0．引言
目前，帶有小直徑深孔的產(chǎn)品數(shù)量越來越多，按傳統(tǒng)方法加工，只能采用接長麻花鉆，每加工大約1～2倍直徑的深度必須退刀排屑，不僅加工精度低、表面粗糙度差，加工效率低、操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量難以保證，而且很容易引起“堵屑”或折斷鉆頭，造成更大的加工困難，因此，“大長徑比小深孔加工”是困擾很多企業(yè)冷加工系統(tǒng)多年的難題，也是工藝人員和操作者的一塊“心病”。如何為傳統(tǒng)制造企業(yè)何解決好小直徑深孔的加工，已成為迫在眉睫的課題。而槍鉆在某傳統(tǒng)制造企業(yè)的成功應(yīng)用和推廣，很好的解決了這個(gè)困擾企業(yè)多年的難題。
槍鉆因最早用于兵器工業(yè)加工槍管而得名，主要用來加工φ2～φ20mm小徑深孔，是目前深孔鉆削中的一種優(yōu)質(zhì)高效工具。美國鉆科公司（DRILLMASTERS）公司作為世界上最主要的孔加工旋轉(zhuǎn)切削刀具供應(yīng)商之一，在槍鉆的研發(fā)和制造方面具有多年的成功經(jīng)驗(yàn)，其所研發(fā)的刀具具有切削效率高、加工精度好和刀具壽命長等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航天工業(yè)、結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)、醫(yī)療器材工業(yè)、模具/刀具/冶金工業(yè)及油壓、空壓工業(yè)等制造業(yè)領(lǐng)域。
1．槍鉆的工作原理
專業(yè)的槍鉆系統(tǒng)由深孔鉆機(jī)、單刃或雙刃的槍鉆及高壓冷卻系統(tǒng)組成（見圖1）。槍鉆柄部被夾持在機(jī)床主軸上，，鉆頭通過導(dǎo)引孔或?qū)走M(jìn)入工件表面，進(jìn)入后，鉆刃的獨(dú)特結(jié)構(gòu)起到自導(dǎo)向的作用，保證了切削精度。這時(shí)冷卻液通過鉆頭中間的通道到達(dá)切削部位，并將切屑從排屑槽帶出工件表面，同時(shí)對鉆刃進(jìn)行冷卻和對背部的支撐凸臺(tái)進(jìn)行潤滑，從而獲良好的加工表面和加工質(zhì)量。
1.1槍鉆的結(jié)構(gòu)
如圖2所示，槍鉆由鉆刃、刀身、驅(qū)動(dòng)柄三部分組成。
（1）鉆刃
鉆刃是整個(gè)槍鉆的關(guān)鍵部分，其獨(dú)特科學(xué)的組合結(jié)構(gòu)保證在完成切削工作同時(shí)還起到自導(dǎo)向的作用， 可以通過一次貫穿得到一個(gè)高精度的深孔。鉆刃有兩個(gè)基本度，可以根據(jù)被切削工件的材料及形式來選擇最恰當(dāng)?shù)慕M合，以便于工作更好的平衡切削力和斷屑，并將切削力傳遞給支撐凸肩，保證良好的直線度和同軸度。鉆刃有很小的倒錐度并且直徑較刀身略大，可以保證鉆身可以在切削孔內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)而不會(huì)磨擦孔內(nèi)壁的切削表面，根據(jù)不同要求，刃部有單圓孔、腎型孔和雙圓孔的通道同刀身的油道連接，高壓的冷卻液可以通過此通道到達(dá)切削點(diǎn)，并將切屑帶出工件。鉆刃支撐的幾種主要的外圓輪廓形式（見圖3）：
R1 型：標(biāo)準(zhǔn)肩部形式，適用于碳鋼、不銹鋼、鎳合金及鋁等一般切削，工作時(shí)，刀具同被切削面的擠壓作用最??；
R2 型：適用于鉸孔與非鐵金屬切削；
R3 型：高陸式支撐肩部, 更好的控制加工尺寸，被加工面的光潔度要求很高時(shí)采用；
R4 型：高陸式支撐，尾部加高，適用于交叉孔、盲孔、擴(kuò)孔的加工；
R6型：高陸式支撐、尾部加高鉸刀式，同鉸刀組合，用于擴(kuò)孔加工，導(dǎo)向性好；
R9型：高陸式不連接支撐肩部, 更好的控制加工尺寸。
（2）刀身
刀身采用航天工業(yè)專用合金鋼材并經(jīng)熱處理制成，刀身有110～165°的V型槽，高壓切削冷卻液經(jīng)驅(qū)動(dòng)柄、刀身油孔到達(dá)刃部后從此V型槽排出孔外，并將切屑帶走，為保證切削的直線度和同軸度，刀身必須有足夠的強(qiáng)度以便在較小的扭轉(zhuǎn)變形下提供切削所需的扭矩，同時(shí)刀身也必須有足夠的韌性，這樣才能吸收刀身高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震動(dòng)。
（3）驅(qū)動(dòng)柄
驅(qū)動(dòng)柄完全依照標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)加工法的規(guī)定制造。其與刀身相接的頸部處有消除應(yīng)力的光滑弧狀凹槽以避免因應(yīng)力集中而產(chǎn)生破壞，驅(qū)動(dòng)柄為圓柱形，側(cè)面一般加工有兩個(gè)平面，供夾持套筒鎖緊整個(gè)鉆頭本體。
1.2 高壓冷卻系統(tǒng)
高壓冷卻霧化裝置是整個(gè)槍鉆系統(tǒng)關(guān)鍵的一個(gè)系統(tǒng)，它在加工過程中起到潤滑、冷卻、排屑的作用。輸入系統(tǒng)的壓縮空氣一部分驅(qū)動(dòng)脈沖泵形成噴霧，另一部分空氣連續(xù)驅(qū)動(dòng)活塞泵，通過雙路管線和高流量噴霧裝置加壓給切削液，將切削液輸送至鉆頭切削區(qū)，被霧化后的切削液吸收切削區(qū)的熱量，冷卻、潤滑槍鉆刀頭，并將切屑強(qiáng)制吹出工作物外。
2．槍鉆的應(yīng)用情況
由于該傳統(tǒng)制造企業(yè)沒有專用的槍鉆機(jī)床，從經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，改造既要有好的效果，又要利舊，所以整個(gè)槍鉆系統(tǒng)必須建立在應(yīng)用現(xiàn)有的鏜床和車床的基礎(chǔ)上，而且該系統(tǒng)的應(yīng)用不能破壞原機(jī)床的加工特性。經(jīng)分析對比，最終選擇在一普通鏜床上安裝槍鉆系統(tǒng)。
2.1槍鉆系統(tǒng)的安裝和試切削
（1）主要工裝：莫式錐柄夾持套筒一個(gè)[1]（見下表1），；速比為1:3.81的主軸增速器1個(gè)。
表1 莫式錐柄夾持套筒
（2）試切對象，均為45#調(diào)質(zhì)鋼，HB230～260的軸類零件。
（3）切削方式，采用工件固定，刀具旋轉(zhuǎn)的方式。
（4）槍鉆支撐軸肩類型的選擇，根據(jù)試切對象的材質(zhì)，選擇了兩組不同長度的Ｒ1型槍鉆：一組為φ10的鉆頭4支（分為300、600、900、1200mm 4級(jí)）；另一組為φ11的鉆頭3支（分為400、800、900、1200mm 3級(jí)）。
（5）鉆尖幾何參數(shù)的選擇。槍鉆鉆削主要決定于外刃角φ外、內(nèi)刃角φ內(nèi)及鉆尖的偏心距。鉆尖角2φ[2φ=180°-（φ外+φ內(nèi)）]，一般來說較硬的材料需要用較小的鉆尖角，較軟的材料則需用較大的鉆尖角，無論鉆尖角度如何，外刃角和內(nèi)刃角的選用必須保證鉆頭在切削時(shí)的徑向分力和主切削力能合理的作用在鉆頭的支撐區(qū)上，以便起到擠光孔表面的作用。切削刃的交點(diǎn)位置距離鉆頭中心一般為1/4直徑。根據(jù)硬質(zhì)合金槍鉆受力平衡分析，要求外刃徑向切削力等于內(nèi)刃徑向切削力，但實(shí)際加工過程中很難保證。為了避免鉆孔偏心，只有外刃徑向切削力大于內(nèi)刃徑向切削力，才能使徑向合力始終作用于待加工表面[3]。于是，一般用于加工鑄鐵和普通鋼材時(shí)取外刃角φ外=30、φ內(nèi)=20[2]，如圖4所示。
（6）引導(dǎo)孔的加工，在兩種工件上分別預(yù)制一精度為φ10 、φ11 ，深度分別為5mm、5.5mm的引導(dǎo)孔后，分別加工了φ10×1165mm（300、600、900、1200mm 4級(jí)）、φ11×1150mm（400、800、1200mm 3級(jí)）的深孔。
（7）切削液，采用用高“EP”的油基水溶性冷卻液，壓力6～8Bar。
（8）切削參數(shù)，鉆頭完全入孔前，旋轉(zhuǎn)速度v=30m/min,進(jìn)給速度f=0.02mm/r；鉆頭完全入孔后，旋轉(zhuǎn)速度v=45m/min,進(jìn)給速度f=0.04mm/r 。
（9）切削分級(jí)，為保證孔徑精度，須使鉆桿支撐距離與鉆桿直徑比不大于45[4]，鼓取每鉆削深度達(dá)直徑的30倍時(shí)為一級(jí)，實(shí)際切削時(shí)，每級(jí)調(diào)整時(shí)間為1～3分鐘左右，每級(jí)切削時(shí)間6～10分鐘。
試驗(yàn)十分成功，切削輕快、平穩(wěn)，冷卻充分、切屑呈銀白色、短螺旋卷曲（見圖5），排出順利，效果良好。
隨著試切削的深入進(jìn)行，逐步取得了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，并就檢測和記錄進(jìn)行了總結(jié)，對照接長麻花鉆，得如下參數(shù)對照表2。
表2 麻花鉆、槍鉆加工孔的主要參數(shù)對照表
| 名 稱 | 麻花鉆 | 槍 鉆 |
| 表面粗糙度 | 極差 | Ra0.04～3.2um |
| 孔徑公差 | 極差 | H8~H9 |
| 直線度 | 沒有 | 0.5/1000～1/1000 |
| 加工效率(例：45#鋼,Ф11×300) | 3小時(shí) | 5分鐘 |
| 加工高精度孔 | 鏜、鉸 | 一次成型 |
| 鉆頭壽命 | 10m | 300m~500m |
| 工作原理 | 低轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給 | 高轉(zhuǎn)速、低扭距 |
| 排屑、冷卻方式 | 多次退刀排屑、刷油冷卻 | 高壓乳化液直沖式排屑，冷卻 |
| 鉆頭折斷的處理 | 不易取出，處理困難 | 容易取出，無需處理 |
| 切屑狀態(tài) | 螺紋狀 | 螺紋短屑 |
| 后序加工處理 | 多 | 少 |
| 適應(yīng)加工孔徑范圍 | 較大 | Φ2~Φ50 |
鑒于試切削的良好效果，就將深孔槍鉆進(jìn)行了實(shí)際推廣應(yīng)用，通過對各類深孔零件的加工，進(jìn)一步驗(yàn)證了其良好效果，大大地提高了生產(chǎn)效率?，F(xiàn)舉兩例。
例1：一典型零件（見圖6），有16個(gè)Φ22通孔，長度達(dá)到2550mm。在沒有使用槍鉆前，類似的深孔加工將會(huì)耗費(fèi)機(jī)床25天的時(shí)間來完成，而且質(zhì)量往往得不到保證，現(xiàn)在采用槍鉆后僅用了250小時(shí)就高質(zhì)量的完成了工件上所有深孔的加工，取得了良好的應(yīng)用效果。
例2：一工作輥軸承座，有Φ11、Φ25.2+0.1 0及Φ8的深孔。其中Φ11的孔長度達(dá)到1643mm，該孔的加工在未使用槍鉆前，難度極高，非常容易斷鉆頭，而且經(jīng)常鉆偏，一次鉆成功率極低，更無法提及加工效率，而Φ25.2+0.1 0的深孔，深孔長達(dá)1188.5mm，表面粗糙度要求Ra3.2，尺寸要求嚴(yán)、表面粗糙度要求高，在未使用槍鉆前，需采用鉆、擴(kuò)、鉸等工序，不僅費(fèi)時(shí)，而且最終尺寸精度和表面粗糙度均很難達(dá)到要求。在采用槍鉆后，可以一鉆成型，特別是Φ25.2+0.1 0的深孔不需擴(kuò)、鉸，不僅確保了深孔的加工質(zhì)量，而且效率得到大幅提高。
2.3 槍鉆應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)
針對現(xiàn)場操作所出現(xiàn)的一些問題，我們在總結(jié)的基礎(chǔ)上特別提出了如下注意事項(xiàng)：
（1）啟動(dòng)機(jī)床主軸前,鉆頭必須在導(dǎo)向孔內(nèi)。
（2）鉆孔前必須先通冷卻液。
（3）加工時(shí)的切削參數(shù),一定要采用計(jì)算的參數(shù)。
（4）深孔應(yīng)采用不同長度的鉆頭(由短到長)分級(jí)鉆,不能一鉆到位(否則鉆桿懸在孔外太長,高速下會(huì)甩斷,造成安全事故)。
（5）在加工過程中,應(yīng)時(shí)刻注意鐵屑是否排出，并觀察鐵屑是否正常來判斷鉆刃是否磨損。
（6）操作時(shí)嚴(yán)格遵循如下規(guī)則：手動(dòng)將鉆頭引入引導(dǎo)孔→打開霧化噴嘴→啟動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)→開始進(jìn)給；停止進(jìn)給→停止旋轉(zhuǎn)→停止噴霧→退出鉆頭。
3．結(jié)束語
槍鉆技術(shù)在我國的發(fā)展是相當(dāng)緩慢的，而在傳統(tǒng)制造企業(yè)的應(yīng)用就更加稀少。槍鉆在普通鏜床上的改造應(yīng)用解決了該傳統(tǒng)制造企業(yè)小直徑深孔加工難題，極大地提高了生產(chǎn)效率，突破了一向影響生產(chǎn)質(zhì)量、阻礙生產(chǎn)進(jìn)度的瓶頸，取得十分可喜的效果，使得困擾企業(yè)多年的“大長徑比小深孔加工”工藝難題迎刃而解，也有力地促進(jìn)了槍鉆技術(shù)在我國的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
