枪钻加工深孔的工艺方法已经具有很长的历史了，而随着技能的发展，枪钻已成为加工精密深孔的有效方法和利器，其运用早已超出了枪械制造的范围，广泛运用于汽车、模具、液压、航空航天、纺织机器、热交流器和机床制造等多种行业的深孔加工。
1. 问题陈述
枪钻（ELB）是用于加工深孔（长径比＞5）及精密浅孔的单刃内冷外排屑深孔钻。紧张用于加工φ0.9～φ50mm的深孔，钻孔深度可以达到被加工孔直径的250倍，孔的尺寸精度可达IT7，表面粗糙度值Ra可达0.1～ 0.8μm，圆度＜5μm，直线度可达0.4/1000mm。枪钻的形状及尺寸如图1所示。
图1 枪钻
1.钻头 2.钻杆 3.钻柄
枪钻由钻头、钻杆及钻柄三部分组成。钻头为中空构造， 高压冷却油从钻柄尾部中央孔流入，在高压浸染下，钻屑沿V形槽排出工件，带走切削热，同时减少了刀具与工件的摩擦损耗，提高了钻孔精度。钻头柄部依照枪钻制造厂的专业标准进行设计。
枪钻加工工艺的三大要素是设备、刀具（枪钻）和冷却润滑装置。个中冷却润滑装置能否供给充足、干净的切削液，对刀具的寿命、孔的表面粗糙度和尺寸精度均有主要影响。冷却润滑紧张有下列浸染：①减少刀具与导向套的磨损。②抑制积屑瘤的天生。③冷却刀具，减少和肃清摩擦热和切削热。③在压力、摩擦和温度浸染下，形成一层薄的油膜，防止刀具与工件的咬去世。④连续打消切屑。
为知足上述浸染，首先，须要一种良好的冷却润滑液，海内研制的高极压切削油（添加硫、磷及氯等元素的化合物）可知足枪钻工艺的哀求。其次，要有一个设计合理、高效且环保的冷却润滑装置。而冷却润滑装置必须具备以下功能：
（1）净化功能。枪钻加工过程中，大量的切屑混入冷却润滑液中，须要钻屑与油液分离、净化处理才能供循环利用。有关试验表明：当切削液过滤精度为20μm时，刀具在两次刃磨之间能钻100个孔，而过滤精度为10μm 时，其他条件不变，则两次刃磨之间能钻500个孔。与加工表面质量的关系也是如此，当切削液过滤精度掌握在50μm旁边时，加工表面粗糙度值为5μm，而过滤精度掌握在10μm时，则加工表面粗糙度值为0.5～1μm，因此，切削液的清洁度和加工表面质量与刀具寿命有密切的关系。
（2）切削液的压力与流量。枪钻加工过程中，必须供应具有一定压力和流量的冷却润滑液， 如果流量和压力不敷，就不能抑制切屑瘤的天生，亦不能将切屑打消干净，直接影响加工质量、刀具寿命和设备安全。切削液的压力和流量设定，紧张与加工孔径大小和孔深有关，其关系如图2 所示。图2中压力由孔径和孔深决定，相同孔径，孔越深，压力取大值；流量与枪钻中央通油直径和油泵输出特性有关，加工时不需调节。加工过程中，可根据加工效果不同，对设定压力进行适当修调。
图2 切削压力、流量曲线
（3）油温掌握。枪钻加工过程中，由于金属切屑的变形、钻头支撑垫与工件孔垫的摩擦以及切屑在刀具前倾面的摩擦等产生大量的热量，并且散发辐射热量还比较差。据有关资料先容，钻削孔径在20mm以下时，其产生热量为17×106J/h，钻削φ40mm孔径时，其产生热量为46×106J/h，这些热量只有3.75%通过工件辐射，而96.25%的热量依赖切削液进行冷却，因此切削液的温度上升很快，必须加以掌握。一样平常哀求，其温度应掌握在20～45℃之间， 最高不得超过50℃，超过50℃ 时，不但不能使刀具处于良好的冷却状态中进行切削，而且切削液的性子也将恶化，从而影响润滑效果。低于20℃时，又会由于低温碰着高温切削区，随意马虎导致刀具表面形成小块泡沫，使刀具切削遭到毁坏而造成不良后果，因此切削液油箱的容积不仅应具有足够的容积，而且还须要附有温控装置，才能保持良好的切削性能。
（4）保护装置。枪钻加工过程中，由于刀具的磨损，排屑阻力增大及工况的变革，切削液的压力也会产生一定的颠簸。为了使压力颠簸不影响正常的切削加工，必须对切削液压力在全体深孔钻削中进行监控，当压力超过或低于设定例模时，机床能自动退刀或采纳相应的保护方法，以担保工件、刀具和设备的安全。
2. 冷却排屑系统事情事理
机床冷却排屑系统事理如图3所示，全体系统由冷却油箱（容积1400L）和链板式自动排屑器组成。冷却装置、过滤装置、高压泵组、开启电磁阀和其他掌握元件均放置在冷却油箱上。高压泵的最高事情压力为11MPa，最大流量为100L/min。磁性筒式纸带过滤机对油液进行多级过滤，过滤精度＜20μm。油冷却机掌握油箱的油液温度，知足深孔钻削的温度范围（20～45℃），同时又给铣削电主轴和钻削电主轴供应循环冷却油，担保主轴正常事情。
图3 机床冷却排屑系统事理图
自动排屑器由链板排屑装置和脏液箱组成。工件和钻头排出的切屑和切削液，先经由钻套支架、接屑槽，流入自动排屑器， 通过链板和滤网使切屑、油液分离，使油液流入脏液箱，再通过液泵将过滤和沉淀的油液导入磁性筒式纸带过滤机进行精密过滤，磁性筒式过滤可将油液中眇小的铁磁颗粒进行分离，末了通过过滤纸带进行精密过滤。过滤纸带常日为亚麻纤维压制成的无纺布，其过滤精度＜20μm。完成过滤后的干净油液存放于净液箱中，供循环利用。
高压变量泵供应枪钻所需的压力油，比例流量阀可改变输出压力，调节比例流量阀的旋钮即可改变阀的通流面积A（ x ） 和前后的压差Δ p，实现压力的调度；根据调定的压力值大小， 调节油箱上的电接点压力表的压力上限和下限（上、下限值一样平常设置在调定压力±20%以内），以限定加工过程中压力的实际颠簸范围，当压力颠簸超过限定值时，解释钻削过程不稳定，存在钻屑堵塞或泄压，应立即停滞进给或退出刀具，以保护刀具和机床的安全。两位三通电磁阀掌握高压油的接通和断开。油冷却机通过压缩机对油液进行恒定温度掌握。液位浮子开关掌握脏液箱的液面高度，当液面高于开关上限时，液泵接通，低于开关下限时，液泵断开，担保液泵的正常事情。
3. 设计剖析及解释
（1）高压油泵组的选择。枪钻的高压油泵选用原则与最大钻孔直径和钻孔深度有关。深孔钻HCZK2103的钻孔直径范围为3～35mm，最大钻孔深度为2000mm，由图2得出，所需压力范围为1～12MPa，流量范围为5～115L/min，孔径越小，压力越高，流量越小；孔径越大，则压力越低，流量越大。为知足上述哀求，泵必须具有低压、大流量和高压、小流量的特点。以往的国内外资料中都先容采取复合两联泵或三联泵，但由于复合泵的体积较大、功率丢失高且维修不便，以是目前在枪钻中很少利用。齿轮泵的压力和流量都能知足哀求，而且对油液的敏感度低，但由于其输出流量的脉动大，对深孔钻削不利，而且噪声大、效率低，流量无法调节，以是选用也较少。限压式变量叶片泵和柱塞泵的流量可调节，效率高，脉动小，当系统压力靠近设定值时，流量自动减小，节省功率和能源，非常适宜枪钻的利用哀求。由于柱塞泵对油液很敏感，以是该产品选用限压式变量叶片泵，牌号为德国力士乐公司的PV7-1X/63-71，其最大输出压力为16MPa，最大流量为108L/min（1 450r/min时）。
液压泵的输出功率打算公式为
Po＝pq/612（1）
式中，Po为泵的输出功率（kW）； p为事情压力（10-1×MPa）；q为输出流量（L/min）。
当钻孔直径为3mm时，p1为8 ～11MPa，q1为4～5L/min，取最大值，则p1=11MPa，q1=5L/min， 带入式（1）得
Po1＝p1q1/612＝110×5/612≈0.9（kW）
当钻孔直径为35mm时，p2为1～2.6MPa，q2为70～110L/min， 取最大值则p2=2.6MPa，q2=110L/min，带入式（1）得
Po2＝p2 q2/612＝26×110/612≈4.67（kW）
由以上打算看出，泵的最大输出功率为4.67kW。
液压泵的输入功率打算公式为
Pi＝Po×η （2）
式中，Pi为泵的输入功率（kW）； η为泵总效率（kW），叶片泵的总效率一样平常为0.6～0.75kW，取0.7kW。
将泵的最大输出功率4.67kW 带入式（2）得
P i＝ P o / η=4.6 7 / 0 .7≈ 6 .67 （kW）
由以上打算看出，泵的最大输入功率为6.67kW，以是泵的驱动电机的功率取7.5kW。
（2）油箱容积的确定。油箱容积的大小取决于泵的排量和散热条件，根据履历一样平常为油泵最大排量的10倍以上，以担保有足够的散热空间和油液的沉淀哀求，所选油泵的最大排量为108L/min，以是油箱的容积粗定为1 100L。
（3）油冷却机的选用打算。油冷却机的选用取决于油箱有效容积、温度差或液压系统的总功率等参数，打算公式为
Q＝Cp×r×v×Δt/h（3）
式中，Q为总发热量（w）；Cp 为定压比热（J/kg∙K），常用液压油取1967.4J/（kg∙K）；r为比重（k g/m3），常用液压油取876kg/m3；v为总油量（m3）， 取0.55m3；Δt为温度差（℃）， 取3 0 ℃ ； h 为韶光（ s ） ，取3600s。
带入式（3）得
Q＝1 967.4×876×0.55× 30/3600≈7.9kW
由以上打算看出，总发热量约为7.9kW，以是油冷却机的冷却能力取9kW，型号为LO-90。
4. 结果剖析
通过上述事理剖析及打算， 对关键外购件进行了优选和定型，考虑到高压泵在全体系统中的浸染突出，其性能的好坏直接影响冷却系统的稳定和利用寿命，以是高压泵选用天下有名品牌德国力士乐（Rexroth）公司的变量叶片泵。为使操作方便，压力大小的调节选用日本油研（Yuken）的比例流量阀，可以直接在操作面板上进行压力调节，知足人性化的设计哀求。过滤系统由专业厂家制造，担保了系统的质量和过滤哀求。自动排屑装置利用公司现有的自动链板式排屑器进行改制，以节约设计本钱，缩短设计周期。
通过与主机的联机调试， 该冷却系统完备知足深孔钻削的利用哀求，其性能可靠、操作和掩护方便，设计水平达到国际同类产品的哀求，补充了海内的空缺。
作者：汉川数控机床股份公司 孙 庆 樊 柱 张 恒 伏艳梅
本篇文章揭橥于《金属加工（热加工）》2016年第7期，49-51页 。金属加工版权所有。转载请注明出处。
