深孔加工技术--ppt课件

深孔加工技术庞俊忠中北大学，太原1PPT课件几个相关问题因为时间的关系，就以下几个问题做个简单的介绍：深孔加工技术介绍深孔加工技术的现状及发展趋势中北大学工艺所深孔加工技术的研究情况2PPT课件一、引言1、深孔的定义孔加工分为浅孔加工和深孔加工两类，也包括介于两者之间的中深孔加工。一般规定孔深L与孔径d之比大于5，即L/d＞5的孔称为深孔；L/d5的孔称为浅孔。2、深孔加工技术深孔加工技术是深孔刀具、辅具和机床及其相关技术的统称。其中，深孔刀具及其排屑技术是决定整个技术发展的关键。深孔加工技术最初是在国防军工生产部门应用，用来加工枪管和炮筒。二战后，深孔加工技术的主阵地由枪炮制造逐步向广泛的经济建设领域转移，成为机械制造技术的一个重要分支。从而对深孔加工技术提出了商品化的要求（可靠性、高工效、高加工质量、低成本、易操作）。但深孔加工刀具和技术的发展，始终是围绕着解决顺利排屑，提高加工质量，提高加工效率，降低加工成本和易操作性等中心课题而进行的。3PPT课件深孔加工技术，通常指的就是深孔钻削技术，它和车削、铣削等加工方法不同，其刀具本身进入工件，并在封闭的条件下进行切削，因而受到较多的限制。其特点有：(1)、在工作过程中，无法直接观察刀具的工作情况，目前只能凭经验通过不断观察铁屑形状和手摸钻杆等手段来判断刀具的工作情况；(2)、不可能制成具有足够的刚度与足够牢靠的刀具和夹具，如钻杆细而长，钻出的孔不可避免地会产生某些偏差。如走偏，孔中心线弯曲等。(3)、钻头工作条件恶劣；切屑是在不能保证其正常形成的不良条件下产生的：整个切削刃全部参加工作，切屑宽度大，易产生振动；切削刃上各点的切削速度不同等。(4)、断屑与排屑困难，在孔内钻头钻杆要占据很大一部分空间，排屑空间受到限制，而且切屑难以自动排出。(5)、刀具的散热冷却条件不好。引言4PPT课件3、背景及应用起源：深孔加工技术产生于对枪炮管的制造过程。二战结束前的几个世纪中，深孔加工技术的发展和应用一直被局限于相对封闭的军工领域，并以其高难度、高成本和神秘性而闻名于制造业。应用领域：20世纪50年代。世界格局进入以和平和建设为主调的时代，深孔加工技术随之脱颖而出，成为“军转民”技术中的一朵奇葩，迅速被扩展应用于能源采掘、航空航天、发动机制造、机床汽车制造、石化及轻重化工、纺织机械、饲料机械、冶金、仪器仪表等广泛的产业领域。现状：欧、日、美等先进工业国，早在20世纪50年代就纷纷开展了深孔加工技术的学术和应用研究，六七十年代形成专业化的深孔刀具和深孔机床装备制造体系，少数跨国公司迄今仍垄断着世界深孔加工装备市场，如瑞典山特维克（SANDVIK）、德国TBT公司、BOTEK公司等。使深孔加工技术成为制造技术门类中成本最为昂贵的技术之一。引言5PPT课件二、深孔加工系统2.1分类深孔加工系统通常以深孔加工中所用的冷却、排屑装置来分类的。可分为枪钻系统、BTA系统、喷吸钻系统和DF系统。下面分别就上述系统作一介绍：2.2枪钻系统及其配置枪钻系统属于外排屑方式，其结构如图1所示，主要由机床、枪钻、中心架、钻套、钻杆联结器和冷却润滑油路系统组成。其工作原理是：切削液通过尾架上输油入口进入钻杆内部，到达钻头头部进行冷却润滑，并将切除的切屑从钻头外部的V型槽中排出。由于切屑由钻头和钻杆外部排出，容易擦伤已加工孔表面，其加工质量要低于内排屑方式的系统（随后介绍）。该系统主要用于小直径（一般＜20mm）深孔加工。6PPT课件图1枪钻系统枪钻是一种比较古老的深孔加工刀具，最初用于加工枪管，故名为枪钻。枪钻是外排屑深孔钻的代表，也是小直径（φ10mm以下）深孔加工的常用方法。目前，硬质合金枪钻的最小直径为0.5mm；钻孔深度与直径之比超过100，最大可至250；钻孔精度为IT7一IT9；钻孔表面粗糙度Ra为3.2一0.4μm。枪钻加工系统7PPT课件2.2.1枪钻作为枪钻系统的一个重要组成部分----枪钻(刀具)，在其加工系统中占有极其重要的地位。图2显示了枪钻的外观以及所加工深孔的类别；图3显示了枪钻刀头的外观结构及形式；图4显示了枪钻的结构与组成，枪钻由头部1、钻杆2和传动部3组成，头部材料由高速钢和硬质合金两种，并与钻杆焊接在一起，目前主要是硬质合金枪钻。焊接后校直、精磨。枪钻是一种加工较小直径孔的代表性工具，结构比较完善，运用范围广泛，已被普遍使用。枪钻发明于1930年左右，它是历史上最早用于生产的具有连续供油排屑、有自导功能、能钻出尺寸、形位精度很高深孔，而且生产率较高的深孔钻头，以后出现的各种深孔刀具，都在很大程度上继承了它切削部分的基本特征。与扁钻、麻花钻等传统的孔加工刀具对比，枪钻同时实现了深孔加工的三项基本要求：枪钻8PPT课件(1)具有完善的供油排屑通道，可在高压切削液作用下连续进行刀具的润滑冷却和排屑；(2)由于采用单边刃结构使轴向切削力和扭矩明显降低，使钻头的稳定性增大；(3)由于导条的导向作用和对孔壁的挤压作用，不会走偏；其特点有：1).避免了双刃钻因有横刃而在轴心线上的零切削速度，有横刃的钻头，切削时金属被挤压而引起轴向力大为增加，使钻头强烈振动，钻头容易走偏，钻出的孔偏斜；2).钻顶和工件形成M形的槽，该槽有定向作用；3).加工过程中形成一根零位芯棒，减小了轴向力。减小了孔中心线的走偏，并给钻头以附加的引导；⑷.能连续排屑，工件一次装夹钻通，不用掉头装夹，节约工时。枪钻9PPT课件枪钻枪钻主要不足之处有：冷却系统压力很高，例如钻长径比为30，直径为4mm的深孔，至少要达到9.5MPa的压强才能保证顺利排屑；当采用钻头回转方式加工时，钻头的转速和钻杆的长度均受到严格的制约；由于钻杆的中心不对称性，和圆型钻杆相比，其扭转刚度、弯曲刚度较低；钻通深孔后，必须从原路返回，容易划伤孔壁并可能损伤钻头由于切屑与已加工孔表面接触，也容易产生表面划伤；10PPT课件图2枪钻外观及所加工深孔的形式枪钻11PPT课件图3枪钻刀头的外观及形式枪钻12PPT课件图4枪钻的结构枪钻13PPT课件2.2.2枪钻机床作为刀具和加工方法的载体----机床，随着刀具材料及控制技术的发展也得到了很大的提高。向着高速、高效、多功能、精密、环保的方向发展。深孔机床从控制方面来讲，有两轴控制的加工回转体的通用枪钻机床，也有三轴控制的加工非回转体的通用枪钻机床及加工中心FMC，以及针对加工特殊工件而设计的专用深孔机床。目前，对于微小孔深孔枪钻机床，其转速已达到25000RPM；柔性制造单元的出现，极大地提高了加工效率，进给速度达4m/min；中等孔径的机床，其主轴转速多在4000-6000RPM。这充分体现了深孔机床向高速、高效、多功能、高自动化。绿色加工的方向发展。枪钻机床14PPT课件钻削范围：2mm-22mm转速：0–12000RPM进给速度：0-1000mm/min快进速度：10m/min枪钻机床图5通用枪钻数控机床（1轴到4轴可选）15PPT课件枪钻机床钻削范围：0.6mm-6mm转速：0–25000RPM进给速度：0-1000mm/min快进速度：4m/min图6微型深孔枪钻数控机床（2轴或4轴可选）16PPT课件枪钻机床图7深孔钻削单元：X、Y、Z、W、B、C-6轴控制钻削范围：6mm-50mm转速：0–4500RPM进给速度：0-4000mm/min快进速度：12m/min17PPT课件2.3BTA系统及其配置由于枪钻的一些缺陷，1943年Beisner发明了一种内排屑深孔钻，由于该种结构于1945年得到欧洲“钻孔与套料协会（BoringandTrepanningAssociation,缩写为BTA）”的确认和推广，通称为BTA钻。由此产生了BTA钻削系统，如图8所示；经BTA推荐的深孔刀具共有三种：用于实体材料钻深孔的BTA钻，扩钻和套料钻。扩钻用于对已钻孔的进一步扩大和对毛坯粗孔的加工，特别用于以较小尺寸规格的深孔机床钻较大的孔。套料钻用于从实体上取出大直径或贵重金属料芯，其所需机床功率也小得多。在三种钻头中，以BTA（实体）钻应用最广，对深孔钻发展的影响也最深远。同枪钻相比，BTA钻具有以下优点：⑴.钻头与钻杆装卸方便；BTA系统18PPT课件⑵.排屑难度相应减小，使BTA钻削系统适合于加工大直径深孔；⑶.由于BTA钻的相对供油面积比枪钻的大得多，排屑空间大，BTA钻削系统的冷却系统的压力明显降低；⑷.在钻头直径，钻杆全长和钻杆材质相同的条件前提下，BTA钻杆的扭转刚度约为枪钻钻杆的2.4倍，弯曲刚度也远高于枪钻钻杆，因而BTA钻可采用大进给量，钻杆的抗振能力也高于枪钻，这对提高钻孔工效和加工质量均为有利；⑸.钻杆的质心与中轴重合，且扭转强度与刚度大于枪钻的V形钻杆，这一优势使BTA钻特别适合于“工件固定，钻头旋转”的钻深孔方式；(6).由于切屑从钻杆内部排出，切屑不会划伤已加工表面，已加工表面质量较好；BTA系统19PPT课件图8BTA系统BTA系统20PPT课件2.3.1BTA钻图9显示了焊接式BTA钻头和机夹式BTA钻头的形式，包括单刃内排屑钻头、多刃错齿内排屑钻；图10显示了BTA钻头的结构组成，包括钻头体、刀片、导条；图11显示了其它BTA刀具形式，包括BTA扩钻、推镗头、拉镗头及套料；扩孔、镗孔是对孔进一步加工，扩孔是以扩大已钻孔的大小为目的，可以扩一次、二次或多次，并不特别注重孔的加工质量，而镗孔则是以提高孔的加工质量为目的的；套料加工适合较大孔的加工，从中掏出一个小于已加工孔径40-60mm芯棒，其结果是提高了材料的利用率，同时，也减小了机床的功率负荷。图12显示了其套料的加工原理图。BTA钻21PPT课件图9BTA钻头(a)单刃焊接BTA钻头(b)多刃错齿焊接BTA钻头(c)单刃机夹BTA钻头(d)多刃错齿机夹BTA钻头BTA钻22PPT课件图10BTA钻头结构组成BTA钻23PPT课件图11其它BTA深孔加工刀具(a)BTA扩钻(b)BTA拉镗头(c)BTA推镗头(d)BTA套料钻BTA钻24PPT课件套料钻套料钻削也是在实体材料上钻削，但是套料钻不是将所有的材料钻削为切屑，而是在孔的中央留下了一个实体的“核”。由于这种方法所需机床功率小，所以经常用于小功率要求的场合。若加工工件材料十分昂贵，中间剩下的材料也可用作材料检测分析，或重新处理作它用。钻盲孔时，当“核”掉下有可能引起崩刃，因此必须将钻头取下更换刀片，此时，再次将钻头导向入孔将会十分困难。图12套料加工套料钻25PPT课件2.3.2BTA钻深孔机床作为BTA深孔刀具和深孔加工技术的载体----BTA钻深孔机床，随着刀具材料及控制技术的发展，同样向着高速、高效、多功能、精密、环保的方向发展。BTA钻深孔机床主要以卧式形式较多，由于钻孔大而长，所以显得这类机床身长个大，其运动配置有工件旋转，刀具进给；工件旋转，刀具进给并旋转；工件进给，刀具旋转；工件固定，刀具旋转并进给。目前，这类机床的主轴转速多在4000-6000RPM。这充分体现了深孔机床向高速、高效、多功能、高自动化。绿色加工的方向发展。内排屑深孔机床26PPT课件钻削范围：18-65mm（18-100mm）转速：0-6000RPM进给速度：0-1000mm/min快进速度：4m/min内排屑深孔机床图13BTA深孔机床27PPT课件内排屑深孔机床图14BTA深孔机床加工齿轮箱轴28PPT课件内排屑深孔机床图15带有液压加紧虎钳的BTA深孔机床29PPT课件内排屑深孔机床图16带有龙门式上下料的的BTA深孔机床30PPT课件2.4喷吸钻系统及其配置喷吸钻系统是为了克服枪钻系统造价太高、而BTA钻容易堵屑的缺陷，瑞典SANDVIK公司于1963年推出了一种利用高速流体负压效应，从钻杆后部抽吸切屑的“喷吸钻”，大大改善了排屑状况，提高了切削效率。喷吸钻的特点是：首先，由于负压效应的帮助，不仅改善了排屑状况，还使整个液压系统油压明显降低；其次