非回转体零件深孔加工机床专用辅具的

非回转体零件深孔加工机床专用辅具的

目录

1 引言 (1)

1.1 课题的研究目的和意义 (2)

1.2 课题研究的理论基础 (3)

1.3 20世纪现代深孔加工技术的发展现状 (4)

1.4 设计概述 (5)

2 深孔加工系统的对比分析 (7)

2.1 枪钻 (7)

2.2 BTA系统 (9)

2.3 双管喷吸钻系统 (13)

2.3.1 喷吸钻的特点 (13)

2.3.2 喷吸钻的工作原理 (14)

2.3.3 喷吸钻钻头 (15)

3 DF系统设计础 (17)

3.1 DF系统的分类 (18)

3.1.1内排屑DF系统 (18)

3.1.2外排屑DF系统 (18)

3.2 DF系统的负压抽屑机理 (19)

3.3 影响负压效应的因素 (20)

3.3.1 间隙δ对负压效应的影响 (22)

3.3.2 喷射角θ对负压效应的影响 (23)

3.3.3 射流流量Qn对负压效应的影响 (24)

3.4 DF系统排屑特性分析 (24)

3.4.1切屑形态及容屑系数R对排屑的影响 (24)

3.4.2排屑通道压力Pc和流量Qc对排屑的作用 (25)

3.4. 负压效应对排屑的作用 (26)

4 DF系统抽屑装置的结构设计 (27)

4.1 输油器的设计 (28)

4.1.1 输油器的结构设计 (28)

4.1.2 输油器标准件的选取 (30)

4.2 抽屑器的设计 (32)

4.2.1 抽屑器的结构设计 (32)

4.2.2 抽屑器标准件的选取 (35)

5 结论 (39)

参考文献 (40)

致谢 (42)

1 引言

制造业中，通常将长径比超过5的圆柱孔称为“深孔”，结构中带有深孔的零件称为“深孔零件”，对加工深孔零件为主件的机械装备称为“深孔类装备”，对专门用于加工深孔的装备（如深孔刀具、深孔加工机床、用于深孔加工机床的专用辅具等）则称之为“深孔加工装备”。深孔在功能上与浅孔有本质区别。相对于深孔而言，长径比小于5的普通圆柱孔（又称“浅孔”），是构成各种机械零件的最常见的要素之一。浅孔的主要功能是连接、定位、支承、导向和在近距离内传输流体，也可用以实现特定的工艺功能（如工艺孔、工艺槽等）或设计目的（如密闭容器、平衡、改善装备的力学功能等）。从早期管式火器的发明到近代枪炮的产生，虽已证明人类认识到深孔零件的特殊功能（密闭容器、能量转化、精确地向远距离传输介质、能量和信息），但是从实体金属材料上钻出深孔并进一步加工成精密深孔，其难度则远远大于浅孔加工[1]。20世纪20年代以前，扁钻、半圆形单刃钻、麻花钻等浅孔刀具曾经长期用于加工深孔。由于浅孔加工刀具无法解决连续自动排屑、刀具自导向和自动冷却润滑三大难题，故工效很低、加工质量差、废品率也高，加工成本十分昂贵。直到20世纪30～40年代，枪钻和内排屑深孔钻问世之后，深孔加工技术才步入现代化的发展进程。

深孔加工技术中所遇到的技术问题是多种多样的，而且是层出不穷的，但无论在生产实践中或新技术的研究工作中，排屑问题始终是首当其冲的大课题。从非连续自动排屑钻头到枪钻的出现，是解决深孔刀具连续自动排屑问题的首次突破。可以认为内排屑深孔钻是通过排屑方式的改变才得以实现的。双管喷吸钻及DF系统的问世，从根本上说是对BTA实体钻所存在的排屑功能缺陷进行改进而做出的不

断探索的结果。毫无疑问，排屑问题必然成为深孔加工过程中必须首先加以突破的第一课题，加之目前深孔加工领域内所应用的深孔加工设备绝大多数是基于回转体深孔件的加工，而相对庞大的市场需求来说，用于非回转体深孔件加工的深孔设备却寥寥无几。这势必会促进对深孔加工辅具——高效的排屑装置的研究和开发。而本课题的任务就在于设计出基于DF系统和BTA深孔钻头的非回转体工件的深孔加工专用辅具。

1．1 课题的研究目的和意义

深孔工件一般分为回转体工件和非回转体工件，深孔工件的加工方法一般分以下三种：工件旋转刀具进给式；钻头旋转进给工件固定式；工件与刀具相对旋转式。对于各种非轴类、非管类等非回转体工件的深孔加工，以及在各类非回转体工件表面上加工坐标孔等，多采用第二种加工方法。

非回转体工件的深孔加工就是在DF深孔加工系统上采用钻头旋转进给、工件固定式加工方法，在非回转体工件上加工出工件设计所要求的深孔。

DF系统是基于BTA深孔钻（属内排屑深孔钻类）的深孔加工系统，除了抽屑装置以外，其余的要素（工件、输油器、钻头和钻杆）与BTA钻

完全相同。它具有一系列胜于外排屑深孔系统的优势，如钻杆刚度大，钻

头与钻杆可快速拆卸，进给量大，适于钻大直径深孔；在所用的机床设备

方面，DF系统比BTA钻适应性更大等等。但其致命的缺陷是排屑通道不

足，且孔径越小，孔的长径比越大，越容易产生堵屑故障。

结合设计任务书的要求可以明确，这里需要设计出基于BTA深孔钻的用于加工非回转体深孔的DF系统专用辅具。从加工过程中所采用的深孔钻

系统以及采用的加工方式两个角度来考虑，可以确定以下设计目的：（一）

设计出在非回转体工件的深孔加工过程中能够较好地实现自动连续排屑、

冷却和润滑的供油系统和抽屑系统（主要由前装置输油器和后装置抽屑器

组成）；（二）由于采用钻头旋转进给、工件固定式的深孔加工方法，这就

要求设计出能够驱动钻头旋转进给的动力头和控制系统。从本质上讲，用

于加工非回转体深孔的DF系统是在传统的DF系统结构基础上的改进，但

同样是以输油器和排屑器所组成的抽屑装置作为其主要组成部分。它采用

一台结构简单的抽屑装置取代了双管喷吸钻的一根内管和一套连接器，使

双管喷吸钻的结构得以简化，同时，它还在原来的结构基础上增设一台电

机，用于驱动钻杆旋转进给，这是非回转体深孔加工DF系统结构设计上的

意义所在。另外，这种装置还继承了DF系统在负压效应方面的设计思路：第一是喷吸间隙Δ的取值范围为0.2～0.5mm；其次，前油路流量取为总流

量的2/3，而后油路流量取为总流量的1/3，这些基本参数是不变的。

综观目前国内的深孔加工市场，绝大多数深孔装备和深孔辅具均是面向回转体