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【摘要】深孔加工一直是孔加工中的难点，由于深孔是半封闭式切削加工，不能直接观察成孔的过程和内部状况，所以必须对其工艺进行合理选择与设计。随着机械行业的高速发展，需要深孔加工的产品数量越来越多，如何保证深孔加工的质量已成为当前迫在眉睫的课题。
【关键词】深孔加工；加工工艺；加工设备
1.前言
深孔一般是指孔深L与直径D之比≥5的孔，随着机械行业的高速发展，需要深孔加工的产品数量越来越多。但深孔加工是半封闭式切削加工，不能直接观察成孔的过程和内部状况，如果按传统的加工方法不仅加工精度和表面粗糙度难以保证，加工效率低、操作劳动强度大，还有会出现钻孔跑偏、堵屑甚至钻头折断等问题。因此深孔加工一直是孔加工中的难点，如何解决深孔加工的问题已成为当前迫在眉睫的课题。
2.深孔加工的特点
深孔加工因为孔的深度大直径小，因此工艺特征也较其他普通孔有所差异，主要表现在：
（1）加工难度：深孔加工的过程多数都是在半封闭和全封闭的工况，钻孔时不能直接观察刀具的切削状况，只能凭借声音、振动、切屑及仪表等外观特征来判断加工是否正常。
（2）加工精度：由于深孔的长径比大，钻杆细长，刚性也就低。容易出现抖动和偏孔的情况，表面精度不易保证，因此支撑和导向十分重要。
（3）散热：深孔加工的工况相对封闭，切削热不易排出，孔内温度易升高而造成钻头磨损，必须采用有效的冷却方式。
（4）排屑：深孔加工因为半径和孔深比例差异大，因此形成的金属屑不易排出，容易堵塞而影响加工。对于判断方面的要求也很高，必须要保证可靠，一旦发生切屑堵塞，不能得到有效的清除，则会对钻孔刀具造成严重的损坏。
深孔加工的工艺特征不同，选择的刀具也不一致，在加工中常见的刀具有：扁钻、麻花钻、外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻、枪钻、复合刀具等。
3.深孔的加工工艺
3.1 工艺路线的制定
工艺路线是机加工必要的指导思路，制定深孔加工的工艺路线应从以下几个方面考虑：
首先，针对加工零件的特征选择合适的加工方法和刀具，同时还要考虑零件的材料特性，针对其特征再精细设计工艺过程。
其次，需要对加工过程进行段落划分并进行相应的工艺设计，加工过程通常分为：粗加工、半精加工、精加工、光整加工，针对各个过程选择合适的技术措施，并以此提高加工效率和质量。
第三，设计工艺路线，深孔加工的工艺路线应按照其结构特征和加工方法、设备因素等来设置。
最后，对加工余量进行合理控制，深孔的加工余量与其它孔不同，余量应适当的增加。不同的刀具和刀具角度，其余量也不同，所以在加工中必须按照相应的工艺和质量要求来设计余量。
3.2 定位方式的选择
深孔加工由于加工的复杂性，需要保证定位基准，其中锥面定位和圆定位是两种主要的定位方式：锥面定位主要应用在回转体、中小直径孔、管坯镗孔等，采用锥面定位必须注意对直线度和余量的保证，须在钻孔前的端面进行内外锥面的处理；圆定位则多用于大直径深孔的加工，采用圆定位则应在外圆上加工必要的安装面、定位面和找正面，并保证三者之间是同心圆。非回转体则需要利用安装面作为定位基准。
4.冷却与润滑
深孔加工因为孔内在加工中相对封闭，容易造成温度急剧升高，因此必须进行降温处理，同时还应保证切削过程中润滑效果。深孔加工过程中冷却润滑系统平稳可靠的发挥作用，是保证工作效率至关重要的环节。冷却液、润滑液的合理选择使用对产品的质量、刀具的保护、工作效率都有着重要的意义。另外，冷却液和润滑液在深孔加工中不仅起到冷却润滑的作用，还可以起到冲刷、减震、消音的作用。钻削中因为孔径小而深度大，加工过程中会产生较大的抗力和阻力，克服这些阻力使得加工顺利完成，就会消耗很多的能量，同时切向和径向的力同时作用在导向块上，此时孔壁和刀具就会产生摩擦，这些摩擦产生的能量最终转化为切削热，这些热量只能借助于冷却措施来降低。此外，冷却液的存在可以让导向块和孔壁之间形成一种液压支撑系统，能够有效的降低导向块的摩擦，从而降低摩擦力对功率的消耗，在节能减排方面也能起到很好的作用。润滑液和冷却液在清理切屑时主要是利用压力和流量来发挥作用，利用冷却液将工作区域的切屑冲刷到加工区以外，实现清理排屑的效果，保证钻孔工作顺利进行。由于工作区域和钻杆内部、外部都会充满油性的液体，能减弱由切削运动和摩擦左右所产生的振动和噪音。
5.切屑处理
深孔加工中因为成孔的空间相对封闭，形成的切屑很难排出，而沉积切屑又会影响加工的过程和质量，因此深孔加工的排屑处理一直是比较棘手的环节。特别是内排屑钻（又称环孔钻），这种工艺排屑受到空间和环境的影响，只有有限的环形区域可以利用进行排屑，所以排屑工作难度很大。从切削的角度出发，深孔排屑的问题主要集中在切屑的处理上，如分屑、断屑、排屑三个连续的过程。针对不同的材料会形成不同特征的切屑，形状、宽窄、弯曲程度、尺寸等都会影响排屑效果。由此可见，排屑问题是深孔加工中非常重要的工艺指标。然而深孔加工中排屑通道过长，工作长期处于属于半封闭的状态，切削产生的热量大，散热难度也大，因此在深孔成孔工藝中必须考虑冷却与排屑两个系统。
例如内排屑深孔钻，其优点很多，但最主要的是其具有外冷内排屑及自身导向，能够加工直径6-80mm范围内的深孔。在钻孔过程中，工件首先旋转，钻头借助矩形螺纹，与钻杆实现连接，封油头在刀架的带动之下使得导向装置得以钻入到工件当中。内排屑深孔钻加工过程中，切屑在钻杆内部实现排除，并不会在孔壁和刀具间发生摩擦，这样能够使得已加工的表面质量大大提升。因为内排屑钻的钻杆外径比外排屑钻大，刚性也比后者好，且供给量也得到提高，钻孔的效率也得到提升。内排屑的实质就是切削液在压力作用下，从孔壁和钻杆的外表面进入切削区的冷却和润滑部分，将前端的切屑冲入到钻杆内部，并向后实现排除。这种方式具有排屑难度低，冷却和润滑的效果好，同时在稳定钻杆能力方面也比较好。但是需要在内部设置独立的内排屑供液系统、输油器、封油头等，加工造价相对较高。 6.深孔加工中应用的设备
深孔加工中应在深孔专用设备上进行加工，主运动时工件的旋转运动，辅助运动时刀具的轴向进给运动。
机床作为整个加工工艺的核心环节，主要由主轴箱、进给箱、刀具夹装设备、机床主体、中心架、移动式的辅助支架构成。
（1）主轴箱：主轴箱是支撑主轴，并使其实现各种转速的装置，主轴右端一般用以安装卡盘、拨盘等附件，内部有锥孔，转轴多为空心，这样便于装夹细长的棒料；
（2）进给箱：进给箱通过丝杠将电机产生的动能传递到刀具上，进而将电机的圆周运动转换为刀具的直线运动；
（3）夾装装置：夹装装置主要用来夹装刀杆，通过与螺母连接，经丝杠带动钻杆进行轴向移动，完成加工进给。
（4）机床床身：床身是机床的基本部件，用以连接各主要部件，并保证各个部件都处在正确的位置。床身上有供刀架和支架移动的导轨，床身下有支撑支架等，保证其固定在地基上，确保整个加工系统的稳定。
如果一些工厂的生产设备不能满足要求，则可采用卧式的车床来取代深孔加工设备。以卧式车床为加工油缸缸套深孔为例，通常采用一夹一支的装夹方式，一端由四爪单动或其它种类的卡盘夹紧，另一端用中心架实现支承。深孔刀具的夹装则需要配置专用的刀具架。专用的刀具架安装在滑板上保证进给。车削工作进行时，车床主轴带动刀具进行旋转，滑板则带动刀具完成加工的进给，进而完成深孔的加工。
此外，采用普通麻花钻钻削深孔也比较常见，但采用该方法需注意要尽可能的使用新钻头；钻头的前刀面或后刀面要磨出分屑槽与卷屑槽，以利于排屑；钻孔过程中，钻到一定深度后要及时提出钻头排屑，钻一下，退一下，方便排屑，排屑的时候要及时向孔内注入充足的切屑液，减少钻头与切屑间的黏结并降低切削温度。
输油器也是深孔加工的重要辅助装置，主要装在工件和钻头相互接触的位置上。其主要作用就是保证切削液进入到指定位置，使切屑能够在液压的推动下顺利排除。同时，如果采用内排屑方法，需要注意钻孔的冷却液易出现渗漏的问题，这就要求输油器的密封达到一定的标准和要求。输油器和导向架之间通过密封垫来完成连接，漏油的问题就能得到有效的控制。此外输油器和钻杆的接触面、支承架工件端面之间的密封也采用密封圈来实现，这样一来能够有效的避免漏油的问题。
7.结束语
目前，深孔加工相对而言比较困难，技术水平、加工方法和加工设备都必须得到一定的保证，这样才能在加工中形成良好的工艺效应，从而实现对深孔加工质量的有力保障。
参考文献
[1]王世清.深孔加工技术[M].西安：西北工业大学出版社，2003.
[2]孟孝农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工艺出版社，1987.
[3]都启军.浅谈深孔加工技术[J].装备制造技术，2013（3）： 72-74.
作者简介：张恩民（1988—），男，江苏灌云人，工学学士，助理工程师，主要研究方向：机械工艺技术。
【关键词】深孔加工；加工工艺；加工设备
1.前言
深孔一般是指孔深L与直径D之比≥5的孔，随着机械行业的高速发展，需要深孔加工的产品数量越来越多。但深孔加工是半封闭式切削加工，不能直接观察成孔的过程和内部状况，如果按传统的加工方法不仅加工精度和表面粗糙度难以保证，加工效率低、操作劳动强度大，还有会出现钻孔跑偏、堵屑甚至钻头折断等问题。因此深孔加工一直是孔加工中的难点，如何解决深孔加工的问题已成为当前迫在眉睫的课题。
2.深孔加工的特点
深孔加工因为孔的深度大直径小，因此工艺特征也较其他普通孔有所差异，主要表现在：
（1）加工难度：深孔加工的过程多数都是在半封闭和全封闭的工况，钻孔时不能直接观察刀具的切削状况，只能凭借声音、振动、切屑及仪表等外观特征来判断加工是否正常。
（2）加工精度：由于深孔的长径比大，钻杆细长，刚性也就低。容易出现抖动和偏孔的情况，表面精度不易保证，因此支撑和导向十分重要。
（3）散热：深孔加工的工况相对封闭，切削热不易排出，孔内温度易升高而造成钻头磨损，必须采用有效的冷却方式。
（4）排屑：深孔加工因为半径和孔深比例差异大，因此形成的金属屑不易排出，容易堵塞而影响加工。对于判断方面的要求也很高，必须要保证可靠，一旦发生切屑堵塞，不能得到有效的清除，则会对钻孔刀具造成严重的损坏。
深孔加工的工艺特征不同，选择的刀具也不一致，在加工中常见的刀具有：扁钻、麻花钻、外排屑深孔钻、内排屑深孔钻、喷吸钻、枪钻、复合刀具等。
3.深孔的加工工艺
3.1 工艺路线的制定
工艺路线是机加工必要的指导思路，制定深孔加工的工艺路线应从以下几个方面考虑：
首先，针对加工零件的特征选择合适的加工方法和刀具，同时还要考虑零件的材料特性，针对其特征再精细设计工艺过程。
其次，需要对加工过程进行段落划分并进行相应的工艺设计，加工过程通常分为：粗加工、半精加工、精加工、光整加工，针对各个过程选择合适的技术措施，并以此提高加工效率和质量。
第三，设计工艺路线，深孔加工的工艺路线应按照其结构特征和加工方法、设备因素等来设置。
最后，对加工余量进行合理控制，深孔的加工余量与其它孔不同，余量应适当的增加。不同的刀具和刀具角度，其余量也不同，所以在加工中必须按照相应的工艺和质量要求来设计余量。
3.2 定位方式的选择
深孔加工由于加工的复杂性，需要保证定位基准，其中锥面定位和圆定位是两种主要的定位方式：锥面定位主要应用在回转体、中小直径孔、管坯镗孔等，采用锥面定位必须注意对直线度和余量的保证，须在钻孔前的端面进行内外锥面的处理；圆定位则多用于大直径深孔的加工，采用圆定位则应在外圆上加工必要的安装面、定位面和找正面，并保证三者之间是同心圆。非回转体则需要利用安装面作为定位基准。
4.冷却与润滑
深孔加工因为孔内在加工中相对封闭，容易造成温度急剧升高，因此必须进行降温处理，同时还应保证切削过程中润滑效果。深孔加工过程中冷却润滑系统平稳可靠的发挥作用，是保证工作效率至关重要的环节。冷却液、润滑液的合理选择使用对产品的质量、刀具的保护、工作效率都有着重要的意义。另外，冷却液和润滑液在深孔加工中不仅起到冷却润滑的作用，还可以起到冲刷、减震、消音的作用。钻削中因为孔径小而深度大，加工过程中会产生较大的抗力和阻力，克服这些阻力使得加工顺利完成，就会消耗很多的能量，同时切向和径向的力同时作用在导向块上，此时孔壁和刀具就会产生摩擦，这些摩擦产生的能量最终转化为切削热，这些热量只能借助于冷却措施来降低。此外，冷却液的存在可以让导向块和孔壁之间形成一种液压支撑系统，能够有效的降低导向块的摩擦，从而降低摩擦力对功率的消耗，在节能减排方面也能起到很好的作用。润滑液和冷却液在清理切屑时主要是利用压力和流量来发挥作用，利用冷却液将工作区域的切屑冲刷到加工区以外，实现清理排屑的效果，保证钻孔工作顺利进行。由于工作区域和钻杆内部、外部都会充满油性的液体，能减弱由切削运动和摩擦左右所产生的振动和噪音。
5.切屑处理
深孔加工中因为成孔的空间相对封闭，形成的切屑很难排出，而沉积切屑又会影响加工的过程和质量，因此深孔加工的排屑处理一直是比较棘手的环节。特别是内排屑钻（又称环孔钻），这种工艺排屑受到空间和环境的影响，只有有限的环形区域可以利用进行排屑，所以排屑工作难度很大。从切削的角度出发，深孔排屑的问题主要集中在切屑的处理上，如分屑、断屑、排屑三个连续的过程。针对不同的材料会形成不同特征的切屑，形状、宽窄、弯曲程度、尺寸等都会影响排屑效果。由此可见，排屑问题是深孔加工中非常重要的工艺指标。然而深孔加工中排屑通道过长，工作长期处于属于半封闭的状态，切削产生的热量大，散热难度也大，因此在深孔成孔工藝中必须考虑冷却与排屑两个系统。
例如内排屑深孔钻，其优点很多，但最主要的是其具有外冷内排屑及自身导向，能够加工直径6-80mm范围内的深孔。在钻孔过程中，工件首先旋转，钻头借助矩形螺纹，与钻杆实现连接，封油头在刀架的带动之下使得导向装置得以钻入到工件当中。内排屑深孔钻加工过程中，切屑在钻杆内部实现排除，并不会在孔壁和刀具间发生摩擦，这样能够使得已加工的表面质量大大提升。因为内排屑钻的钻杆外径比外排屑钻大，刚性也比后者好，且供给量也得到提高，钻孔的效率也得到提升。内排屑的实质就是切削液在压力作用下，从孔壁和钻杆的外表面进入切削区的冷却和润滑部分，将前端的切屑冲入到钻杆内部，并向后实现排除。这种方式具有排屑难度低，冷却和润滑的效果好，同时在稳定钻杆能力方面也比较好。但是需要在内部设置独立的内排屑供液系统、输油器、封油头等，加工造价相对较高。 6.深孔加工中应用的设备
深孔加工中应在深孔专用设备上进行加工，主运动时工件的旋转运动，辅助运动时刀具的轴向进给运动。
机床作为整个加工工艺的核心环节，主要由主轴箱、进给箱、刀具夹装设备、机床主体、中心架、移动式的辅助支架构成。
（1）主轴箱：主轴箱是支撑主轴，并使其实现各种转速的装置，主轴右端一般用以安装卡盘、拨盘等附件，内部有锥孔，转轴多为空心，这样便于装夹细长的棒料；
（2）进给箱：进给箱通过丝杠将电机产生的动能传递到刀具上，进而将电机的圆周运动转换为刀具的直线运动；
（3）夾装装置：夹装装置主要用来夹装刀杆，通过与螺母连接，经丝杠带动钻杆进行轴向移动，完成加工进给。
（4）机床床身：床身是机床的基本部件，用以连接各主要部件，并保证各个部件都处在正确的位置。床身上有供刀架和支架移动的导轨，床身下有支撑支架等，保证其固定在地基上，确保整个加工系统的稳定。
如果一些工厂的生产设备不能满足要求，则可采用卧式的车床来取代深孔加工设备。以卧式车床为加工油缸缸套深孔为例，通常采用一夹一支的装夹方式，一端由四爪单动或其它种类的卡盘夹紧，另一端用中心架实现支承。深孔刀具的夹装则需要配置专用的刀具架。专用的刀具架安装在滑板上保证进给。车削工作进行时，车床主轴带动刀具进行旋转，滑板则带动刀具完成加工的进给，进而完成深孔的加工。
此外，采用普通麻花钻钻削深孔也比较常见，但采用该方法需注意要尽可能的使用新钻头；钻头的前刀面或后刀面要磨出分屑槽与卷屑槽，以利于排屑；钻孔过程中，钻到一定深度后要及时提出钻头排屑，钻一下，退一下，方便排屑，排屑的时候要及时向孔内注入充足的切屑液，减少钻头与切屑间的黏结并降低切削温度。
输油器也是深孔加工的重要辅助装置，主要装在工件和钻头相互接触的位置上。其主要作用就是保证切削液进入到指定位置，使切屑能够在液压的推动下顺利排除。同时，如果采用内排屑方法，需要注意钻孔的冷却液易出现渗漏的问题，这就要求输油器的密封达到一定的标准和要求。输油器和导向架之间通过密封垫来完成连接，漏油的问题就能得到有效的控制。此外输油器和钻杆的接触面、支承架工件端面之间的密封也采用密封圈来实现，这样一来能够有效的避免漏油的问题。
7.结束语
目前，深孔加工相对而言比较困难，技术水平、加工方法和加工设备都必须得到一定的保证，这样才能在加工中形成良好的工艺效应，从而实现对深孔加工质量的有力保障。
参考文献
[1]王世清.深孔加工技术[M].西安：西北工业大学出版社，2003.
[2]孟孝农.机械加工工艺手册[M].北京：机械工艺出版社，1987.
[3]都启军.浅谈深孔加工技术[J].装备制造技术，2013（3）： 72-74.
作者简介：张恩民（1988—），男，江苏灌云人，工学学士，助理工程师，主要研究方向：机械工艺技术。