摘要：孔軸線偏斜問題是我車間主軸深孔鉆削存在的一個技術問題，本文首先對深孔鉆削進行了切削狀態分析，并對鉆削時產生孔軸線偏斜的原因進行了簡單分析，找出了其影響因素，并提出了控制孔軸線偏斜應采取的措施。
關鍵詞：深孔鉆削 偏斜 措施
一、深孔鉆削特點及切削狀態分析
1、深孔鉆削的工藝特點：
1）深孔鉆削被加工的孔是在封閉的狀態下加工形成的，操作者不能直接觀察刀具的切削情況，加之容屑空間小，切削熱不易傳播，排屑和冷卻困難。
2）工藝系統剛性差（尤其是刀具系統剛性系統薄弱），受孔徑的尺寸限制，孔的長徑比較大，鉆桿細而長，易產生振動，鉆孔易走偏，加工穩定性差，孔的直線度和表面質量不易保證。
3）切削路線長，切屑排出困難，刀具切削刃負荷不均，切削溫度高，刀具易磨損、擠裂、崩刃。
2、深孔鉆頭三個切削刀片的切削狀態分析：
我們所使用的深孔鉆頭形式如圖1，鉆削的加工完全由三個刀片，即外刀片、中間刀片、中心刀片所承擔。鉆頭通過螺紋與鉆桿聯接在一起。鉆頭上的外刀片、中心刀片、中間刀片，由于所處的位置和工作狀態不同，其各刀片的切削狀況也不盡相同。
1）、中心刀片在幾個刀片中，它的切削條件最差，刀片所承受的切削力最大，擠壓最為嚴重，卷屑、斷屑困難，容易崩刃，因此，應減小中心刀片的前角和刃傾角（為負值），增強內刃的強度，應縮短中心刀片與其它刀片的軸向距離，以便加強切削的穩定性，減輕中心刀片的切削負荷。
2）、中間刀片的切削速度高于中心刀片而低于外刀片，切削條件較中心刀片要好，但由于刀片突出刀體較多，刃體的左右兩側又磨有側后角，刀片強度較低，容易崩刃。
3）、外刀片的切削速度和扭矩都是最大的，它是加工孔壁質量好壞的關鍵刀片，為保護外刀片，必須讓徑向合力壓向導向塊，使之緊貼孔壁，穩定鉆削，加強導向作用。反之，若徑向合力壓向外刀片，不僅容易打刀，而且容易將孔鉆偏。為加強導向，外刀片和導向塊可磨出很小倒錐或不磨倒錐，為保證外齒的強度，外刀片的副切削刃應磨有棱帶。
從深孔鉆削的特點和鉆頭的切削狀態來看，深孔鉆削難度高，工作量大，被加工孔的質量不易控制，在鉆削過程中容易出現孔軸線偏斜的情況。
二、深孔鉆削時孔軸線偏斜產生的原因
先簡要介紹一下我們的深孔加工設備，我們加工主軸深孔的設備是德州機床有限公司生產的T2120型深孔鉆鏜床，它主要用于鉆、鏜削通孔、也可以進行光整滾壓加工。在排屑方式上，鉆削時采用內排屑方式，鏜削時采用前排屑方式。
機床的主要技術規格為：
鉆孔直徑范圍 φ40－φ80
鏜孔最大直徑 φ200
最大加工深度 1000-2000mm
主軸轉速范圍 61-1000r/min
進給速度范圍 5-1000mm/min
工件的裝夾方式為：
鉆削時，工件的前端采用三爪卡盤裝夾，工件的尾端是通過授油器上的錐盤頂緊并定心，同時起密封作用。
主運動是工件旋轉的加工方式，刀具沿工件軸線做進給運動。
在主軸深孔的實際鉆削加工中，經過長時間的觀察、分析、比較，測量，基本上有如下因素對孔軸線偏斜產生影響：
1、導向套偏心或間隙過大對孔軸線偏斜的影響
深孔刀具大都采用“偏心切削”，即鉆尖不在鉆心，徑向切削力通過導向塊壓向孔壁，深孔鉆頭在剛開始切削時并且導向塊未進入工件孔之前，刀具的徑向平衡完全依靠導向套，而導向孔偏心或間隙過大，勢必在一開始切削是就造成刀具傾斜，如圖2所示，雖然這種偏斜值可能非常小，但會隨著刀具在軸線方向上的進給而有規律地延伸。
2、工件端面傾斜對孔軸線偏斜的影響
在深孔鉆削中，傾斜的工件端面對孔加工的精度特別是對孔軸線偏斜的影響較大，其原因是在入鉆時鉆頭切削傾斜的工件端面導致切削條件不穩定。在加工如圖3所示的工件時，在取定鉆頭的外刃余偏角β后,隨著傾斜角θ的不同，入鉆時的切削面積也相應改變。
當傾斜角θ小于鉆頭外刃余偏角β時，鉆心最先接觸工件（見圖4-a）
當傾斜角θ等于鉆頭外刃余偏角β時，鉆頭的外刃幾乎同時切削工件（見圖4-b）
當傾斜角θ大于鉆頭外刃余偏角β時，則只有外刃的外部與工件接觸（見圖4-c）
如圖4所示的陰影部分是工件和刀具相對運動一周（q=1）后切去的金屬橫截面，無論哪種情況，入鉆時外刃切削是斷續的，切削面積是不斷變化的，當θ≠０時，分于鉆尖兩側外刃和內刃上所承受的徑向力、軸向力的設計平衡被破壞，加劇“偏心切削”和軸向力F作用在鉆頭頭部的偏轉力矩，造成入鉆時刀具的傾斜。
3、鉆桿的剛度及鉆桿支承的位置對孔軸線偏斜的影響。
在軸向力F的作用下，鉆桿將發生彎曲，造成入鉆傾斜角，該傾斜角值的大小取決于鉆桿的剛度和鉆桿支承的位置。
4、刀具的幾何參數對鉆孔軸線偏斜的影響。
在刀具的幾何參數中，對鉆孔軸線偏斜影響最大的是導向塊與副切削刃的位置角、鉆頭的偏心量、內外角以及各錯齒切削負荷承擔量的大小等，一般要求切削刃的合力必須壓向導向塊，保證鉆頭的穩定度。但是當徑向合力壓向外刀片的副切削刃這一邊時，會使副切削刃切入工件，造成刀具中心偏離回轉中心，隨著加工深度的加大，這種側壓力愈來愈大，偏斜也隨之加大。
5、深孔鉆頭自身導向塊分布和形狀質量的影響。
由于深孔的長徑比大，鉆桿細而長，剛性較低，易產生振動，并使鉆孔偏斜，因此導向塊形狀和質量好壞的影響也不容忽視。對我們的φ52深孔鉆頭而言，它是以兩個導向塊和一個副切削刃的結構確定其徑向尺寸，這樣刀具可以在工件孔內三點定圓，自行導向。導向塊的分布原則是要求徑向合力作用在兩導向塊之間，作用在各個導向塊上單位面積的壓力應最小，并且最好兩塊導向塊的壓力相等，以保證穩定切削和導向塊的磨損均勻。如果導向塊磨損不均勻，甚至在鉆削過程中損壞，都會對孔軸線產生影響。另外，導向塊不能太短，太短的導向塊起不到導向的作用。
6、其它影響因素
深孔鉆削時影響孔軸線偏移的因素除上述主要因素外，還有許多隨機性的影響因素，如：
工件材料的硬度不均勻，有硬質點等
鍛造和熱處理后的不均勻殘余應力等。
冷卻潤滑壓力的脈動，進給量不均勻等使切削厚度發生變化。
斷屑、排屑情況的變化，切屑的短時間堵塞。
機床振動和外部振動的干擾等。
這些隨機因素是通過切削力的波動而造成加工孔軸線的偏斜，雖然它們單獨偶爾出現的影響極小，但當多因素大量出現時，卻具有不可忽視的影響。
三、控制深孔鉆削孔軸線偏斜量的辦法
如前所述，鉆削過程中影響孔軸線偏斜的因素很多，剛開始鉆削時由于導向套誤差，鉆頭受力不均而產生孔軸線徑向偏移。隨著鉆孔深度的增加，在切削力的作用下，由于鉆桿剛度不足、鉆頭導向的受力分布及質量好壞等諸多因素的影響，造成孔軸線偏斜的加劇。因此，需要采取有效的措施來減小或抑制深孔鉆削過程中孔軸線的偏斜。
1、選擇最佳的切削方式
在實際加工中，工件旋轉的加工方式，無論從鉆削的穩定性還是孔軸線的偏斜情況都要比刀具旋轉的加工方式要好。所以應選擇工件旋轉，刀具進給的加工方式。
2、合理選擇刀具幾何參數
在選擇導向塊位置角時，首先要考慮鉆頭的穩定度，保證鉆頭穩定度大于1；在選擇刀具幾何角度和各個刀片的切除量時，首先要考慮徑向切削力的平衡性，徑向合力要指向導向塊，盡量減少切削力對鉆頭頭部的力矩，減少刀具入鉆傾斜角。
3、提高被加工件的幾何質量和物理質量
幾何質量主要是指被加工工件表面的幾何尺寸，要求工件毛坯外圓和端面要粗車，并保證端面和外圓軸線垂直，這樣可以減小工件離心力，保證入鉆時鉆頭與工件端面的垂直。物理質量主要是指被加工工件材料的質量。在深孔鉆削前，應先進行調質或時效處理，減小工件因硬度不勻和殘余應力對鉆孔軸線偏斜的影響。
4、提高導向精度
導向精度取決于授油器中心與機床回轉中心的同軸度及導向套內外面的同軸度和導向孔與鉆頭的配合精度，導向套材料最好選用高強度合金剛，淬火硬度在HRC55以上，增強耐磨性，提高導向套導向精度的保持能力。
5、提高鉆桿剛度
鉆桿的剛度對孔軸線偏斜量的影響至關重要。如何提高鉆桿剛度是改善深孔鉆削過程中孔軸線偏斜量的一個重要因素，為提高深孔鉆削的剛度，除在頭部設有導向套外，在鉆桿中部可附加安裝1-2個中間支撐架，支撐架可沿導軌滑動，直至鉆孔工序完成。試驗證明，應用中間支撐架可使鉆孔偏斜量減小。如圖5所示為對45＃鋼主軸鉆孔，其鉆孔直徑d=52mm，切削轉速n=240r/min，進給量f=0.20mm/r帶中間支撐架和不帶中間支撐架時的孔軸線偏斜量的比較曲線。由該曲線可知，不用中間支撐架時，鉆孔深度400mm處孔軸線偏斜量可達0.5mm，而采用中間支撐架時，在同樣條件下孔軸線偏斜量僅為0.2mm.由此可知，用中間支撐架對改善深孔鉆削孔軸線偏斜量有一定的作用。
6、選用合適的減振方式
減小切削振動，可以提高刀具耐用度，減少鉆削中孔軸線偏斜。對于內排屑系統減振效果較好，因為切削液通過已加工孔壁與鉆桿外圓之間的環形空間均勻流入，對鉆桿形成柔性支撐，可以減振吸振。除此之外，在鉆桿上附加減振裝置，也可以有效地抑制振動。 （本文來自：沈一車床廠技術部工藝室 ）
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