1 常見（jiàn）的小直徑深孔加工技術

       1.1 常見的小直徑深孔加工技（jì）術

       ①傳統的鑽、擴、鉸（jiǎo）工藝

       目前孔的加工大部分還是用傳統的鑽、擴、鉸工藝，要求機床主軸轉速高，範圍廣，通常為11000～150000r/min；主軸跳（tiào）動要小（xiǎo），主軸的跳動量應小於1μm；對切削（xuē）抗力變化的反應要敏感，最好配備（bèi）有鑽頭磨損的自動監控係（xì）統；為保證直（zhí）線度、圓度，最好有能相（xiàng）對主軸反向（xiàng）旋轉機構。

       目前研（yán）製（zhì）新型鑽頭仍是該方麵研究的重點。

       ②電火花加工工藝（yì）

       電火花加（jiā）工使用（yòng）高（gāo）速小孔加工機床（帶有導向（xiàng）器，利用細管電極高速回轉，管中通過（guò）高壓工作液）來加工通孔。該方法加（jiā）工效率高，可達到60mm/min，應用範圍（wéi）廣，可（kě）以加工深徑比大的（de）小孔，加工的最（zuì）小直徑為0.3mm，但精度相對較低。

       該方法的主要難點為（wéi）加工中的蝕除產物和熱量不（bú）易排除，一般的（de）衝液方式無法解決這個問題（tí）。未來發（fā）展方向是要采用高速電火花加工技術，一方麵要不（bú）斷用流（liú）動的（de）工作液將蝕除產（chǎn）物自間隙中排除，另一方麵要保持以高電流密度連續正常放（fàng）電。

       ③槍鑽加工工藝

       因最（zuì）早應用於槍管的加工而得名，適用於深孔（kǒng）的加工，一次走刀（dāo）加工出精度較高的孔。工作（zuò）過程中，利用導（dǎo）向條支撐刀具，高壓（一般為3.4～9.8 MPa）切削液從鑽頭的進油孔送到切削區進行冷卻、潤滑，並幫（bāng）助排屑，然後將切削與切（qiē）削液（yè）順著V 形槽排入油（yóu）箱中。

       槍（qiāng）鑽的加工精度（dù），視不同的被（bèi）加工材料和選用不（bú）同的切削（xuē）用量可以一次加工出精度很高的孔，孔徑精度可以達到IT7 以上，粗糙度可以達（dá）到Ra6.3～0.4μm，直線度最高可以達到0.1/1000。

       ④線切割加工工藝

       通過線狀工具電極和工件（jiàn）電極的相對運動，對工件進行脈衝放電加工。控（kòng）製電極絲的走動速度可獲得較低的表麵粗糙度，較高的尺寸精度、形狀精度和位置精（jīng）度，但是該方法（fǎ）需要預加工穿絲孔。

       1.2 小直徑深孔精加工技術

       小深孔精加工又稱為深（shēn）孔的二次加工。在鑽孔或擴孔之後，如果達不到規定（dìng）的精度或粗糙度要求（qiú），就需要（yào）采（cǎi）用深孔（kǒng）精加（jiā）工技（jì）術進行二次加工甚至更多次數的加工。通常（cháng），航空（kōng）機載行業中（zhōng）的作動器、伺服閥等零件均需要二次精加工。其加工精度為IT9～IT5 不等，孔加工粗糙度Ra 一般要求在1.6～0.2μm。

       除少數（shù）盲深（shēn）孔零件外，二次加工的特點是（shì）在已有通（tōng）孔的（de）基礎上進行加工。因此，排屑不再成（chéng）為主（zhǔ）要障礙，排（pái）屑（xiè）的方式也皇現（xiàn）多樣（yàng）化，刀具的種（zhǒng）類和切（qiē）削齒數也（yě）不拘（jū）一（yī）格（gé）。但由於二次加工仍然是在孔的封（fēng）閉內腔中進行的，加之受工件長度、零件（jiàn）結構、孔徑尺寸、工件剛度和刀杆剛度等因素的影響，所以小深孔二次加（jiā）工的難度仍然遠高於淺孔的精加工。

目前小深孔精密加工（gōng）所采用的常（cháng）用方法主要包括研磨加工、珩磨加工等。

       研磨加工是使用研（yán）具和遊離的磨（mó）料進行微（wēi）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工。該方法（fǎ）可（kě）獲得很高的尺（chǐ）寸（cùn）精度、形狀精（jīng）度、位置精度和較低的（de）表麵粗糙度。該方（fāng）法的缺點有：①效（xiào）率低，勞動強度大，並需要（yào）操（cāo）作人員具有相當的技巧（qiǎo）和經驗（yàn）；②它的尺寸分散性（xìng）大；③容易在（zài）孔的兩（liǎng）端產生研磨喇叭口；④研磨中的磨粒會在孔的窗口、環（huán）槽（cáo）、直槽等處造成破壞，形成研磨淺灘；⑤研磨中使用（yòng）的研磨（mó）膏（gāo）對（duì）零件的清洗是個大問題，研磨膏常常難（nán）於清洗（xǐ）幹（gàn）淨，清潔度經常超過標準。新的研磨方法成為目前研究的重點，例如超聲振動研磨（mó），液（yè）體擠（jǐ）壓研磨等。

       珩磨是從磨削（xuē）發展起來的精整（zhěng）加工手段，可以使加（jiā）工表麵的幾何精度、形狀公差、表麵粗糙（cāo）度都得到極大改善。珩磨（mó）加工是以固結磨粒壓力進行切削的光整加工方法。一般工件（jiàn）固定，珩（héng）杆相對於工件作回轉和（hé）往複運動，在徑向珩杆可脹縮（suō）壓緊工件（jiàn）。可加工的範圍為直徑1～1200mm，孔長1200mm，加工精度可以到（dào）0.1μm，最高表麵粗糙度可達（dá）Ra0.01μm。珩磨所使用的設備，可以是專（zhuān）業（yè）設備，也可以是車床、鑽床或鏜床等普通機床設（shè）備的改裝。

       2 小直徑深孔加工技術在航空（kōng）機載行業中的應用

       2.1 航空機載行（háng）業中小直（zhí）徑深孔加工技術簡介

       航空機載行（háng）業中電液伺服閥閥套內（nèi）孔、各（gè）類飛行器（qì）的作動筒內孔就屬細長孔，其深徑比大，精度要求高。加工時所用的（de）刀杆、砂輪杆、研磨杆等均（jun1）屬（shǔ）細長杆，其剛性差，不能承受較大的切削力，很容易彎曲變形和磨損；此外，電液伺服閥閥套內（nèi）孔孔壁有很（hěn）多徑向圓孔、方孔或環槽，給內孔的精加工更是增加了（le）難度。

       以下是某（mǒu）型閥（fá）套內孔現有的加工工藝流程：

       麻花鑽鑽孔→鏜孔→鉸孔→淬火→精密線切割→研磨棒研孔

       該內孔加工的難點（diǎn）在於半精（jīng）加工、精加（jiā）工時采用的精密線切割校正直（zhí）線度，然後（hòu）采用研磨工藝，由（yóu）於受研（yán）磨套加工精度和剛度限製（zhì），圓柱度一直在0.003/100mm 左右，且製造成本較高。

       2.2 應用舉例

       在為航空機（jī）載製（zhì）造廠選用深孔加工設備時，加工零件的材質、結構特征（zhēng）以及精度都是應該注意的，同時要選擇合適的工藝方法。

       如（rú）某作動（dòng）器，為了簡化結構，作動器中采用精密深盲孔的結構較多。該作動器的工作壓力將達33MPa 以上，在保證偶（ǒu）件運動靈活性的同時（shí），要求保證最小（xiǎo）的泄露，甚至零泄露。在這種情況下，要求（qiú）偶件孔（柱塞孔）的圓柱度小於0.001/100mm，配合間隙小於0.003mm，表麵粗糙度Ra0.4μm。軸向柱塞泵轉（zhuǎn）子（zǐ）結構示意圖和軸向柱塞泵轉子立體（tǐ）圖分別參見圖1 和2 所示。

       該作動器用的柱塞泵和民用柱塞泵（bèng）區（qū）別很大，高可靠性、高強（qiáng）度、大流量的要（yào）求，決定了（le）其材料幾乎全為高強度（dù）不（bú）鏽鋼，因此，加工難度非常大。柱塞孔的加工難點是要保證多（duō）個柱塞孔的空間位置度和孔的（de）圓柱（zhù）度（dù）。

       ·孔徑小：孔徑為10mm，屬於小孔加工；

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

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

       如上圖所示，轉子上沿（yán）圓周均（jun1）勻分布了多個高精度柱塞孔，目前的加工主要采用鏜孔加研磨工藝。由於鏜孔工藝不可避免會產生錐度，而且對細長孔加工位置度難以保證。

       由於這些小（xiǎo）直徑深孔且均分布在壁厚方向，不易采用工件旋轉刀（dāo）具進給的加工方式，宜采用刀具旋轉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（kǒng）、擴孔）→半精加工（鏜孔（kǒng））→精（jīng）加工（珩磨）

       說明如下：

       ①粗加工（用較高的生產率去除大量的加工餘量）采用專（zhuān）用的（de）深孔麻花鑽，並進行特殊的刃磨（mó），以保證良好的分屑效果和定（dìng）心作用。由於孔徑較小，需要超高的主軸轉速，一（yī）般（bān）鑽床無法勝任。且（qiě）普通鑽床加（jiā）工時刀具直徑過細造成剛度不足，會使加工後的孔直線度超差（chà），給後續加工（gōng）帶來困難。因（yīn）此在加工小深孔時，必須有專業化（huà）的小深孔加工工具和深（shēn）孔（kǒng）機床裝備（bèi）。

       ②半精加工

       由於（yú）該孔直徑為Φ10mm，比較適合采用鏜削進行半精加（jiā）工，進一步提（tí）高加（jiā）工精度，為精加工作準備；③精加工（最終加工，光整加工（gōng），提高幾何尺寸精度、改善表（biǎo）麵（miàn）粗糙度）

       原工藝采用研磨的手工光整手段（duàn），效（xiào）率低（dī），勞動強度大，並需要操作人員具有相當的技巧和經驗（yàn），可改進為珩磨，利用珩磨頭對工件進行表麵精加工。一（yī）般采用臥式珩磨（mó）機（jī），珩（héng）磨頭隻作旋轉運動，工件作往複運動（dòng），由塞規式自動尺寸控製裝置保證工件尺寸，尺寸精度可達0.005mm，可（kě）替代研磨。

       如圖所示需選用加工孔深大於（yú）150mm、孔徑涵蓋Φ10mm 的深孔加工設備，同時需要達到加工孔的（de）圓柱（zhù）度小於0.001/100mm，配合間隙小於0.003mm。

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

       3 設備選型需注意（yì）的因素

       選擇加工設（shè）備時，應根據被加工（gōng）工件的材料性能、形狀、尺寸、加工餘量、精度（dù）要求以及加工（gōng）批量等進行選擇。

       3.1 加工工件批（pī）量大小及加工工件材（cái）料

       一般來說，小批（pī）量的易加工材料，包（bāo）括碳鋼、一般合金鋼，不管是軸類還是異型件都可用深孔鑽係統進行深孔粗加工，該係統刀具采（cǎi）用槍鑽（zuàn），內（nèi）冷外排屑。可方便的配置在（zài）普（pǔ）通車床、鏜床等設備上，加工（gōng）效率及加工精（jīng）度遠高於（yú）傳統加工方法，適宜於中小批量零件的小直徑深（shēn）孔加工（gōng）。選用通用性大的（de）、功（gōng）率小的單軸立式珩磨機床進行精密加工。對於大批量、高（gāo）精度、難加工材料的小直徑深（shēn）孔（kǒng）加（jiā）工則要（yào）選擇多軸、自動化程度高的專用機床，如多軸珩磨（mó）機（jī）。

       3.2 加工（gōng）工（gōng）件外形、尺（chǐ）寸（cùn）

       深孔加工依（yī）據被加工零件的外形（xíng）又可分為回（huí）轉軸類深孔加工機床和異型體深孔加工機床。

       異型體上的深孔加工一般選擇F\G 係列的三坐標深孔鑽床。（F 係列（liè）是工作台提供垂直方向的移動，行程小，適合（hé）小型工件的深孔加工；G 係列是機床橫梁提供垂直方向的移動，工（gōng）作台載重大，上下行程大，適合大工件的深孔加工。）

       3.3 加工工件的孔（kǒng）徑、加工精度要求及鑽削（xuē）深度（及長徑比）

       對於一般直徑（jìng）較大、孔深較淺的孔來說（shuō）比（bǐ）較適合采用鏜削加（jiā）工；而對於直徑較小、孔深較深的孔（直徑小於Φ4mm，深徑比≥10）較適合鑽削加工。

       3.4 選用（yòng）加工中心的需求

       當前，由於深孔機床的高（gāo）速發展，小直徑深孔（kǒng）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（guāng）等多刀工序。能（néng）夠實（shí）現高效、精密和集中加工，避免零件多次裝夾誤差。先決（jué）條件是必須采用高速加工中心，而機床的高速化必須滿足（zú）下列條件（jiàn）。

       ①配備（bèi）高速回轉（zhuǎn）主軸隨著中心主（zhǔ）軸（zhóu）的（de）高速化，已可（kě）采用鏜削工具對孔進行精密加工。小直徑深孔加工需配備動平衡性能優異的高速主軸。

       ②主軸（zhóu）可直接供給冷卻液在鑽削過程中，加工小直徑深孔（kǒng）必須特（tè）別注意排屑（xiè）問題，最好選用帶（dài）供油孔的鑽頭，以便進行穩定的加工。采用由主軸中心供給冷卻液的方式（shì），對於更換卡具的鎖緊螺栓（shuān）則更（gèng）為方便。

       ③具有孔加工用CNC 工具（jù）插補功能CNC 切削的特（tè）點在於可（kě）以進行控製（zhì）工（gōng）具軌跡的合理加工，在對孔進行CNC 切削加工時，可采用螺旋切削、等高走刀、對切等工具插補（bǔ）方式。

       4 小直徑深孔加工（gōng）技術的發展趨勢

       從20 世紀70 年代起，美國的（de）零部件製（zhì）造商開（kāi）始采（cǎi）用內孔磨削的方法，用漲縮（suō）式珩磨加工閥孔，而與（yǔ）之相對應的軸則多（duō）采（cǎi）用配磨的方式以保證配合間隙。采用珩磨工（gōng）藝與（yǔ）多次（cì）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（lì）高。但是，珩磨也存在著其局限性。傳統的珩磨加工有產生喇叭（bā）口，孔徑尺寸較難控製等問題。

       國外的Single pass 精密（mì）孔加工技術，也（yě）稱整體式（shì）珩磨技術，與（yǔ）傳統的珩磨技術相比，具有更高的（de）加工精（jīng）度，更短（duǎn）的加工時間，更少的操作技能（néng）以及更低的（de）加工成本，是未來精密深孔加（jiā）工技術的一個重要發展方向（xiàng）。另外，為了適應種類（lèi）愈來愈多，加工難度愈來愈大的小直徑深孔加工，小直（zhí）徑深孔加（jiā）工方法已由傳統的切削加（jiā）工方法發展（zhǎn）到非傳統的（de）切（qiē）削加工方法（fǎ），前者是以機械（xiè）力學（xué）為（wéi）基礎的單刃或多刃刀具的切削方法，後者是以附加能量（如熱（rè）切（qiē）削、低溫切（qiē）削、磁化切削和振動切削），附加介質（如添加氣體切割或塗覆固體潤（rùn）滑劑切削）、高速切削、電解切削以及高能束與射流切削技術等[6]。

       傳統（tǒng）小直徑深孔加工采用機械方式（shì）去除多餘材料，具有一些固定缺陷，例如刀具材料（liào）硬度（dù）必須高（gāo）於工件（jiàn）硬度，切削力大，工（gōng）件殘留應力，容易變形，勞動強度大（dà），加工環（huán）境惡劣等（děng）。當麵臨航空航（háng）天部（bù）件複（fù）雜型麵、微（wēi）元（yuán）器件，或者工件超硬、超軟、高（gāo）精（jīng）度、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，許多（duō）研究者提出可采（cǎi）用超聲波振動切削的方式。目前，正在探索（suǒ）一種應用範（fàn）圍廣而且（qiě）工藝合理的超聲波振動（dòng）切削模式，其中（zhōng）包括研究機床的（de）適應特性等內容。隨著這些問題的順（shùn）利解決（jué），今後（hòu）可望更好地實現L/D 值更大的小（xiǎo）直徑深（shēn）孔加工，鑽（zuàn）削的速度會更快，加工精度會更高。