深孔钻床

  深孔钻床，有别于传统的孔加工方式，主要依靠特定的钻削技术（如枪钻、BTA钻、喷吸钻等），对长泾比大于10的深孔孔系和精密浅孔进行钻削加工的的专用机床统称为深孔钻床。其代表着先进、高效的孔加工技术，加工具有高精度、高效率和高一致性。

特点

  它们代表着先进、高效的孔加工技术，通过一次走刀就可以获得精密的加工效果，加工出来的孔位置准确，尺寸精度好；直线度、同轴度高，并且有很高的表面光洁度和重复性。能够方便的加工各种形式的深孔，对于各种特殊形式的深孔，比如交叉孔、斜孔、盲孔及平底盲孔等也能很好的解决。其不但可用来加工大长径比的深孔（^大可达300倍），也可用来加工精密浅孔，其^小的钻削孔径可达0.7mm。

发展概况及趋势

GSM硬质合金枪钻与BTA钻头

  深孔钻削加工（孔深和孔径的比值>10）在机械加工领域中占有非常重要的地位，约占孔加工量的40%以上。随着科学技术的进步，新型高强度、高硬度和高价值难加工深孔零件的不断出现，加工工件在加工深度、加工精度以及加工效率上要求的不断提高，使得深孔加工成为机械加工的关键工序和加工难点。传统的加工方法由于工艺系统刚度，切削排出及冷却润滑的问题。越来越难以满足甚至根本达不到现在的深孔加工在精度、效率、材料上的要求。所以这时的深孔加工需要一种特定的钻削技术的支持。随着我国机械制造业的迅速发展，使得原本局限于军事工业、航空航天等特定领域的深孔加工技术及装备在我国各行业也得到了广泛的应用。左图为^常用的二种深孔钻削加工刀具：枪钻和BTA单管钻。

深孔钻床的国内、外现状

  世界上第一台深孔钻床于 1908 年在美国问世， 30 年代后深孔钻床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对深孔钻床提出了愈来愈高的要求，而深孔钻床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。

国内深孔钻床现状：

  我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、深孔钻床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，深孔钻床行业企业仅深孔钻床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外深孔钻床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。

（1）行业企业产品结构的变化：深孔钻床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，深孔钻床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣深孔钻床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的《机床工具行业企业主要经济指标报表》是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。

（2）行业企业的快速转变：“九五”后期，在深孔钻床行业企业的50多家深孔钻床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”深孔钻床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。

（3）深孔钻床技术装备现状与发展趋势：深孔钻床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的深孔钻床及深孔钻床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的深孔钻床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。深孔钻床的分类繁多，有大型深孔钻床和小型深孔钻床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台深孔钻床等；随着技术的不断是进步，一种新型的深孔钻床——柔性深孔钻床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的深孔钻床。另外，近年来深孔钻床加工中心、数控深孔钻床、机床辅机等在深孔钻床行业中所占份额也越来越大。由于深孔钻床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国深孔钻床及其深孔钻床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平深孔钻床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。

国外深孔钻床现状：

  80年代以来，国外深孔钻床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。深孔钻床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。深孔钻床技术的发展趋势是：

（1）广泛应用数控技术：国外主要的深孔钻床生产厂家都有自己的系列化完整的数控深孔钻床通用部件，在深孔钻床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了深孔钻床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线，就是由三台自动换箱深孔钻床组成的，其全部动作均为数控，包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动，其节拍时间为58秒。

（2）发展柔性技术：80年代以来，国外对中大批量生产，多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施，使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的深孔钻床；同时根据加工中心的发展，开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元，并以此为基础组成了柔性加工自动线（FTL）。这种结构的变化，既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏，又可以使机床配置更加灵活多样。

（3）发展综合自动化技术：汽车工业的大发展，对自动化制造技术提出了许多新的需求，大批量生产的高效率，要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序，而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序，以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线，就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成，三班制工作，每条线日产2000件，节拍时间为40秒。全线由12台双面深孔钻床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成，可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展，出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家，进一步提高了制造系统的配套水平。

（4）进一步提高工序集中程度：国外为了减少机床数量，节省占地面积，对深孔钻床这种工序集中程度高的产品，继续采取各种措施，进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库，通过换刀加工实现工序集中，从而可^大限度地发挥设备的效能，获取更好的经济效益。

加工精度

  深孔钻床是一种高精度、高效率、高自动化的深孔加工专用机床，依靠先进的孔加工技术（枪钻、BTA钻、喷吸钻等），通过一次连续的钻削即可达到一般需钻、扩、铰工序才能达到的加工精度和表面粗糙度。加工孔孔径尺寸精度：IT7～IT11；加工孔偏斜度：≤0.5～1/1000（加工孔深）；加工孔表面光洁度：Ra0.2～6.3um

机床结构

  深孔钻床多为水平卧式和三坐标式结构。机床有独立完善的切削油高压、冷却及过滤系统，以保证充足、洁净、温度适中的切削油供应。

分类

  按主轴布置情况可分为卧式深孔钻床、立式深孔钻床和三坐标式深孔钻床；

  按目前常用的深孔钻削加工系统分类主要有枪钻机床、BTA单管钻机床、喷系钻机床；

  按运动形式分类：工件旋转，刀具作进给运动、工件不动，刀具旋转又作进给运动；工件旋转，刀具作反向旋转又作进给运动 。具体采用何种方式则依据工件特征及所加工孔的情况而定。

  按排屑方法分类：切削液通过中空的钻杆内部，到达钻头头部进行冷却润滑，并将切屑从钻头及钻杆外部的V型槽排出的外排屑方式，如枪钻。切削液从钻杆外壁与工件已加工表面之间进入，到达刀具头部进行冷却润滑，并将切屑由钻杆内部推出的内排屑方式，如BTA钻。

常用加工系统的原理及应用范围

枪钻系统

  主要用于小直径（一般小于35mm）深孔的钻削加工，所需切削液压力高。是^常见的深孔钻削加工方式。其属于内冷外排屑方式，切削液通过中空的钻杆内部，到达钻头头部进行冷却润滑，并将切屑从钻头及钻杆外部的V型槽排出。适宜于中小批量的金石QYZ深孔钻系统同样属于抢钻加工系统，可方便的配置在车床、镗床、加工中心等普通机床上，其刀具使用枪钻，高压力的气雾为其提供冷却和排屑的动力。

BTA系统加工原理图

BTA单管钻系统

枪钻加工原理图

  属于外冷内排屑方式，切削液通过授油器从钻杆外壁与工件已加工表面之间进入，到达刀具头部进行冷却润滑，并将切屑由钻杆内部推出。授油器除了具有导向功用之外，还提供了向切削区输油的通道。该系统使用广泛，但受钻杆内孔排屑空间的限制，主要用于直径￠﹥12mm的深孔钻削加工。与喷吸钻相比，高的切削液压力使得单管钻系统更加可靠，当钻削难以断屑的材料（如低碳钢和不锈钢等）时尤为如此。相较喷吸钻来说，BTA单管钻系统是大批量、高负荷连续加工的^。

喷吸钻系统工作原理图

喷吸钻系统

  系内排屑深孔钻削加工。切削液由连接器上输油口进入，其中大部分的切削液向前进入内外钻杆之间的环形空间，到达刀具头部进行冷却润滑，并将切屑推入内钻杆内腔向后排出；另外小部分的切削液，利用了流体力学的喷射效应，由内钻杆上月牙状喷嘴高速喷入内钻杆后部，在内钻杆内腔形成一个低压区，，对切削区排出的切削液和切屑产生向后的抽吸，在推吸双重作用下，促使切屑迅速向外排出。这种相对独立的系统较BTA系统而言所需的切削液压力更低，同时还降低了钻削系统的密封要求。由于有内管，喷吸钻加工^小直径范围受到限制，一般不能小于￠18mm。

钻削中应注意的问题

  深孔加工是处于封闭或半封闭的状态下，故不能直接观察到刀具的切削情况。目前只能凭经验，通过听声音、看切削、观察机床负荷及压力表、触摸震动等外观现象来判断切削过程是否正常。

切削热不易传散。一般切削过程中有80%的切削热被切屑带走，而深孔钻削只有40%,刀具占切削热的比例较大，扩散迟、易过热，刀口温度可达600度，必须采取强制有效的冷却方式。

切屑不易排出。由于孔深，切屑经过的路线长，容易发生堵塞，造成钻头崩刀。因此，切屑的长短和形状要加以控制，并要进行强制性排屑。

工艺系统刚性差。因受孔径尺寸限制，孔的长径比较大，钻杆细而长，刚性差，易产生震动，钻孔易走偏，因而支撑导向极为重要。这点在枪钻机床中更为突出。

钻床分类

  钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。

钻床主要用钻头在工件上加工孔（如钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪孔等）的机床。机械制造和各种修配工厂必不可少的设备。根据用途和结构主要分为以下几类：

  立式：工作台和主轴箱可以在立柱上垂直移动，用于加工中小型工件。

  台式：简称台钻。一种小型立式钻床，^大钻孔直径为12～15毫米，安装在钳工台上使用，多为手动进钻，常用来加工小型工件的小孔等。

  摇臂式：主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件，广泛应用于机械制造中。

  深孔钻床：用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪管、炮筒和机床主轴等零件的深孔）的专门化机床，为便于除切屑及避免机床过于高大，一般为卧式布局，常备有冷却液。

  立式钻床：输送装置（由刀具内部输入冷却液至切削部位）及周期退刀排屑装置等。