能，同时不损坏刀具和工件。对于孔深孔径比大于5 的深孔，必须保证一钻到底，不能中途退出，切削液能顺利地流进钻头的切削刃处，并能保证顺利排屑。深孔钻削加工钻头进入工件时，是在半封闭条件下工作，因此受到较多限：不能直接观察到刀具切削情况；切削热不易传散，必须采用强制有效的冷却方式；排屑困难；钻杆需要足够的刚性。深孔加工注意问题：切屑处理问题，冷却润滑，合理导向。

枪钻（见图1）的钻柄是空的，由内外部供应的切削液流经钻头内输送管，并强行流经切削头内的孔。钻柄外侧有一个沿着长度方向的V形槽，切削液携带切屑通过此V形槽，并经过钻头外侧，最终切屑从孔中排出。枪钻可应用于普通加工中心，但是需要高压力的切削液。

图1枪钻系统示意图

2、任务来源

某壳体零件（见图2）有两个直径4mm、1个直径5mm且深度都超过700mm的深孔。普通设备无法加工，必需使用专用的深孔加工设备。这就要用到深孔专用加工设备——数控深孔钻床。数控深孔钻机床是专门用于深孔加工的数控设备，加工的孔径小、深度大，孔径与孔深比达到1∶100，一般的数控设备无法完成。

图2深孔零件

数控深孔钻机床（见图3）是专门用于深孔加工的数控设备，加工的孔径小、深度深，径深比达到近1∶100，一般的数控加工设备无法完成。数控深孔钻工作原理是采用不对称切削加工，不需用传统的中心钻来完成定位要求。

图3数控深孔钻

3、解决方案

数控深孔钻床于2008年5月投入使用后（见图4），经过反复试验，1个深孔加工动作宜采用“三级加工法”：定位钻削、导向钻削及正常钻削，称为“三级钻孔技术”。三级钻孔需要根据不同的钻孔深度采用不同的切削速度，目前机床自带的数控钻孔指令只能完成1个钻孔深度和1个切削速度，如何使用常用的钻孔指令来实现三级钻孔，可分两种方法：①手动干预：根据不同的钻孔深度，人为的手动来进行调节切削速度。②重复进给：对同一个孔分别进行编制3个钻孔程序，指令不同的钻孔深度和切削速度，进行重复操作。

4、改进方法

对于上述两种方法的弊端，通过查阅机床说明书，使用“头脑风暴法”，提出各种解决方案。最终采纳开发一个三级阶梯钻削指令方案。分别赋予三级深度与三种不同速度，通过参数化、智能化及人性化设计，省去手动干预的繁琐与重复进给所浪费的时间。

（1）格式。G65 P9003 U-10 V-30 Z-375 B5 C10 F40 R3 T0（或T1）

X___Y___

…

G67

M30

（2）参数。第一钻孔深度U，第二钻孔深度V，最终钻孔深度Z，一级钻孔速度B，二级钻孔速度C，最终钻孔速度F，钻孔初始点R，T0钻不通孔，T1钻通孔

（3）使用说明。①程序必须指令Z（最终钻孔深度）、F（最终钻孔速度）、R（钻孔初始点）、T0（钻不通孔）或T1（钻通孔），否则出现提示报警（9001）。②钻孔初始点＜第一钻孔深度＜第二钻孔深度＜最终钻孔深度，即R＞U＞V＞Z，否

则出现提示报警（9004）。③一级钻孔速度＜二级钻孔速度＜最终钻孔速度，否则出现提示报警（9004）。④如不使用第一钻孔深度U和第二钻孔深度V时，可直接使用最终钻孔深度Z来完成钻孔。⑤当指令第一钻孔深度U时，必须指令一级钻孔速度B，否则出现提示报警（9004）。⑥当指令第二钻孔深度V时，必须指令二级钻孔速度C，否则出现提示报警（9004）。⑦当只使用两级深度钻孔时，只能使用深度U、Z，否则出现提示报警（9004）。

（4）实施结果。两种方法对比发现，方法一使操作者的劳动强度增大，操作者要始终关注机床状态进行手动调整，操作不够准确，失去了数控加工自动化的意义；方法二对相同一个孔进行多次加工，多次重复定位，机床增加了孔位置度误差和重复加工周期。