深孔加工廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域。由于產(chǎn)品需求多樣化和小規(guī)?；囊螅≈睆缴羁准庸ぷ兊迷絹?lái)越 普遍。小直徑深孔加工工具首選槍鉆，但槍鉆加工時(shí)處于封閉或半封閉的加工狀態(tài)，不能直接觀察到刀具的切削情況，而且切屑容易造成所鉆孔的堵塞，此外，小而深的孔導(dǎo)致冷卻液不容易到達(dá)切削區(qū)域，致使鉆削條件惡劣、刀具磨損嚴(yán)重。所以槍鉆加工過(guò)程中的排屑和刀具磨損問(wèn)題一直是技術(shù)難題。加工過(guò)程中刀具一旦發(fā)生磨損，將會(huì)引起鉆削過(guò)程中切屑的變化，影響孔的加工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致刀具失效。因此，槍鉆的刀具磨損問(wèn)題至關(guān)重要。

       近年來(lái)，研究人員對(duì)刀具的磨損問(wèn)題做了很多研究。對(duì)于刀具磨損的監(jiān)測(cè)方法目前有很多種，在小深孔鉆削加工中，一般通過(guò)加工過(guò)程中的軸向力來(lái)表征刀具的磨損狀態(tài)。秦國(guó)華等針對(duì)切削參數(shù)對(duì)刀具磨損狀況和使用壽命的影響，研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的刀具磨損檢測(cè)與控制方法。宋蕾等通過(guò)深孔加工過(guò)程中的力和扭矩監(jiān)測(cè)刀具磨損。李京濤等通過(guò)不同的冷卻潤(rùn)滑方式，分析和比較了45鋼所受到的切削力以及刀具后刀面磨損狀況。Jung J.等對(duì)槍鉆深孔加工進(jìn)行了力學(xué)建模，通過(guò)監(jiān)控扭矩的變化來(lái)反映刀具的磨損情況。

       從近幾年的研究來(lái)看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鉆削刀具磨損的研究有很多，其中有很多是通過(guò)建立預(yù)測(cè)模型來(lái)研究刀具的磨損情況，但關(guān)于槍鉆加工工藝參數(shù)對(duì)槍鉆磨損的影響卻很少有文獻(xiàn)給出規(guī)律。本文通過(guò)試驗(yàn)，研究了槍鉆加工工藝參數(shù)對(duì)切削力和槍鉆磨損的影響。

       1  槍鉆加工系統(tǒng)

       槍鉆加工是深孔加工中很常見(jiàn)的一種外排屑加工方式。切削液從冷卻孔進(jìn)入到達(dá)鉆頭并進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，然后將切屑從V型槽排出。槍鉆加工系統(tǒng)由槍鉆刀具和機(jī)床系統(tǒng)組成。槍鉆的加工方式有：①工件旋轉(zhuǎn)，刀具旋轉(zhuǎn)并進(jìn)給；②工件固定，刀具旋轉(zhuǎn)并進(jìn)給；③工件旋轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)給。本次試驗(yàn)中由于加工深度較大，需在鉆頭頭部采用導(dǎo)向套進(jìn)行導(dǎo)向。并且工件重量偏大，為了得到高精度的加工孔，所以采用刀具旋轉(zhuǎn)并進(jìn)給的加工方式進(jìn)行鉆削加工。

       槍鉆結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，由鉆頭、鉆桿、鉆柄三部分組成。槍鉆的鉆頭可以由不同的材料制成，鉆頭上有導(dǎo)向塊，用于提高所加工孔的精度；鉆桿上有V型槽用于排屑；鉆柄用來(lái)傳遞動(dòng)力。槍鉆的冷卻液直接影響排屑情況，加工中一般選擇高壓冷卻液。

                           (a)鉆柄                              (b)鉆頭

(c)整體結(jié)構(gòu)

圖1槍鉆結(jié)構(gòu)

       2  試驗(yàn)條件和方法

       在高效深孔鉆鏜床進(jìn)行試驗(yàn)，機(jī)床型號(hào)ZWKA-2108，最大加工直徑φ80mm，最大加工深度3000mm。工件采用45圓鋼棒料，尺寸為20mm×300mm，加工深度為175mm，每一次都采用新刀具進(jìn)行加工。

       試驗(yàn)采用硬質(zhì)合金槍鉆，直徑φ6mm，鉆桿長(zhǎng)度200mm，鉆桿彈性模量E=6.1e5MPa。軸向力用三向銑削測(cè)力儀進(jìn)行測(cè)量，刀具的磨損值用萬(wàn)能工具顯微鏡進(jìn)行測(cè)量。在槍鉆鉆削加工過(guò)程中，外切削刃的磨損比內(nèi)切削刃嚴(yán)重，一般采用外切削刃的后刀面磨損量VB作為刀具壽命的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。因此，本次試驗(yàn)記錄的刀具磨損值是槍鉆外切削刃后刀面的磨損量。

       根據(jù)李保國(guó)等的研究，本次試驗(yàn)選取的轉(zhuǎn)速范圍為2000-3500r/min，進(jìn)給速度的范圍為30-45mm/min。為確保本次試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，對(duì)每一個(gè)影響因素進(jìn)行2次試驗(yàn)，并取平均值。在試驗(yàn)中，由于槍鉆長(zhǎng)徑比大，剛性較差，切削速度和進(jìn)給速度應(yīng)逐漸增大至規(guī)定速度。本次試驗(yàn)對(duì)每一個(gè)影響因素進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1所示。

表1  試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

       3  結(jié)果分析

       （1）加工工藝參數(shù)對(duì)切削力的影響

       由表1繪制出的加工工藝參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律見(jiàn)圖2。

圖2  不同轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度下的切削力

       由圖可以看出，在同一進(jìn)給速度下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，切削力在逐漸變小。選用不同進(jìn)給速度時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，切削力減小的趨勢(shì)略有不同；低進(jìn)給速度時(shí)，切削力減小的趨勢(shì)較快；同一轉(zhuǎn)速時(shí)，隨著進(jìn)給速度的增加，切削力增大。在轉(zhuǎn)速高于2500r/min時(shí)，不同進(jìn)給速度下的切削力均有下降的趨勢(shì)，總的來(lái)說(shuō)，低進(jìn)給速度下的切削力下降的速度較快。

       （2）加工工藝參數(shù)對(duì)后刀面磨損的影響

       圖3為根據(jù)表1中數(shù)據(jù)繪制出的加工工藝參數(shù)對(duì)槍鉆后刀面磨損的影響規(guī)律。

圖3  不同轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度下的外刃后刀面磨損值

       由圖可知，同一進(jìn)給速度時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，后刀面磨損值開(kāi)始時(shí)呈減小趨勢(shì)，但進(jìn)給速度較大時(shí)，在轉(zhuǎn)速超過(guò)3000r/min后，后刀面的磨損值隨著轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增加而增大。同一轉(zhuǎn)速時(shí)，隨著進(jìn)給速度的增加，后刀面的磨損值增加。從圖中可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的增加，不同進(jìn)給速度下后刀面的磨損值都有一定的波動(dòng)。低的進(jìn)給速度下后刀面的磨損值變化的范圍小，并且比其他進(jìn)給速度下后刀面的磨損值小。

       小結(jié)

       （1）試驗(yàn)說(shuō)明，切削力隨轉(zhuǎn)速的增大而減小，隨進(jìn)給速度的增大而增大。進(jìn)給速度很大的情況下，轉(zhuǎn)速是影響切削力的主要因素；低轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)給速度是影響切削力的主要因素；轉(zhuǎn)速高于2500r/min時(shí)，不同進(jìn)給速度下的切削力均呈下降的趨勢(shì)。

       （2）試驗(yàn)說(shuō)明，后刀面的磨損值隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，轉(zhuǎn)速大于3000r/min時(shí)，高進(jìn)給速度下的后刀面磨損值隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，鉆削加工時(shí)要恰當(dāng)?shù)倪x擇轉(zhuǎn)速；后刀面的磨損值隨進(jìn)給速度的增大而增大，低進(jìn)給速度下的后刀面磨損值小于高進(jìn)給速度時(shí)后刀面的磨損值，加工孔時(shí)要選擇低進(jìn)給速度。

       （3）試驗(yàn)說(shuō)明，影響切削力的因素同時(shí)也可以對(duì)后刀面的磨損值產(chǎn)生一定的影響。切削力的變化導(dǎo)致在加工過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)，使加工時(shí)刀具與所加工孔之間的接觸力變得不穩(wěn)定，隨著加工的繼續(xù)進(jìn)行導(dǎo)致刀具發(fā)生磨損。這說(shuō)明加工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)和切削力的變化是影響刀具磨損的重要因素。

       （4）通過(guò)試驗(yàn)分析得出，加工過(guò)程中切削力的波動(dòng)小時(shí)，加工中的振動(dòng)也將減小，刀具與孔之間的接觸力變化也將減小，最終刀具的磨損將減小。說(shuō)明降低加工中的振動(dòng)、減小切削力的變化都可以減小刀具的磨損。

       （5）通過(guò)試驗(yàn)可知，降低進(jìn)給速度，適當(dāng)增大轉(zhuǎn)速，不僅可以降低加工過(guò)程中的切削力，也可以減小刀具的磨損。