1 常見的小直徑深孔加工技（jì）術

       1.1 常見的小直徑深孔加工技術

       ①傳統的鑽、擴、鉸工藝

       目前孔的加工大部分還是用傳統的鑽、擴（kuò）、鉸工藝，要求機床主軸轉速（sù）高，範圍廣，通常（cháng）為11000～150000r/min；主軸跳動要小，主軸的跳（tiào）動量應小於1μm；對切削抗力變化的反應要敏感，最好（hǎo）配備有鑽頭（tóu）磨損的自動監控係統；為保（bǎo）證直線度、圓度，最（zuì）好有能相對主軸反向旋轉機構。

       目前研製新（xīn）型鑽頭仍（réng）是該方麵研究的重點。

       ②電火花加工工藝（yì）

       電（diàn）火花加工（gōng）使用高（gāo）速小孔（kǒng）加（jiā）工機床（帶有導向器，利用細管電（diàn）極（jí）高（gāo）速回轉（zhuǎn），管中通過高壓工（gōng）作液）來加工通孔。該方法加工效率高，可達到60mm/min，應用範圍廣，可以加工深徑比大的小孔，加工的最小直徑為0.3mm，但精度相對（duì）較低。

       該方法的主要難點為加工中（zhōng）的蝕除產物和熱（rè）量不易排除（chú），一般的衝液方式無法解決（jué）這個問題。未來發展方向是要采用高速電火花加工技術，一方麵要不斷用流動的工作液將蝕除產物自間隙中排除，另一方麵要保持以高電流密度連續（xù）正常（cháng）放電。

       ③槍鑽加工工藝

       因最早應用於槍管的加（jiā）工而（ér）得名，適用於深孔的加工，一次走刀加工出精度較高的孔。工作過程中，利用導向條支撐刀具，高壓（一（yī）般為3.4～9.8 MPa）切削液從鑽（zuàn）頭的進油孔送到切削區進行冷卻、潤滑，並幫助排屑，然後將切削與切削液順著V 形槽排入油箱中（zhōng）。

       槍鑽的加工精度（dù），視不同的被加工材料和選用不同的（de）切削用（yòng）量可以一（yī）次加工出精度很高的孔，孔徑（jìng）精度可以達到IT7 以上，粗糙度可（kě）以達到Ra6.3～0.4μm，直線度最高可以達到0.1/1000。

       ④線切（qiē）割加工工藝

       通過線狀工（gōng）具（jù）電極和工件電極的相對（duì）運動，對工件進行脈衝放電加工。控製電極絲的走（zǒu）動速度可獲得較低的表麵粗糙度，較高（gāo）的尺寸精度、形狀精度（dù）和位置精（jīng）度，但是該方法需要預加工穿絲孔。

       1.2 小（xiǎo）直徑（jìng）深（shēn）孔精加工技（jì）術

       小深孔（kǒng）精加工又稱為深孔的二次加工。在鑽孔或擴孔之（zhī）後（hòu），如果達（dá）不到規定的精（jīng）度或粗糙度要求（qiú），就需要采用深孔精加工技術進行二次加工甚至更多次數的加工。通常，航空（kōng）機載行業中的作動器（qì）、伺服閥等零件均需要二次精加工。其加工（gōng）精度（dù）為IT9～IT5 不等，孔加工粗糙度Ra 一般要求在1.6～0.2μm。

       除少數盲深孔零件外，二（èr）次加工的特（tè）點是在已有通孔的基礎上進行加工。因此，排屑不再成為主要障礙，排屑的方（fāng）式也皇現多樣化（huà），刀具的種類和切削齒數也不拘一（yī）格。但由於二次（cì）加工（gōng）仍然是在孔的封閉內腔中進行的，加之受（shòu）工（gōng）件長度、零件結（jié）構、孔徑尺寸、工件剛度和（hé）刀杆剛（gāng）度等因素的影（yǐng）響，所（suǒ）以小深孔二次加工的難度仍然遠高於淺孔的精加工。

目前小深孔精密（mì）加工所采用的常用（yòng）方法主要包括研磨加（jiā）工、珩磨加工等。

       研磨（mó）加工是使用研具和遊離的磨料進行微細加工的工藝方法，工件和研具之間相對平動和回轉運動時，利用遊離的磨料進行微細的切削加（jiā）工。該方（fāng）法可（kě）獲得很高的尺寸精度（dù）、形（xíng）狀精度、位置精度和較低（dī）的表麵粗（cū）糙度（dù）。該（gāi）方法的缺點有：①效率低，勞動強度大，並需要（yào）操作人員具有（yǒu）相（xiàng）當（dāng）的技巧和經（jīng）驗；②它（tā）的尺寸分（fèn）散性大；③容易在孔（kǒng）的兩端產生研磨喇叭口；④研磨中的磨粒會在孔的（de）窗口、環槽、直槽等處造成破壞，形成研磨（mó）淺灘；⑤研磨（mó）中使用的（de）研磨膏對零件的清洗是個大問題，研磨（mó）膏常常難於清洗幹（gàn）淨，清潔（jié）度經常超過標準。新的（de）研磨方法成為目前研究的重點（diǎn），例如超聲振動研磨，液（yè）體擠壓研磨等。

       珩磨是從磨削發展起來的精整加工手段，可以（yǐ）使加工表麵的幾何（hé）精度、形狀公差（chà）、表麵粗糙度都得（dé）到極大改善。珩磨加工是以固結磨粒壓力（lì）進行切（qiē）削的光整加工（gōng）方法。一般（bān）工件固定，珩（héng）杆相對於工件作回（huí）轉和往複（fù）運動，在（zài）徑向珩杆可脹縮壓緊工件。可加工的範圍為直徑1～1200mm，孔長1200mm，加工精度可以到0.1μm，最高表麵粗（cū）糙度可達Ra0.01μm。珩磨所使用的設備，可以是專業設備，也可以是（shì）車床、鑽床或鏜床等普通（tōng）機床設備的改裝。

       2 小直徑深孔加（jiā）工技術在（zài）航空機載行（háng）業中的應用

       2.1 航空機載行業中小直徑深孔加工技術簡介

       航空機載行業中電液伺服閥閥套內孔、各類飛行器的作動筒內孔就屬細長孔，其深徑比大，精度（dù）要求高（gāo）。加工時所用的刀杆、砂輪杆、研磨杆等均屬細長杆，其剛性差，不（bú）能承受較大的切削力（lì），很容易彎曲變形和磨損；此外，電液伺服閥閥套內孔孔（kǒng）壁（bì）有很多徑向圓孔、方孔或環槽，給內孔的精加工（gōng）更是增加了（le）難度。

       以下是某型閥套內（nèi）孔現有的加工工藝流程：

       麻花鑽（zuàn）鑽孔→鏜孔→鉸孔→淬火→精密線切割（gē）→研（yán）磨棒研孔

       該內孔加工的難點在（zài）於半精加工（gōng）、精加工時采用的精密線切割校正（zhèng）直線度，然後采用研磨工藝，由於受研磨套加工（gōng）精度和剛度（dù）限製，圓柱度一直在（zài）0.003/100mm 左右，且製造成本較高。

       2.2 應用舉例

       在為航空機載製造廠選用深孔（kǒng）加工設備（bèi）時，加（jiā）工零件的材質（zhì）、結構特征以及精度都是應該注意的，同時要選擇合適的工（gōng）藝方法。

       如某作（zuò）動器，為了簡化結構，作（zuò）動器中采用（yòng）精密深（shēn）盲孔的結構較（jiào）多。該作（zuò）動器的工（gōng）作壓力將達（dá）33MPa 以上（shàng），在保證偶件運動靈活性（xìng）的同時，要求保證最小的泄露，甚至零泄露（lù）。在這種情況下，要求偶件孔（柱塞（sāi）孔）的圓柱度小於0.001/100mm，配合（hé）間隙小於0.003mm，表麵粗糙度Ra0.4μm。軸向柱塞泵轉子結（jié）構示意圖和（hé）軸向柱塞泵轉子立體圖分別參見（jiàn）圖1 和2 所示。

       該作動器用的柱塞泵和民用柱塞泵區別很大，高可靠性、高強度、大流量的（de）要求，決定了其材料幾乎全為高強度不鏽鋼，因此，加工難度非常大。柱塞孔的（de）加工難點是要保（bǎo）證多個柱（zhù）塞孔的空間位置度（dù）和孔的圓柱度。

       ·孔徑小：孔徑為10mm，屬於小（xiǎo）孔加工；

       ·孔深：孔深長150mm，長徑比等於（yú）15，屬於深孔加工（gōng）；

       ·要（yào）求精度高：要求圓柱（zhù）度為0.001/100mm，配合間隙小於0.003mm，屬於典型的精密加工。

       如上圖所（suǒ）示，轉子上沿圓周均勻分布了多個高精度柱（zhù）塞孔（kǒng），目前的加工主要采用鏜孔加（jiā）研磨工藝。由於（yú）鏜孔工藝不可避（bì）免會產生錐度（dù），而且對細長孔加（jiā）工位置度難以保證。

       由於這些（xiē）小直徑深孔且均分布在壁厚方向，不易采用（yòng）工件旋轉刀（dāo）具進給的加工方式，宜采（cǎi）用刀（dāo）具旋轉（zhuǎn）且進給或工件進給的深孔加工方式，因此選用如下加工工藝：

       粗加工（鑽孔、擴孔）→半精加工（鏜孔）→精加工（珩磨）

       說明如下：

       ①粗加工（用較高的生產率去除（chú）大量的加工餘量）采用專用的深孔麻花鑽，並進行特殊的刃磨，以保證良好的分屑（xiè）效果和定心作用。由於孔徑較小，需要超高的主（zhǔ）軸轉速，一般鑽床無法勝（shèng）任。且普通鑽床加工時刀具直（zhí）徑過細造成剛度不足，會使加工後的孔直線度超差，給後續加工帶來困難。因此在加工小深孔時，必須有專（zhuān）業化的（de）小深孔加工（gōng）工具和（hé）深孔機床裝備。

       ②半精加工

       由於該孔直徑（jìng）為Φ10mm，比較適合采用鏜削進行半精加工，進一步提高加（jiā）工精度，為精加工作準備；③精加工（最（zuì）終加工，光整加工，提（tí）高幾（jǐ）何尺寸（cùn）精度、改善（shàn）表麵粗糙度）

       原工藝采用研磨的手工光整手段，效率低，勞動強度大，並需要操作人員具有相當的技巧和經驗，可改進為（wéi）珩磨，利用珩磨頭對工件進行表麵精加工。一般采用臥式珩磨機，珩磨（mó）頭隻作旋轉運（yùn）動，工件作往複運動，由（yóu）塞規式自動尺寸控製裝置保證工件尺寸，尺寸（cùn）精度可達0.005mm，可替代研磨。

       如圖所（suǒ）示需選用加工孔深大於150mm、孔徑涵蓋Φ10mm 的深（shēn）孔加工設備，同（tóng）時（shí）需要達到加工孔的（de）圓柱度小於0.001/100mm，配合間隙小於0.003mm。

       通過（guò）與國外設備廠商的溝通和參觀學習後，在加工作動器的柱塞孔（kǒng）時，采用精密珩磨設備，進行內孔精加工，提高精密深孔的圓柱度和位置度。該（gāi）設備最小可（kě）以磨削Φ0.8mm 的孔，最大可以磨削Φ36mm 的（de）孔，深度可（kě）以達到200mm，粗糙度：Ra0.1～1.6mm；被加工孔圓度<0.001mm。

       3 設備選型需注意的因素（sù）

       選擇加工設備時，應根據被加工工件的材料性能、形（xíng）狀、尺寸（cùn）、加工餘量、精（jīng）度要求以及加工批量等進行選擇。

       3.1 加工工件批量大小及加工工（gōng）件材料

       一般來說，小批（pī）量的易加工材（cái）料，包括碳鋼、一（yī）般合金鋼，不管是軸類還是異型件都可用深（shēn）孔鑽係統進行深孔粗加（jiā）工，該係統刀具采用槍鑽，內冷外排屑。可（kě）方便的配置在普通車床、鏜床等設備上，加工效率及（jí）加工精度遠高於傳統加工方法，適宜於中小批量零件的小直徑深孔（kǒng）加工。選用（yòng）通用性大的、功（gōng）率小的單軸立式珩磨機（jī）床進行精密加工。對於大（dà）批量、高精度、難加工材料的小直徑深孔加工則（zé）要選擇多軸（zhóu）、自動化程度高的專用機床，如多軸珩磨機（jī）。

       3.2 加工工（gōng）件外形、尺寸

       深（shēn）孔加工依據被加工零件的外形又可分為（wéi）回轉軸類深孔加工機床和異型體深（shēn）孔加工機床。

       異型體上的（de）深孔加工一般選擇F\G 係列的（de）三坐（zuò）標深孔鑽床。（F 係列是工作台提供垂直（zhí）方向的移動，行程小，適合小型工件（jiàn）的深孔加工（gōng）；G 係列是機床橫梁提供垂直方向的移動，工作台載重大，上下行程大，適合大（dà）工（gōng）件的深孔加工。）

       3.3 加工（gōng）工（gōng）件的孔徑、加工精度要求及鑽削深度（及長徑（jìng）比）

       對於一般直徑較（jiào）大、孔深較淺的孔來說比較（jiào）適合采用鏜削加工；而（ér）對於直徑較小、孔（kǒng）深較深的（de）孔（直（zhí）徑小於Φ4mm，深徑比≥10）較適合鑽削加工（gōng）。

       3.4 選用加工中心的需求

       當前，由（yóu）於深孔機床的高速發展，小（xiǎo）直徑深孔加工向柔性複合化趨勢發展，即一次裝夾，完成鑽、鏜、車、銑和磨光等多刀工序。能（néng）夠實現高效、精密和集中加工，避免零件多次裝夾誤差。先決條（tiáo）件是必須采用高（gāo）速加工中心，而機床的高（gāo）速化必須滿足下列條件。

       ①配備高速回轉主軸隨著中心（xīn）主（zhǔ）軸的高速（sù）化，已可采（cǎi）用鏜削工具（jù）對孔進行精密加工。小直徑深孔加工需配備動平（píng）衡性能優異的高速主軸。

       ②主軸可直接供（gòng）給冷（lěng）卻液在鑽削（xuē）過程中，加工（gōng）小直徑深（shēn）孔必須特別注意排屑問題，最（zuì）好選用帶供油孔的鑽頭，以便（biàn）進（jìn）行穩定的加工。采用（yòng）由主軸（zhóu）中心供給冷卻（què）液的方式，對於更換卡（kǎ）具的鎖（suǒ）緊螺栓則更為方便。

       ③具有孔（kǒng）加工用CNC 工具插（chā）補功能CNC 切削的特點在於可以進行控（kòng）製工具軌跡的合理加工，在對孔進（jìn）行CNC 切削加工時，可采用螺旋切削、等高走刀、對切等（děng）工具插補方式。

       4 小直徑（jìng）深孔（kǒng）加工技（jì）術的發展趨勢

       從20 世紀70 年代起，美國的零部件製造商（shāng）開始采用（yòng）內孔磨削的方法（fǎ），用漲縮式珩磨加工閥孔，而與之相對應的軸則多（duō）采（cǎi）用配磨的方式以保證配合間隙（xì）。采用珩磨（mó）工（gōng）藝與多次手工研磨的工藝相比，加工質量好，預留餘量少，並且生產能力高。但是（shì），珩（héng）磨也存在著其（qí）局限性。傳統的（de）珩磨加工有產生喇叭口，孔徑尺寸較難控製等問題。

       國外的Single pass 精密孔（kǒng）加工（gōng）技術，也稱整體（tǐ）式珩磨技術，與傳統的珩磨技術相比，具有更高的加工精（jīng）度，更短的加工時間，更少的操作技能以及（jí）更低的加工（gōng）成本，是未來精密深（shēn）孔加工技術的一個重要發展方向。另外，為了適應種類愈來（lái）愈多，加工難度愈來愈大（dà）的小直徑深孔加工，小直徑深孔加工方法已由傳（chuán）統的切削加工方法發展到非傳（chuán）統的切削加工方法，前者是以機械力學為基礎的單刃（rèn）或多刃刀具的切削方法，後者是（shì）以附加能（néng）量（liàng）（如熱切削、低（dī）溫切削、磁化切（qiē）削和（hé）振動切削），附加介（jiè）質（如添加氣體切割或（huò）塗覆（fù）固體潤滑劑切（qiē）削）、高（gāo）速切削、電解切削以及高能束與射流切削技術等[6]。

       傳統小直徑深孔加工采用機械方式去除（chú）多餘材料（liào），具有一些固定缺陷，例如刀（dāo）具材料硬度必須（xū）高於工件硬度，切削力大，工（gōng）件殘留應力，容易變形，勞動強度大，加工環境（jìng）惡劣等。當麵臨航空航（háng）天部件複雜型麵、微元器件，或者工件超硬、超軟、高精度（dù）、高質量、複雜形體機構時（shí），傳統機械加工難以達到要求。

       為此，許（xǔ）多研究者提（tí）出可采用超聲波振動切削的方（fāng）式。目前，正在探索一種應用範圍廣而且工藝合理的超聲波振動切（qiē）削模式，其中包括研究機床的適（shì）應特性等內容。隨著這些問題的順利解決，今後可望更好地實現L/D 值更大（dà）的小直徑深孔加工，鑽削的速度會更快，加工精度（dù）會更高。