0 前言

在航空產(chǎn)品中，結(jié)構(gòu)重量是衡量產(chǎn)品性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。為了提高產(chǎn)品的指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，在滿足其他性能指標(biāo)的前提下，會(huì)盡可能的壓縮結(jié)構(gòu)尺寸以追求更輕的產(chǎn)品。壓縮結(jié)構(gòu)尺寸可以有效地減輕結(jié)構(gòu)重量，但帶來的問題就是產(chǎn)品零件變小，更小的零件意味著零件上各種特征的尺寸也會(huì)變得更小，對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械加工來說，尺寸過大或過小的零件特征都是加工中的難點(diǎn)。

在零件的各種特征中，孔是較難加工的一種。由于孔本身的特殊結(jié)構(gòu)，在加工中存在排屑不暢、冷卻潤滑不及時(shí)等各種問題，容易在加工中出現(xiàn)孔內(nèi)壁糙度差、孔軸線直線度差、孔橫截面圓度差、孔直徑尺寸精度差，孔定位尺寸精度差等各種問題，常常成為零件質(zhì)量問題的高發(fā)點(diǎn)，尤其是對(duì)于長徑比比較大的孔，加工難度較一般孔更大。

由于產(chǎn)品的各種限制，實(shí)際設(shè)計(jì)出的零件往往是上面兩種加工難點(diǎn)的疊加，即長徑比大的小孔。當(dāng)前，國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展出了很多新的加工方法可以完成此類小孔的加工，如激光、電腐蝕、高能粒子束等加工方法，均可以比該孔直徑更小、長徑比更大的孔的加工。但這些加工方法均存在加工效率低和加工成本高的問題，傳統(tǒng)的機(jī)械加工雖然沒有新方法的加工能力強(qiáng)，無法完成許多有極端要求的特征的加工，但在加工成本和加工效率方面相比較于這些新方法卻占有很大的優(yōu)勢(shì)。因此如果可以發(fā)掘傳統(tǒng)機(jī)械加工的潛力，拓展傳統(tǒng)機(jī)械加工的適用范圍，就可以完成一些要求比較苛刻的零件的加工，為零件生產(chǎn)降低加工成本和提高加工效率提供了有效的解決方法。

車削加工是一種傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是加工回轉(zhuǎn)體時(shí)圓度特別好，因此很適合加工孔或軸等回轉(zhuǎn)體特征。本文以實(shí)際加工案例為范例，討論了如何使用車削加工完成長徑比為 12.3的 準(zhǔn)1.5 mm 小孔的加工，并據(jù)此探討在加工大長徑比的小孔時(shí)需注意的事項(xiàng)以及可采用的一些方法。

1、加工難點(diǎn)分析

1.1 排屑問題

排屑是機(jī)械加工中的一個(gè)重要問題，及時(shí)排出切屑，可以方便刀具繼續(xù)對(duì)零件材料進(jìn)行切削，提高加工效率。機(jī)械加工行業(yè)經(jīng)過長期發(fā)展，絕大部分加工過程，如車、銑、刨等，無論是刀具的排屑槽，還是機(jī)床斷屑器，加工過程中都有了比較完善的排屑措施，日常加工中基本可以不用單獨(dú)考慮排屑的問題。但在此次孔的加工過程中，排屑不暢的問題非常嚴(yán)重。主要原因是鉆孔加工與其他加工，如和車削外圓相比最大的不同，就是孔的直徑限制了刀具的尺寸。對(duì)于該孔的加工，使用鉆頭的直徑只能選擇準(zhǔn)1.5 mm。鉆頭直徑限制了鉆頭上的排屑槽深度很小，再加上鉆頭鉆孔過程中鉆頭和孔內(nèi)壁緊密貼合，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的切屑必須完全依靠排屑槽排出，如果孔內(nèi)的切屑不能及時(shí)排出，不僅影響鉆進(jìn)效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生孔內(nèi)事故。主要是因?yàn)橛捎阢@頭直徑太小，導(dǎo)致鉆頭的強(qiáng)度小、剛性差，加工過程中產(chǎn)生的切屑如果不能及時(shí)排出，切屑夾在鉆頭和零件之間，會(huì)對(duì)鉆頭產(chǎn)生擠壓，由于鉆頭剛性差的原因，稍微對(duì)鉆頭產(chǎn)生的擠壓就會(huì)造成鉆頭折斷，輕則造成鉆頭報(bào)廢，重則會(huì)使斷掉的鉆頭與零件“咬死”而造成零件報(bào)廢。

機(jī)械加工過程中，切削液的沖洗對(duì)排屑也起了非常大的用處。但在該加工過程中，切削液也無法有效沖洗到加工面。該情況將在 1.2 切削熱問題部分進(jìn)行詳述。

 1.2 切削熱問題

機(jī)械加工過程中，切削液的沖洗有兩個(gè)作用，一是對(duì)加工刀具和材料進(jìn)行降溫，二是沖走加工后產(chǎn)生的切屑。一般條件下，機(jī)械加工過程中會(huì)使用盡可能大流量的切削液對(duì)加工部位進(jìn)行直接沖洗，但在該零件加工鉆孔過程中，切削液無法有效沖洗到加工部位。主要原因是因?yàn)榭椎闹睆胶苄?，鉆頭直徑也很小，該尺寸的鉆頭沒有中央出水的類型，而在加工過程中鉆頭緊密貼合孔內(nèi)壁，因此切削液要進(jìn)入加工部位必須通過排屑槽進(jìn)入。但由于鉆頭直徑太小，鉆頭上的排屑槽深度也很淺，導(dǎo)致冷卻液很難進(jìn)入小孔內(nèi)部，無法實(shí)時(shí)對(duì)切削刃進(jìn)行冷卻，容易造成切削刃升溫過快造成鉆頭刀刃磨損甚至燒毀鉆頭。

1.3 鉆頭強(qiáng)度問題

鉆頭的結(jié)構(gòu)為細(xì)長型，長徑比很大，所以鉆頭的強(qiáng)度一般都不高，并且在實(shí)際使用過程中強(qiáng)度會(huì)隨著刀具伸出長度的增加而進(jìn)一步下降，鉆削加工又屬于切削力較大的加工方式，所以在加工前選擇鉆頭時(shí)要特別注意鉆頭強(qiáng)度是否能夠滿足加工要求。

鉆頭的強(qiáng)度和鉆頭的直徑正相關(guān)，小鉆頭直徑小，并且鉆頭上還有排屑槽，會(huì)使鉆頭的強(qiáng)度進(jìn)一步降低，使鉆頭在加工過程中無法承受較大的切削力或其他沖擊力，如果使用不當(dāng)，比如鉆孔過程中進(jìn)給速度過快，很容易在加工過程中發(fā)生鉆頭折斷的情況。

1.4 精度問題

在車床上鉆削小孔的過程中，零件軸線和鉆頭軸線的同軸度對(duì)加工的影響很大，如果因?yàn)榫鹊脑?，造成零件軸線和鉆頭軸線不在同一條線上，加工過程中鉆頭會(huì)承受很大的徑向力，尤其是鉆頭剛鉆入時(shí)，此時(shí)不同軸會(huì)造成鉆頭接觸零件不均勻，會(huì)給鉆頭施加很大的徑向力，而此時(shí)鉆頭懸空長度是最長的，也就意味著此時(shí)鉆頭的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是最弱的，這也成為鉆孔時(shí)鉆頭折斷的高發(fā)點(diǎn)。

2、 改進(jìn)方法與措施

2.1 多退刀，勤排屑

切屑對(duì)加工過程影響很大，由于鉆頭直徑小，鉆頭上的排屑槽也很淺，排屑能力弱，如果光靠排屑槽進(jìn)行排屑無法滿足穩(wěn)定加工的要求，加工過程中必須通過退刀的方式，使鉆頭完全退出孔以徹底排出切屑。數(shù)控車床可以通過編制數(shù)控加工程序?qū)庸み^程進(jìn)行精確控制，以哈挺數(shù)控車床為例（數(shù)控系統(tǒng)為 FANUC），控制系統(tǒng)中內(nèi)置了一種點(diǎn)鉆的加工方式用以解決此問題。該程序語句為：G1101 W（）F（）Q（）P（）B（）L（），在鉆孔程序中使用該語句進(jìn)行加工，機(jī)床就可以每次步進(jìn)一定深度后自動(dòng)退出刀具進(jìn)行排屑[1]。

需要注意的是，由于刀具排屑槽排屑能力弱，切屑很難在產(chǎn)生的同時(shí)被同步排出孔外，實(shí)際過程是切削產(chǎn)生的切屑被儲(chǔ)存在鉆頭前段的排屑槽內(nèi)，等鉆頭退出孔時(shí)再完全排出孔外。由于排屑槽儲(chǔ)存切屑能力有限，所以每次步進(jìn)的深度不能過深，否則產(chǎn)生的切屑過多，排屑槽無法儲(chǔ)存，多余的切屑就會(huì)堆積在孔底或孔壁處，對(duì)加工過程造成影響，退刀排屑的意義就失去了。但步進(jìn)深度也不宜過小，否則進(jìn)退刀次數(shù)過多，會(huì)嚴(yán)重降低加工效率，從加工經(jīng)驗(yàn)得到的參考值每次步進(jìn)深度均保持在 0.5 mm 左右為宜，鉆孔時(shí)進(jìn)給速度也不易過快，但可提高退刀的進(jìn)給速度以保證整體加工效率。

2.2 改造鉆頭，增強(qiáng)強(qiáng)度

在批量加工零件的過程中，單純采取退刀的措施并不能完全解決鉆頭折斷的問題，為保證鉆頭的強(qiáng)度，此次加工過程中在普通鉆頭結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改，制作了專用鉆頭用于孔的加工。

2.3 檢查中心軸線是否重合

該零件加工時(shí)，零件是通過夾具裝夾在機(jī)床卡盤上，而刀具裝夾在機(jī)床刀盤上，機(jī)床本身、夾具、裝夾過程都會(huì)存在誤差，這些誤差累計(jì)起來會(huì)造成零件與刀具的裝夾誤差，這誤差會(huì)對(duì)零件加工造成影響，因此加工前必須檢查校正。

3、加工結(jié)果驗(yàn)證

通過數(shù)據(jù)對(duì)比來驗(yàn)證了改進(jìn)方法和措施的有效性

雖然沒有定量的計(jì)算，但改進(jìn)后的工藝方案的有效性還是非常明顯的，零件質(zhì)量有非常大的改善，證明了改進(jìn)方法和措施解決了孔加工過程中存在的問題。

4、 結(jié)束語

本文提出了一種對(duì)鉆頭改進(jìn)利用車床鉆削小孔方法，為小孔加工提供了解決方案。對(duì)類似的小孔加工本文中的工藝方案可以借鑒，但需要根據(jù)具體的情況不同采取的對(duì)應(yīng)措施，不能照搬，但在制定工藝方案時(shí)，一些共同點(diǎn)必須要考慮：

（1）要加強(qiáng)退刀排屑，不能簡單依靠鉆頭的排屑槽排屑；

（2）商用鉆頭不一定滿足所有加工工藝方案的要求，要根據(jù)具體情況考慮自制鉆頭；

（3）要對(duì)零件裝夾后的位置精度進(jìn)行測(cè)量并調(diào)整，否則會(huì)影響零件的加工。