一、微細（xì）深孔加工概述

       由於（yú）工業產（chǎn）品不斷向輕（qīng）、薄、短、小的（de）方向發展（zhǎn）, 其組成零件也越（yuè）來越小形化和精密化: 因而（ér）,更細小, 更高精密的微細（xì）深孔加工便應運而生。在工藝微細深孔的加工是屬於機械加（jiā）工中, 難於加工的一部分, 國內外都在探索中。

       微細深孔廣眨應用在汽車、摩托車的燃料噴油嘴,化纖工業的噴絲（sī）頭, 醫（yī）學用針, 流體靜壓軸承的節（jiē）流噴嘴（zuǐ）以及某些鍾表與照相機零（líng）件（jiàn）上。近期, 隨著工業產品的（de）發展, 高新技術的（de）突（tū）飛猛進, 其需要更趨多元化,甚至能（néng）代替電子工業（yè）中印刷電（diàn）路基板上的鑽孔, 以及應用在光纖電纜的聯結器上（shàng）。

       微細深孔加工（gōng）方法比較多, 歸納起來主要有高速鑽孔（kǒng）、電火花加工、激光打孔以及（jí）超聲（shēng）波加工等方祛. 電火花加工（gōng）雖然不必打中心孔和（hé）去毛刺, 但因放電間隙以及電極的損（sǔn）耗等（děng）因素, 孔口倒圓嚴重, 孔（kǒng）的錐度（dù）、圓（yuán）度和孔徑精度都較差, 且（qiě）單（dān）孔加工時間（jiān）較長（zhǎng）,加工Φ0. 2 5 x 2 m m 的小孔需要時間約為5 0s 。為提高小孔的質量和工作（zuò）效率, 必須采用昂貴的多頭專用機床同時（shí）加工; 高速（sù）鑽孔通常采用打中（zhōng）心孔— 鑽孔一擴孔三個工序(或工位) 這種高速鑽孔在加（jiā）工精度上優於電（diàn）火花加工, 單孔加工時間（jiān）也較電火花加工時間短得多, 其缺（quē）點（diǎn）是無法避免產生毛（máo）刺; 激光打孔就是使材（cái）料局部加熱（rè）, 進行非接觸加工（gōng）, 它與超聲被加工一樣, 適用於各（gè）種難於加工材（cái）料的加工, 如（rú）金（jīn）剛石, 陶瓷、硬（yìng）質合金等, 但其所加工（gōng）的孔的幾何精度和形位精度都不（bú）如高速鑽孔, 其排屑也是很困難,目前人（rén）們仍在探索。

       用鑽頭進行高速鑽削微細深（shēn）孔, 是比較經濟的,而且精度大多較（jiào）高. 最近, 在飛速發展的電子（zǐ）及空間工業中, 為適應各種機器（qì）的高性能、小型化以及提高可靠性, 這種加工方法正受到人們越來越多的重（chóng）視適用於（yú）微細深孔鑽削加工的機床也應運而生。日本叮田鐵工所生（shēng）產的全自動（dòng）鑽床“Mic ro -h ol e ” , 在80 年代初期獲得日本（běn）專利（lì）, 精度高, 操作方便, 在國際上享有很高的聲譽。

       二、鑽頭扭矩檢測器及鑽（zuàn）頭磨損（sǔn）的監（jiān）控（kòng）係統

       如“M jcr o-H o le ” 全自動鑽床（chuáng）充分（fèn）考慮了在微細深孔（kǒng）加（jiā）工中, 鑽頭的（de）受力狀態, 機床本身的振動以及（jí）加工過程（chéng）中的排屑等影響鑽（zuàn）削性能的諸多因素, 在機床上設計了“扭（niǔ）矩檢（jiǎn）測器” 以及“鑽（zuàn）頭磨損的監控係統（tǒng）” 。一旦鑽頭（tóu）所受扭矩超過預先選定的扭矩值, 進給係（xì）統就停止進給, 鑽頭退回（huí）到開始切削時位置, 接著重（chóng）新進行鑽削加工, 直至完成（chéng）加工整個微孔。

       扭矩檢測器的特點是：

       1 可（kě）以無級地選擇（zé）適當的扭矩值. 如果鑽頭過（guò）載, 鑽頭（tóu）可以迅速返回預先設定的位置以（yǐ）清理鑽頭上（shàng）的切（qiē）屑, 然（rán）後, 鑽頭再自動快速前進, 這（zhè）種自動工作循環將重複進行直至鑽孔完成。

       2.可（kě）以防止鑽（zuàn）頭早（zǎo）期斷裂（liè）。

       3.在操作中, 利用帶預置計數器的報警裝置, 記錄鑽（zuàn）頭後退的次數。當鑽頭的後退次數達到預先選取的值（zhí）時, 報警裝置（zhì）發出報警（jǐng）信號, 停止操作, 進行檢查, 這樣可以了解到:

       (1) 鑽頭的磨損值;

       (2)切削油是否適應;

       (3) 鑽頭尖頂與刃角的幾何結（jié）構（gòu）是否合適（shì）;

       (4 ) 加（jiā）工材料的切Al 性能。

       因而, 該機床憑借其扭（niǔ）矩檢（jiǎn）測器的作用, 可鑽出高質量的微細深孔, 該設備在鑽削傳統方法難以鑽孔的材料時更具（jù）適用性。

       三（sān）、微細深孔的加工

       一般微（wēi）細深孔加工（gōng）的特點是:

       1. 因（yīn）為線速度低, 雖然機床作（zuò）高（gāo）速旋轉, 但由於鑽頭（tóu）直徑很小, 所以線速度（dù）仍較低（dī）。因而, 要達到比（bǐ）較大的（de）線速度, 隻有提高鑽頭的轉速.

       2 . 刀具（jù）由於剛性較（jiào）差, 工作時易彎（wān）曲、折斷, 因此刀具壽命短。

       3.刀（dāo）具係統的偏擺和機床本身的振動, 使孔的入口擴大。

       4.由於孔徑極小, 切屑不易排出, 切削油不易達（dá）到鑽頭端部, 以及刀具形狀特殊等等。

       加工中鑽頭（tóu）發生折損, 幾乎都是因（yīn）為“扭轉” 導致疲勞（láo）所至, 因此, 要防止鑽頭折損, 必（bì）須針對加工條件的變化, 在扭矩達到某（mǒu）一極（jí）限值時卸去鑽頭所承受的載荷(扭矩), 並令其後退. 而要實現這一功能（néng）, 就必須采用扭矩檢測器以及相應的階段退刀機構, 如 “Mic ro -H ol e’ 全自動鑽床就裝備有這種扭矩（jǔ）檢測器和階段退（tuì）刀機構, 其工（gōng）作過程為:

       (1) 指（zhǐ）令（lìng）加工過程開始;

       (2) 指令調（diào）整主軸轉速（sù）, 並使鑽頭主（zhǔ）軸快（kuài）速前進到預先設置的進給點, 等特切削開始(見圖la

       (3) 指令鑽頭主軸, 以切削進給速（sù）度（dù）前進, 對工件進（jìn）行（háng）鑽削加工(見圖lb) 。其切削（xuē）進給速度是利用容積式的無級變速.

       (4) 鑽削加工開始後（hòu）以及加工過程中, 扭矩檢（jiǎn）測器開始運行, 監控鑽（zuàn）頭上所承（chéng）受（shòu）的負（fù）荷(扭矩), 一旦鑽頭所承受載荷接（jiē）近預定的值時, 扭矩檢測（cè）器發出信號, 使鑽頭主軸瞬間快速後退（tuì）到開始切削（xuē）的進（jìn）給點(見圖1c ), 扭矩的選擇是甲」用一個可變（biàn）的刻度盤, 它是針對如. lm m 的鑽頭（tóu）設置的。

       (5 ) 為（wéi）了縮短空切削時間, 鑽頭主（zhǔ）軸在到達切削進給點之前, 鑽（zuàn）頭在采取快速後退之後, 然後再快速前進到切削加工處, 其中切削（xuē）進給點的位置可變(見（jiàn）圖Z a ) 。

       (6) 鑽頭主軸在快速前進到原切削加工處之前,防止衝撞（zhuàng）孔底的機構啟動, 階段位置自動記憶裝置開始記錄, 當（dāng）鑽頭主軸到（dào）達已鑽成（chéng）的孔底前幾毫米時,以切削進給速度前進（jìn）, 繼續上（shàng）一次的鑽孔加工, 防止衝（chōng）撞（zhuàng）孔底的機構可以微調防止衝撞的間隔(見圖Zb)。

       (7）力在後續的鑽孔切（qiē）削加工中, 若扭矩檢測器發出信號時, 則重複前麵快速後退至切（qiē）削點、卸去過載後, 再（zài）繼續進行鑽削加工。其中每段的切削進給速度的起點可以變化, 階段位置自動記憶（yì）裝（zhuāng）置能記錄下階段數(見圖Z e ).

       (8) 在加工過程中, 監控鑽頭磨損以及鑽頭後退次數的報警裝置一直（zhí）處於執行狀態, 當發出（chū）更換鑽頭的信號時, 同時發出停止機械運動的警報, 並更換鑽頭以及檢查其它影響機（jī）床停止（zhǐ）運轉的原因, 使機（jī）床恢（huī）複正常(見（jiàn）圖3a ).

      (9 ) 加工（gōng）完成後, 快速退回到開始加工（gōng）位置。鑽頭終了位置可以微調(見圖3b) 。

      通（tōng）過上（shàng）述加工過程可以看出, 利用在扭矩（jǔ）檢測器預（yù）先（xiān）選用鑽頭的韌性的允（yǔn）許值範圍內的扭矩值, 可以隨時監（jiān）視孔在切削中鑽頭所承受（shòu）的負荷。一（yī）旦鑽頭的（de）切削性能降低, 負荷逐漸達到設定的扭矩值, 則檢測器立即指令, 而使（shǐ）鑽頭後退, 即可以防止鑽頭的（de）疲勞和折斷。另外在孔開始彎（wān）曲時, 切削（xuē）造成矩增大（dà）,扭矩檢測器同樣（yàng）可以接收到（dào）孔的彎曲程度。在校正最初彎曲孔開始, 改進切削工（gōng）藝參數, 也能防止加工（gōng）孔的彎曲.

      利用翅矩檢測器, 也可檢測到塞滿孔內（nèi）的切屑所造成（chéng）的過載, 在（zài）階段後退的同時, 將切屑除去, 並且在鑽頭再進入孔內（nèi）時, 可（kě）使（shǐ）切（qiē）削油注入孔的端部, 提高加工（gōng）效率.

      微細（xì）深（shēn）孔加工, 鑽頭本身的形狀較一般（bān）的鑽孔加工影響大, 如側隙角（jiǎo）, 螺旋角、鑽角（jiǎo）以及靜點（diǎn）的位置等都是很重（chóng）要的因素。所謂靜點就是不切削的死（sǐ）點.該點位置（zhì）的（de）不同, 對鑽（zuàn）頭折斷和加工形態的影響很（hěn）大,靜點在中心時, 會（huì）發生下列現象（xiàng）:

      ①孔越（yuè）深, 越難切入工件內.

      ② 加工孔徑與鑽頭（tóu）直徑過度緊密（mì）, 易發生（shēng）粘滯現象。

      ③孔的（de）內壁與鑽頭摩擦, 易變成鱗片狀。

      ( 10 ) 要（yào）解決上述問（wèn）題, 在微細深孔加工中（zhōng）, 直徑1. 0m m 以下的鑽尖應偏離中心約為鑽頭直徑的5 萬( 見圖4 ) , 這是因為:  鑽頭可以形成二片切（qiē）削刃參（cān）與切削作用, 使切

      削阻力及摩擦陽力減小 , 在相同的轉速、切（qiē）削進給速度（dù）的條件下, 可以改善切削性能, 減少階段後退的次數, 降低加工時間。工件的孔底（dǐ）留有一個小凸台, 可以起到導向作用, 加工完成後的孔的（de）圓度以及圓（yuán）柱度都較好。

      使用（yòng）“Micr o -ho le’, 全自動鑽床、數控（kòng）自動（dòng）高速鑽床或自動車床（chuáng）連續打孔時, 如何恰當（dāng）地判斷鑽（zuàn）頭折損或磨損而（ér）引起精度及鑽頭壽（shòu）命下降等現象, 也是非常重要的內容（róng）之一。

      一般（bān）情況下, 判斷鑽頭壽命的依據為: 鑽孔所（suǒ）要消耗的動力, 鑽孔的阻力, 鑽孔（kǒng）時的（de）發熱情況以及加工精度和孔壁的狀況等（děng）等。然而實際上多數情況下（xià）是根據一個鑽頭能鑽孔的數量來確定的。因此, 需要了解鑽頭（tóu）的磨損與鑽孔阻力變化的情況; 假如能事先掌握鑽頭的磨損（sǔn）及鑽孔阻力與加工完成的孔數及孔壁表麵質量的關（guān）係, 那麽就能估（gū）計鑽頭的使用壽（shòu）命. 圖5 是鑽削加工多層印刷電路板時, 隨著打孔數星的增加, 鑽頭的磨損與鑽孔阻力（lì）變化的關係曲線。 ( 注: 圖5 中右側縱座標的單位: 力矩（jǔ）為x 10 N m 推（tuī）力單位（wèi）為（wéi）kN ) 。

      四、微細深孔的加工實例（lì）

      印刷電路基（jī）板上（shàng）的鑽孔加（jiā）工, 有很多技術難題急特（tè）繼續研究和解決, 火期提高印（yìn）刷電路板所要求的功能, 然而其最終目的還在於提高孔的加工質星, 以不損傷印刷電路板上的環（huán）氧（yǎng）化物, 提高孔內e主的光潔度以汲使孔徑極小化。孔徑極小化是提高扣0lJ 電路板配線密度（dù）的重要技術, 因此, 為在（zài）印刷電E幾板上進行微細加工提出了更高的（de）要求和新的研究課題。圖6 所示為多層印刷電路板（bǎn）上微孔加（jiā）工, 它所用材料是（shì）玻琅環氧樹脂銅箔多層板, δ= 1. 6m m , 要求用3 張板重疊在（zài）一起一次加工完成, 孔數為20 0 個。由（yóu）於高密度的印（yìn）刷電路配（pèi）線板的（de）線寬隻有數十微米, 且聽鑽孔的間距又非常（cháng）小, 故要求孔的垂直度、圓（yuán）柱度、圓度等形位誤差, 應控製在數卞微米以內, 為了（le）實現如此高精度（dù）要求的加工, 加工印刷電路基板所用的數控機床的位置精度及主軸振動（dòng）應控（kòng）製在十微米以內。另外對於鑽頭而言, 也應仔細考慮其形狀精度、尺寸（cùn）及鑽頭所（suǒ）用材料等.因此針對圖6 加工, 所選（xuǎn）鑽頭直徑（jìng）為如Φ0. 4m m , 溝長（zhǎng）為6 . 5 m m , 鑽孔（kǒng）深度為4 . 8m m , 主軸的進給切削速度為1. 4m / m i n , 轉速為7 0 0 0 0 r/ mi n .