基于BTA刀具的喷吸钻加工技术教学PPT

1、第三章第三章 基于基于bta刀具的喷吸钻加工技术刀具的喷吸钻加工技术 主要内容主要内容: 1 双管喷吸钻加工技术双管喷吸钻加工技术 1.1 双管喷吸钻的供油和排屑机理双管喷吸钻的供油和排屑机理 1.2 双管喷吸钻及其钻杆设计双管喷吸钻及其钻杆设计 1.3 双管喷吸钻的商品尺寸规格双管喷吸钻的商品尺寸规格 1.4 双管喷吸钻连接器双管喷吸钻连接器 1.5 双管喷吸钻的切削用量选择双管喷吸钻的切削用量选择 1.6 双管喷吸钻加工的净功率、进给力和转矩双管喷吸钻加工的净功率、进给力和转矩 1.7 双管喷吸钻的切削液流量和油压双管喷吸钻的切削液流量和油压 1.8 双管喷吸钻的改进双管喷吸钻的改进 2

2、df深孔加工系统深孔加工系统 2.1 df系统的工作原理系统的工作原理 2.2 df系统与其他深孔加工技术的比较系统与其他深孔加工技术的比较 重点和难点内容重点和难点内容: 双管喷吸钻的供油和排屑机理双管喷吸钻的供油和排屑机理 双管喷吸钻的切削用量选择双管喷吸钻的切削用量选择 df系统的工作原理系统的工作原理 引言引言 bta刀具加工时要求严格密封，只能使用刀具加工时要求严格密封，只能使用专用的专用的 深孔钻床深孔钻床，从而限制了技术的推广应用。，从而限制了技术的推广应用。20世纪世纪60年年 代初，在先进深孔技术普遍开始应用于民用装备制造代初，在先进深孔技术普遍开始应用于民用装备制造 业后，

3、瑞典业后，瑞典sandvik公司推出了一种公司推出了一种基于基于bta刀具刀具 的双管喷吸钻的双管喷吸钻。这种刀具系统不需要严格密封的输油。这种刀具系统不需要严格密封的输油 器（油压头），对机床结构要求比较简单，甚至普通器（油压头），对机床结构要求比较简单，甚至普通 车床、转塔车床等通用机床经简单改造都可用于深孔车床、转塔车床等通用机床经简单改造都可用于深孔 加工。双管喷吸钻逐渐成为加工。双管喷吸钻逐渐成为sandvik公司的主要深公司的主要深 孔加工装备产品。孔加工装备产品。 我国应用该技术最早是在我国应用该技术最早是在1973年的上海新技术展年的上海新技术展 览会上。览会上。 20世纪世纪

4、70年代，日本冶金公司推出了双向供油年代，日本冶金公司推出了双向供油 喷吸钻系统（喷吸钻系统（double feeder）。其结构比双管喷。其结构比双管喷 吸钻简单，吸钻简单，抽屑机理基本相同抽屑机理基本相同，只是在单层，只是在单层bta钻钻 杆后部增加了一套简单的杆后部增加了一套简单的抽屑器，即单管喷吸系抽屑器，即单管喷吸系 统统。改善了排屑条件，扩大了。改善了排屑条件，扩大了bta钻的应用范围，钻的应用范围， 也有利于用普通车床和旧深孔钻床进行改装。上世也有利于用普通车床和旧深孔钻床进行改装。上世 纪纪80年代，我国不少企业应用该技术加工中小直径年代，我国不少企业应用该技术加工中小直径 系

5、列深孔。系列深孔。 以上两种喷吸钻加工技术各有其局限性，不能以上两种喷吸钻加工技术各有其局限性，不能 取代取代bta钻削技术，只是在某些方面对钻削技术，只是在某些方面对bta技术作技术作 了些补充。了些补充。 3.1 双管喷吸钻加工技术双管喷吸钻加工技术 双管喷吸钻加工技术的正规名称为双管喷吸钻加工技术的正规名称为ejector drilling（喷吸钻削喷吸钻削）。为有别于）。为有别于df系统的单管喷系统的单管喷 吸钻削，在我国称之为双管喷吸（射）钻加工技术。吸钻削，在我国称之为双管喷吸（射）钻加工技术。 3.1.1 双管喷吸钻的供油和排屑机理双管喷吸钻的供油和排屑机理 双管喷吸钻与双管喷吸

6、钻与bta钻的异同：钻的异同： 1）同为单边刃、自导向、内排屑深孔钻。）同为单边刃、自导向、内排屑深孔钻。 2）供油和排屑方式不同，导致相应的钻杆、辅具、）供油和排屑方式不同，导致相应的钻杆、辅具、 机床液压系统等方面也有差异。机床液压系统等方面也有差异。 钻头钻头 2的外部结构与的外部结构与bta钻仅有微小差别钻仅有微小差别 （双管喷吸钻头部与大制口之间有一组（双管喷吸钻头部与大制口之间有一组6个沿个沿 周向分布的通油孔周向分布的通油孔，而，而bta钻没有）。在钻钻没有）。在钻 头的内腔设置一根薄壁的内管头的内腔设置一根薄壁的内管9，其内壁为排，其内壁为排 屑通道。当钻头与钻杆（外管）屑通道

7、。当钻头与钻杆（外管）10以方牙螺以方牙螺 纹连接后，内外管之间形成一个提供纹连接后，内外管之间形成一个提供切削液切削液 的环形通道的环形通道，给钻头供油。，给钻头供油。 供油和排屑机理供油和排屑机理： 1. 约约2/3的切削液通过的切削液通过6个通油孔口和钻杆前端个通油孔口和钻杆前端 的环状间隙喷向切削刃部，携带切屑穿过整的环状间隙喷向切削刃部，携带切屑穿过整 个内管向后排出。个内管向后排出。 2. 约约1/3的切削液高压下进入内管后部两排的切削液高压下进入内管后部两排 （共（共6个，在圆周方向互相错开，均匀分布）个，在圆周方向互相错开，均匀分布） 向后倾斜向后倾斜30的喷射槽。的喷射槽。

8、3. 喷射槽的横截面呈喷射槽的横截面呈30圆锥，通道由大变小，圆锥，通道由大变小， 流速由低变高，在内管形成流速由低变高，在内管形成锥状射流锥状射流。 由伯努里方程：由伯努里方程： p01=p+v2 式中式中 p01-流体喷射前的总压力；流体喷射前的总压力； p流体喷射后的静压；流体喷射后的静压； 射流密度；射流密度； v射流速度。射流速度。 射流速度增加，喷射口静压下降，在内管后部产射流速度增加，喷射口静压下降，在内管后部产 生低压区，使排屑通道前后的压力差加大，对钻头生低压区，使排屑通道前后的压力差加大，对钻头 喉部的切屑和切削液产生抽吸力，促使切削液携带喉部的切屑和切削液产生抽吸力，促使

9、切削液携带 切屑加快向外排出。切屑加快向外排出。 内管的设置及其抽吸作用，产生的内管的设置及其抽吸作用，产生的附加效果附加效果如下：如下： （1）内排屑深孔钻的排屑状况得到明显改善（特别）内排屑深孔钻的排屑状况得到明显改善（特别 当钻头直径较小时）。当钻头直径较小时）。 （2）对同样的钻头直径，所需油压和流量仅为）对同样的钻头直径，所需油压和流量仅为bta 钻的钻的1/2左右，减轻了对机床密封的要求；左右，减轻了对机床密封的要求； （3）供油通道不再是钻杆外壁与已加工孔壁之间的环）供油通道不再是钻杆外壁与已加工孔壁之间的环 状空间，不需要严格密封，可以在多种卧式或立式机状空间，不需要严格密封，

10、可以在多种卧式或立式机 床上采用。床上采用。 （4）省去了输油器，以纵向尺寸较短的钻套支架代替，）省去了输油器，以纵向尺寸较短的钻套支架代替， 当钻孔深度一定时，钻杆的悬伸长度将减短，从而使当钻孔深度一定时，钻杆的悬伸长度将减短，从而使 钻杆总扭转变形量得以降低。钻杆总扭转变形量得以降低。 在实际使用中，双管喷吸钻存在的在实际使用中，双管喷吸钻存在的技术缺点技术缺点： 由于喷射口分布在内管上，所产生的抽吸力有限，由于喷射口分布在内管上，所产生的抽吸力有限， 通常当工件孔深超过通常当工件孔深超过1000mm时，抽吸作用不明显。因时，抽吸作用不明显。因 此钻孔深度限制在此钻孔深度限制在1000mm

11、左右。否则推动切屑进入出左右。否则推动切屑进入出 屑口的动量不如屑口的动量不如bta钻，导致排屑效果不如钻，导致排屑效果不如bta钻。这钻。这 是双管喷吸钻无法取代是双管喷吸钻无法取代bta实体钻的主要原因。实体钻的主要原因。 双管喷吸钻的排屑通道直径小于双管喷吸钻的排屑通道直径小于bta钻，当钻头钻，当钻头 直径很小时更容易发生堵屑。因此，双管喷吸钻的最小直径很小时更容易发生堵屑。因此，双管喷吸钻的最小 可钻孔直径要大于可钻孔直径要大于bta钻。钻。 如如sandvik公司产品目录中，双管喷吸钻的最小供货公司产品目录中，双管喷吸钻的最小供货 直径为直径为18.4mm，而，而bta钻为钻为15

12、.6mm。 与与bta钻相比，失去了切削液对钻杆振动所产钻相比，失去了切削液对钻杆振动所产 生的阻尼作用，容易使钻杆产生扭转振动。生的阻尼作用，容易使钻杆产生扭转振动。 一般采取的措施是，在钻杆支承架部位设置兼有一般采取的措施是，在钻杆支承架部位设置兼有 支承作用的振动阻尼装置，或是降低进给量和切削速支承作用的振动阻尼装置，或是降低进给量和切削速 度。度。 机床的通用性受到局限。不适合加工长深孔，也机床的通用性受到局限。不适合加工长深孔，也 不适用于多品种小批量深孔零件加工。刀具成本高于不适用于多品种小批量深孔零件加工。刀具成本高于 bta钻，供货周期长，没有专业供货商，也难于自行钻，供货周期

13、长，没有专业供货商，也难于自行 制造。制造。 为了使钻头开始切入工件时的正确位置，避免为了使钻头开始切入工件时的正确位置，避免 切削液外溅，须在工件上预钻引导孔。切削液外溅，须在工件上预钻引导孔。 当使用钻套时，引导孔可以短些。此时，引导孔当使用钻套时，引导孔可以短些。此时，引导孔 的直径稍小于钻头直径的下限。如果不用钻套，引导的直径稍小于钻头直径的下限。如果不用钻套，引导 孔应适当长些，引导孔的直径也应稍大于钻头直径。孔应适当长些，引导孔的直径也应稍大于钻头直径。 钻孔前，应先在工件中心架上调整引导孔的位置，使钻孔前，应先在工件中心架上调整引导孔的位置，使 引导孔与钻头同轴。引导孔与钻头同轴

14、。 双管喷吸钻用于实体钻孔和扩孔，不能用双管喷吸钻用于实体钻孔和扩孔，不能用 于套料。双管喷吸式扩钻规格与于套料。双管喷吸式扩钻规格与bta钻相同，钻相同， 只不过比只不过比bta钻多出钻多出6个出油孔，加配一根相应个出油孔，加配一根相应 尺寸的内管。扩孔时的切屑排出量少于实体钻，尺寸的内管。扩孔时的切屑排出量少于实体钻， 对于排屑影响不大。对于排屑影响不大。 当用于刀具旋转方式时，双管喷吸钻需要当用于刀具旋转方式时，双管喷吸钻需要 一台刀杆旋转式连接器夹持钻杆。通常只用于一台刀杆旋转式连接器夹持钻杆。通常只用于 工件固定的较大批量加工。旋转式连接器还可工件固定的较大批量加工。旋转式连接器还可

15、 以按加工中心的接口方式设计成快换式夹刀模以按加工中心的接口方式设计成快换式夹刀模 块。列入加工中心的刀库，在加工中心上使用。块。列入加工中心的刀库，在加工中心上使用。 3.1.2 双管喷吸钻及其钻杆设计双管喷吸钻及其钻杆设计 双管喷吸钻切削部分的设计方法，与双管喷吸钻切削部分的设计方法，与bta 钻基本一致。二者的主要区别在于钻基本一致。二者的主要区别在于钻头体和钻钻头体和钻 杆杆。 1. 15.6465mm的钻头采取焊接刀片，的钻头采取焊接刀片， 2. 25180mm的采取机夹可转位刀片结构，的采取机夹可转位刀片结构， 见图见图2。 自行设计钻头和钻杆时，保证最佳的供油排自行设计钻头和钻杆

16、时，保证最佳的供油排 屑效果和提高钻杆刚度，对具体的工件进行屑效果和提高钻杆刚度，对具体的工件进行 “一对一一对一”设计。设计。 （a）焊接型；（b）机夹可转位型 深孔刀具的深孔刀具的突出特点突出特点： 1. 工艺复杂、生产环节多，工艺复杂、生产环节多， 2. 尺寸规格繁多、批量小。对钻头实行直径尺尺寸规格繁多、批量小。对钻头实行直径尺 寸分段，以减少刀体规格和钻杆尺寸规格，对寸分段，以减少刀体规格和钻杆尺寸规格，对 刀具的生产供货、降低成本都是十分必要的。刀具的生产供货、降低成本都是十分必要的。 焊接刀片喷吸钻钻头的订货尺寸规格是每焊接刀片喷吸钻钻头的订货尺寸规格是每 组相差组相差0.01m

17、m，由，由18.40到到65.00mm将有将有 4661个规格；个规格； 机夹钻头由机夹钻头由65.0065.00到到180.00180.00有有1150111501个个 规格，钻杆的尺寸规格数将达规格，钻杆的尺寸规格数将达1616216162个之多。个之多。 如果如果18.40-20.0018.40-20.00，20.0121.8020.0121.80 两种刀具尺寸规格共用一种规格的钻杆，则钻杆两种刀具尺寸规格共用一种规格的钻杆，则钻杆 按按20.0020.00设计，对于设计，对于18.4018.40的钻头来说，供油的钻头来说，供油 通道面积就偏小；而对于通道面积就偏小；而对于21.8021

18、.80的钻头，排屑的钻头，排屑 通道面积偏小。通道面积偏小。 3.1.2.1 双管喷吸钻的双管喷吸钻的设计要点设计要点 （1）钻头直径（钻头直径（d） 钻头直径公称尺寸取为孔下限尺寸加孔公差带的钻头直径公称尺寸取为孔下限尺寸加孔公差带的 2/3，钻头制造公差按，钻头制造公差按h4标准，或对标准，或对65mm以下的钻以下的钻 头头d ，对，对65mm以上取以上取d 。 钻头与钻杆的尺寸标记见图钻头与钻杆的尺寸标记见图3。 0 005.0 0 01.0 切削液流向切削刃部时，需穿过宽度为（切削液流向切削刃部时，需穿过宽度为（d-d1） /2的环行通道，的环行通道，d1值的大小对供油效果有直接影响。

19、值的大小对供油效果有直接影响。 具体确定原则是：切削液在钻头头部与已加工孔具体确定原则是：切削液在钻头头部与已加工孔 壁之间的通油面积，应与内外管之间的通油面积持平壁之间的通油面积，应与内外管之间的通油面积持平 或略小。或略小。 据此原则，取据此原则，取 d1=（0.930.95）d为适当。为适当。 （2）钻头体外径（钻头体外径（d1） （3）外钻杆外径）外钻杆外径d01 钻杆外径不再起供油通道作用，其尺寸越大钻杆外径不再起供油通道作用，其尺寸越大 越好，有足够的刚度，同时又为内管、供油通越好，有足够的刚度，同时又为内管、供油通 道和排屑通道的设计留有充分的空间。但不能道和排屑通道的设计留有充

20、分的空间。但不能 大于钻头直径。大于钻头直径。 参照枪钻，取参照枪钻，取d01=0.98d。 （4）外钻杆内径）外钻杆内径d02 既保证钻杆有足够的刚度，又能为供油、排既保证钻杆有足够的刚度，又能为供油、排 屑通道留下较充分的面积。屑通道留下较充分的面积。 参照参照bta钻，取钻，取d02=0.7d，与，与bta钻基本相钻基本相 等。等。 （5）内管外径）内管外径d01 根据生产实践经验，内外管之间的单边通根据生产实践经验，内外管之间的单边通 油间隙取（油间隙取（d02-d01）/2，对于较小钻头直径，对于较小钻头直径， 不应小于不应小于1mm。随钻头直径增大，可按钻头。随钻头直径增大，可按钻

21、头 直径增大量的直径增大量的1/10加大加大d01值，即：值，即： d=18.40mm40.00mm，取，取 d01=d02-2; d=40.01mm65.00mm,取取d01=d02-3； d65.00mm，取，取d01=d02-( d/10 -3); (6)内管壁厚的确定内管壁厚的确定 加工时加工时,内管不承受切削力和转矩，只在径向受到内管不承受切削力和转矩，只在径向受到 切削液的微小压力差和排屑通道中流过的切屑和切削液切削液的微小压力差和排屑通道中流过的切屑和切削液 的重力作用。为了扩大排屑通道面积，通常采用强度较的重力作用。为了扩大排屑通道面积，通常采用强度较 高的薄壁无缝管做内管。高

22、的薄壁无缝管做内管。 根据根据gb8162-87所列规格，可确定：所列规格，可确定： d40mm 时，时，t=0.5mm;d=4085mm时，时，t=1mm; d85mm时，时，t=1.5mm。 按上述计算求得的按上述计算求得的d01值，必须按国标规格进行校值，必须按国标规格进行校 核和修正。例如核和修正。例如gb8162-87规定有规定有57，60，63的的 外径规格，如算得的外径规格，如算得的d01为为58，就修正为，就修正为57。 （7）内管与钻头直径结合部直径）内管与钻头直径结合部直径d03 两种不同的方案。两种不同的方案。 图图4（a）为内管前端扩口式，用于）为内管前端扩口式，用于6

23、5mm以以 下的焊接刀片喷吸钻；图（下的焊接刀片喷吸钻；图（b）为不扩口式，用于）为不扩口式，用于 65mm以上的机夹可转位刀片钻头。以上的机夹可转位刀片钻头。 采用扩口式的内管，其扩口部分的外径尺寸采用扩口式的内管，其扩口部分的外径尺寸 d03比比d01大大23mm（钻头直径小时，取小值）。（钻头直径小时，取小值）。 不扩口内管则直接用外径不扩口内管则直接用外径d01与钻头内腔定位台相与钻头内腔定位台相 配合。配合。 这种结构上的具体差异只不过是为保证通油间这种结构上的具体差异只不过是为保证通油间 隙而作的结构按排，与钻头的功能无关。隙而作的结构按排，与钻头的功能无关。 （a）内管扩口式；（

24、b）内管不扩口式；-进油间隙 （8）钻杆与钻头结合部有关尺寸参数）钻杆与钻头结合部有关尺寸参数 大制口直径大制口直径d3：取取d3=0.9d，保证钻杆，保证钻杆 在该处的壁厚为（在该处的壁厚为（0.98d-0.9d）/2=0.04d。 前供油孔径前供油孔径d：6个供油孔的面积之和与内个供油孔的面积之和与内 外管之间通油截面基本相等，即外管之间通油截面基本相等，即 6（d2 /4）=（d -d ）/4 因此因此d= 2 02 2 01 6/ )( 2 01 2 02 dd 钻头颈部直径钻头颈部直径d2：d2与与d3之间是切削液流出之间是切削液流出 前面的供油孔后，通向切削刃部的通油间隙，其前面的

25、供油孔后，通向切削刃部的通油间隙，其 面积应等于或稍小于内外管的流道截面积，由此面积应等于或稍小于内外管的流道截面积，由此 得：得： d -d d -d , 故故d2 其他尺寸参数如方牙螺纹大径其他尺寸参数如方牙螺纹大径d4，小径，小径d5，螺，螺 纹头数纹头数n，导程，导程p，小制口，小制口d6等，可参照等，可参照bta钻的钻的 计算方法。在所有径向尺寸确定后，应对连接部计算方法。在所有径向尺寸确定后，应对连接部 分强度进行演算，必要时对有关尺寸进行调整。分强度进行演算，必要时对有关尺寸进行调整。 2 3 2 2 2 02 2 01 2 01 2 02 2 3 ddd （9）钻杆长度）钻杆长

26、度l 双管喷吸钻通常只适用于加双管喷吸钻通常只适用于加1000mm左右的短左右的短 工件，工件，sandvik公司将钻杆长度定为公司将钻杆长度定为400、630和和 1070mm三种规格。如自行设计制造，可参照下列三种规格。如自行设计制造，可参照下列 经验公式：经验公式： l=l孔孔+l套套+（80120）（）（mm） l孔孔工件孔深（工件孔深（mm）;l套套钻套长度（钻套长度（mm）。）。 留量留量80120mm中，包括钻杆夹持部分的长度、中，包括钻杆夹持部分的长度、 钻头对孔的超出量、工件末端与钻套之间的间隙钻头对孔的超出量、工件末端与钻套之间的间隙 （1mm左右）及钻杆后端留量。内管长度

27、比钻杆左右）及钻杆后端留量。内管长度比钻杆 长度加长度加30mm，以满足连接器定位的需要。，以满足连接器定位的需要。 （10）负压喷射槽的设计）负压喷射槽的设计 负压喷射槽又称负压喷射槽又称“月牙槽月牙槽”或或“鱼鳞槽鱼鳞槽”，用，用 来在内管中产生负压抽吸作用，是双管喷吸钻的来在内管中产生负压抽吸作用，是双管喷吸钻的关关 键结构键结构。 影响负压抽吸效果的主要因素是影响负压抽吸效果的主要因素是： 1. 喷射槽对内管轴线倾斜角喷射槽对内管轴线倾斜角； 2. 喷射槽宽度喷射槽宽度s；喷射槽总面积；喷射槽总面积； 3. 喷射槽在内管纵向长度的位置。喷射槽在内管纵向长度的位置。 这些参数应与钻头直径

28、、切削液压力和流量、这些参数应与钻头直径、切削液压力和流量、 切削液粘度相匹配，才能取得最佳抽屑效果。切削液粘度相匹配，才能取得最佳抽屑效果。 由于双管喷吸钻结构设计中受到的约由于双管喷吸钻结构设计中受到的约 束条件太多，如内、外管之间的间隙即切束条件太多，如内、外管之间的间隙即切 削液通道宽度、内管厚度、内管直径即排削液通道宽度、内管厚度、内管直径即排 屑通道直径面积等，很难通过实验方法取屑通道直径面积等，很难通过实验方法取 得最佳的参数匹配，因此，对负压喷射槽得最佳的参数匹配，因此，对负压喷射槽 各参数的设计仅限于采用经验方法。图各参数的设计仅限于采用经验方法。图6为为 喷射槽的示意。喷射

29、槽的示意。 图6 喷射槽示意图 （a）喷射槽倾角）喷射槽倾角 值越小，负压抽屑效应也越大。但由于受值越小，负压抽屑效应也越大。但由于受 工艺上的限制，一般取工艺上的限制，一般取=30。 （b）喷射槽宽度）喷射槽宽度s 供油通道间隙（供油通道间隙（17.5mm）和内管壁厚）和内管壁厚 （0.51.5mm）很薄是约束喷射槽宽度（）很薄是约束喷射槽宽度（s） 值不可能太大的先天条件，否则将难以形成射值不可能太大的先天条件，否则将难以形成射 流。一般流。一般s取值取值0.20.4mm。d大时，取大值。大时，取大值。 （c） 喷射槽长度和数目喷射槽长度和数目 喷射流应当环绕内管内壁喷射流应当环绕内管内壁

30、360，形成一个，形成一个 锥形射流面，又不造成内管在切削液的高压下锥形射流面，又不造成内管在切削液的高压下 产生过大变形或断裂。通常采取的办法是：将产生过大变形或断裂。通常采取的办法是：将 喷射槽（椭圆曲线之长径区段），沿直径分为喷射槽（椭圆曲线之长径区段），沿直径分为 两列，每列两列，每列3个槽，间隔个槽，间隔120排布，每槽占有排布，每槽占有 圆心角圆心角 60，两列之间的距离应尽可能靠近，两列之间的距离应尽可能靠近， 一般取一般取510mm 由此可得喷射槽的总面积为由此可得喷射槽的总面积为 6d01/6s=d01s 单位是平方毫米。单位是平方毫米。 (d)喷射槽的位置喷射槽的位置 通常

31、设置在距内管末端通常设置在距内管末端2030mm处。但当处。但当 所加工孔的相对长径比较大时，将喷射槽前移至所加工孔的相对长径比较大时，将喷射槽前移至 内管前半段，可取得更好的抽屑效果。内管前半段，可取得更好的抽屑效果。有些国外有些国外 实验结果甚至表明，将喷射槽设在紧靠钻头出屑实验结果甚至表明，将喷射槽设在紧靠钻头出屑 口喉部的位置，效果最好口喉部的位置，效果最好。 双管喷吸钻、钻杆及内管主要参数的经验设双管喷吸钻、钻杆及内管主要参数的经验设 计公式及数据列于表计公式及数据列于表1.3-1。(p212) 表中个代号的含义同图表中个代号的含义同图3、图、图4和图和图5。 3.1.3 双管喷吸钻

32、连接器双管喷吸钻连接器 连接器具有三种功能：连接器具有三种功能： 1. 输油输油; 2. 抽屑抽屑; 3. 夹持钻杆。夹持钻杆。 采用钻头旋转方式时，连接器还承担采用钻头旋转方式时，连接器还承担 将主轴的转矩传给钻头钻杆的功能。将主轴的转矩传给钻头钻杆的功能。 连接器的结构分为两类连接器的结构分为两类：见图：见图7， 1. 钻头不转的连接器钻头不转的连接器 2. 钻头旋转的连接器。钻头旋转的连接器。 图7 钻头不旋转的双管喷吸钻连接器 （a）筒形连接器（b）带螺纹柄的连接器 钻头不转的连接器钻头不转的连接器，其功能和外形都与，其功能和外形都与 bta钻的筒式输油器相似：钻的筒式输油器相似： 1

33、. 油孔接头与输油管相接，供油；油孔接头与输油管相接，供油； 2. 夹紧螺母夹紧螺母1和可更换的弹簧夹头和可更换的弹簧夹头2， 夹紧钻杆并自动定心；夹紧钻杆并自动定心； 3. 定位台定位台3，定位密封内管末端；钻头，定位密封内管末端；钻头 直径大于直径大于65mm时，连接器也可以设计成时，连接器也可以设计成 图图7（b），带螺母的短粗形结构。连接器），带螺母的短粗形结构。连接器 安装在进给刀座上，其末端与排屑橡胶管对安装在进给刀座上，其末端与排屑橡胶管对 接。接。 钻头旋转式连接器钻头旋转式连接器构造较复杂，与圆筒式构造较复杂，与圆筒式 连接器类似。连接器类似。 二者的区别：二者的区别： （1

34、）有一个与机床主轴配合的柄部（莫氏，）有一个与机床主轴配合的柄部（莫氏， iso标准，法兰盘，等等），将机床主轴的转标准，法兰盘，等等），将机床主轴的转 矩和功率传向钻头；矩和功率传向钻头； （2）有一个不旋转的外壳，以形成进油通）有一个不旋转的外壳，以形成进油通 道和排屑出口的密封。道和排屑出口的密封。 莫氏锥用于莫氏锥用于18.465.00mm，iso锥柄用锥柄用 于于65.00183.90mm；法兰盘用于各种钻头；法兰盘用于各种钻头 直径。直径。 3.3 双管喷吸钻连接器双管喷吸钻连接器 图8 钻头旋转式双管喷吸钻连接器 3.1.4 双管喷吸钻切削用量选择双管喷吸钻切削用量选择 双管喷吸

35、钻的双管喷吸钻的切削用量选择原则切削用量选择原则与与bta钻基钻基 本相同：本相同： 1. 根据被加工材质确定刀片牌号，根据被加工材质确定刀片牌号， 2. 结合钻头直径选定进给量（结合钻头直径选定进给量（f）值）值 3. 根据机床功率、油箱容积等条件决定切削速根据机床功率、油箱容积等条件决定切削速 度（度（v）。）。 双管喷吸钻具有抽屑功能，而且钻孔的长径双管喷吸钻具有抽屑功能，而且钻孔的长径 比不大，切削速度比比不大，切削速度比bta钻大一些。但在进行扩钻大一些。但在进行扩 孔时，仍采用与孔时，仍采用与bta钻相同的切削用量。钻相同的切削用量。 3.1.5 双管喷吸钻加工进给力和转矩双管喷吸

36、钻加工进给力和转矩 图图9至图至图11分别为双管喷吸钻的净分别为双管喷吸钻的净 功率、进给力、转矩的参考用线图。功率、进给力、转矩的参考用线图。 由于工件材质、钻头磨损状态和机由于工件材质、钻头磨损状态和机 床因素等的差异，这些曲线图仅供床因素等的差异，这些曲线图仅供 进行工程估算时参考。进行工程估算时参考。 3.5 双管喷吸钻加工进给力和转矩双管喷吸钻加工进给力和转矩 图9 双管喷吸钻的净功率 3.1.6 双管喷吸钻切削液流量和油压双管喷吸钻切削液流量和油压 由于负压抽吸作用的良性影响，由于负压抽吸作用的良性影响， 双管喷吸钻的切削液流量和油压明显双管喷吸钻的切削液流量和油压明显 低于低于b

37、ta钻。图钻。图12和图和图13分别为分别为 其流量和压力曲线（平均值）。其流量和压力曲线（平均值）。 3.6 双管喷吸钻切削液流量和油压双管喷吸钻切削液流量和油压 图12 双管喷吸钻切削液流量 3.1.7 双管喷吸钻的改进双管喷吸钻的改进 内排屑深孔钻的内排屑深孔钻的关键技术关键技术是能否顺畅是能否顺畅 排出切屑。双管喷吸钻将射流产生负压效应排出切屑。双管喷吸钻将射流产生负压效应 的机理引入到排屑通道，通过改善排屑效果的机理引入到排屑通道，通过改善排屑效果 提高了钻孔效率，这是内排屑深孔钻的一个提高了钻孔效率，这是内排屑深孔钻的一个 重大进步。重大进步。 但双管喷吸钻的设计理论和方法尚不成但

38、双管喷吸钻的设计理论和方法尚不成 熟，在结构和工艺上又受到多种因素的制约，熟，在结构和工艺上又受到多种因素的制约， 导致该技术的应用效果缺乏稳定性，在通用导致该技术的应用效果缺乏稳定性，在通用 性和经济性方面也不理想。性和经济性方面也不理想。 双管喷吸钻双管喷吸钻存在的问题存在的问题是：是： （1）结构方面的矛盾）结构方面的矛盾 保证钻杆有足够刚度，要求钻杆有一定保证钻杆有足够刚度，要求钻杆有一定 的壁厚，但由于有内管，只能通过增大钻的壁厚，但由于有内管，只能通过增大钻 杆内径才能使排屑通道截面面积增大。杆内径才能使排屑通道截面面积增大。 内管内径越大排屑越好，但将导致供油内管内径越大排屑越好

39、，但将导致供油 通道面积减小，流向切削刃的油压增大，通道面积减小，流向切削刃的油压增大， 如果流量不足，导致切屑在钻头出屑口喉如果流量不足，导致切屑在钻头出屑口喉 部被堵塞。部被堵塞。 内管越薄，钻杆内径可利用空间越内管越薄，钻杆内径可利用空间越 大，但内管的受力和喷射槽的要求，大，但内管的受力和喷射槽的要求， 壁厚应尽可能大。壁厚应尽可能大。 内管的受力：内管的受力：切削液对其外壁的切削液对其外壁的 压力，切屑和切削液的重力，喷射槽压力，切屑和切削液的重力，喷射槽 对其强度造成的削弱等。对其强度造成的削弱等。 喷射槽的要求：喷射槽的要求：喷射槽宽度越大，喷射槽宽度越大， 射流的动量和负压抽力

40、越大，相应增射流的动量和负压抽力越大，相应增 加内管壁厚。加内管壁厚。 （2）工艺方面的矛盾）工艺方面的矛盾 应该选择标准无缝钢管作为钻杆、内应该选择标准无缝钢管作为钻杆、内 管坯料，希望无缝管的外径和壁厚尺寸分管坯料，希望无缝管的外径和壁厚尺寸分 段越小越好，但事实上无法达到统一。导段越小越好，但事实上无法达到统一。导 致生产成本大幅度增加，专业化生产和普致生产成本大幅度增加，专业化生产和普 及应用成为十分困难。及应用成为十分困难。 以上现实矛盾造成：现有喷吸钻装备以上现实矛盾造成：现有喷吸钻装备 在功能和加工效果上的差异和不稳定性，在功能和加工效果上的差异和不稳定性， 对喷吸钻的优化设计、

41、实验研究和推广也对喷吸钻的优化设计、实验研究和推广也 形成巨大障碍。形成巨大障碍。 双管喷吸钻的改进双管喷吸钻的改进 目标：目标：通油孔面积增大，供油量可调。通油孔面积增大，供油量可调。 图图14（a）为刀具配置，（）为刀具配置，（b）为钻头颈部）为钻头颈部 的纵向喷油孔，（的纵向喷油孔，（c）为内管尾端喷射槽。）为内管尾端喷射槽。 结构特点：结构特点： （1） 将钻头颈部（即钻头体之后，大制口之将钻头颈部（即钻头体之后，大制口之 前）延长，将前）延长，将6个通油孔沿轴向铣（或用电火花个通油孔沿轴向铣（或用电火花 加工）成长约加工）成长约2.5d的长槽孔，与此相应，将内的长槽孔，与此相应，将内

42、 管前端的扩径部分即管前端的扩径部分即d03和钻头内腔的定位面和钻头内腔的定位面 即钻头内径即钻头内径d0都相应加长。都相应加长。 工作原理：工作原理： 当内管左端与钻头内腔当内管左端与钻头内腔 定位台顶时，定位台顶时，6个长槽对内外管之间的个长槽对内外管之间的 切削液通道全部开放，此时钻头颈部的切削液通道全部开放，此时钻头颈部的 通油量处于最大值。当内管向右移动时，通油量处于最大值。当内管向右移动时， 长槽孔通油面积逐渐减小，通油量相应长槽孔通油面积逐渐减小，通油量相应 减少。加工前进行调试，通过调整内管减少。加工前进行调试，通过调整内管 的轴向位置，可以取得前供油通道与后的轴向位置，可以取

43、得前供油通道与后 端喷吸效应的理想匹配，即获得最佳的端喷吸效应的理想匹配，即获得最佳的 喷吸效果。喷吸效果。 图14 前通油孔面积可调式双管喷吸钻示意 1-钻头；2-钻杆；3-长通油孔；4-内管；5-连接器；6-螺套； （2）内管前端扩大部分的外圆柱面）内管前端扩大部分的外圆柱面 d03，可以沿轴线方向在钻头内径，可以沿轴线方向在钻头内径d0平平 移，调节通油面积。移，调节通油面积。 方法是方法是：在连接器：在连接器5的后端加一个具的后端加一个具 有内螺纹的螺套有内螺纹的螺套6，将内管尾端外径加大，将内管尾端外径加大， 车出螺纹。带有外螺纹的螺圈车出螺纹。带有外螺纹的螺圈7可拧入螺可拧入螺 套

44、套6，两个小圆螺母，两个小圆螺母8用以固定螺圈用以固定螺圈7的轴的轴 向位置。旋转螺圈向位置。旋转螺圈7，可通过小螺母，可通过小螺母8使使 内管前后移位，从而实现对钻头颈部通内管前后移位，从而实现对钻头颈部通 油量的调节。油量的调节。 对内管喷射槽的改进对内管喷射槽的改进，是提高双管喷，是提高双管喷 吸钻排屑效果的又一重要方向。国内外经吸钻排屑效果的又一重要方向。国内外经 实践证明有效的成果主要有：实践证明有效的成果主要有： （1）将两排月牙形喷射槽的倾斜角按）将两排月牙形喷射槽的倾斜角按 不等角度加工，使二者的喷流交汇于轴线不等角度加工，使二者的喷流交汇于轴线 同一点，可以同一点，可以提高负

45、压抽屑效果提高负压抽屑效果。见图。见图14 （c）。）。 （2）适当加长月牙槽的长度，使各喷射）适当加长月牙槽的长度，使各喷射 槽之间的槽之间的射流有小量重叠射流有小量重叠，以充分发挥负，以充分发挥负 压抽吸效应。压抽吸效应。 3 3.2 df深孔加工系统深孔加工系统 20世纪世纪70年代中期，日本冶金有限公司年代中期，日本冶金有限公司 利用流体喷射所产生的负压效应，设计出一种利用流体喷射所产生的负压效应，设计出一种 独立的深孔钻抽屑装置装在独立的深孔钻抽屑装置装在bta钻进刀座位置，钻进刀座位置， 从从钻杆末端产生负压以促进排屑钻杆末端产生负压以促进排屑。 与与bta钻的单一油路相比，它是一

46、种双向钻的单一油路相比，它是一种双向 供油系统，命名为供油系统，命名为df系统（系统（double feeder system）。）。 该系统所用刀具和输油器与该系统所用刀具和输油器与bta完全相同，完全相同， 只是将切削液分出另一支路用以产生喷流。只是将切削液分出另一支路用以产生喷流。 3.2.1 df系统的工作原理系统的工作原理 除抽屑装置外，其余要素与除抽屑装置外，其余要素与bta钻完全相同。钻完全相同。 1）进给箱与抽屑装置为一体进给箱与抽屑装置为一体。由箱体。由箱体8、钻杆夹头、钻杆夹头7、 前喷嘴前喷嘴 8、后喷嘴、后喷嘴9、密封件、进油管、出屑管等零、密封件、进油管、出屑管等零

47、件和标准件组成。件和标准件组成。 2）由油泵输送的切削液分为前后两支由油泵输送的切削液分为前后两支。前一支经过。前一支经过 钻套、已加工孔壁与钻杆、钻头体上的通油间隙流向钻套、已加工孔壁与钻杆、钻头体上的通油间隙流向 切削刃，将切屑推入钻头喉部，经钻头内腔进入钻杆，切削刃，将切屑推入钻头喉部，经钻头内腔进入钻杆， 再进入抽屑器；再进入抽屑器； 后一支进入抽屑装置箱体，经前、后喷嘴之间喇后一支进入抽屑装置箱体，经前、后喷嘴之间喇 叭口状的窄狭锥形间隙叭口状的窄狭锥形间隙，因，因流道逐渐变小而获得加流道逐渐变小而获得加 速，在钻杆尾端形成圆锥面的射流，产生负压抽吸作速，在钻杆尾端形成圆锥面的射流，

48、产生负压抽吸作 用，用，从而加速钻头喉部至钻杆内腔整个排屑通道中的从而加速钻头喉部至钻杆内腔整个排屑通道中的 介质流动速度，介质流动速度，达到加速和顺畅排屑的目的达到加速和顺畅排屑的目的。 图16 df系统配置示意 1-工件；2-中心架；3-bta钻；4-钻套；5-输油器；6-钻杆； 7-钻杆夹头；8-抽屑装置；9-前喷嘴；10-后喷嘴 3.2.2 df系统与其他深孔加工技术的比较系统与其他深孔加工技术的比较 一、一、df系统与双管喷吸钻的比较系统与双管喷吸钻的比较 （1）将双管喷吸钻的内管取消，钻头改为）将双管喷吸钻的内管取消，钻头改为 bta钻，并以两个锥形空心喷嘴构成的抽屑装钻，并以两个

49、锥形空心喷嘴构成的抽屑装 置取代双管喷吸钻内管的月牙槽，在置取代双管喷吸钻内管的月牙槽，在结构上简结构上简 化了双管喷吸钻化了双管喷吸钻。 （2）继承了双管喷吸钻在负压效应方面的设）继承了双管喷吸钻在负压效应方面的设 计思路：第一，喷嘴间隙计思路：第一，喷嘴间隙取取0.20.5mm；第；第 二，前油路流量取为总流量的二，前油路流量取为总流量的2/3，后油路取为，后油路取为 总流量的总流量的1/3。 射流喷射角射流喷射角是对负压效应产生重要是对负压效应产生重要 影响的一个参数。一般说，影响的一个参数。一般说，较小的喷射角较小的喷射角 能够产生较大的轴向射流分量能够产生较大的轴向射流分量，从而产生

50、，从而产生 较大负压效应。但双管喷吸钻受到结构和较大负压效应。但双管喷吸钻受到结构和 工艺上的局限，工艺上的局限，取值不小于取值不小于25。 df系统的喷嘴则可能加工成更小的系统的喷嘴则可能加工成更小的 锥角。锥角。 根据我们工艺所自己的研究，证明根据我们工艺所自己的研究，证明 取取=2025是完全可行的，因而能取是完全可行的，因而能取 得比双管喷吸钻更好的抽屑效果。得比双管喷吸钻更好的抽屑效果。 （3）df系统抽屑装置与双管喷吸钻内管的差别系统抽屑装置与双管喷吸钻内管的差别 内管直径（包括外径和内径）是与钻头直径配内管直径（包括外径和内径）是与钻头直径配 套设计的；钻头直径越大，喷射槽的总面

51、积越大。套设计的；钻头直径越大，喷射槽的总面积越大。 而而df抽屑装置喷嘴的内径和间隙无法适用于不同抽屑装置喷嘴的内径和间隙无法适用于不同 尺寸的钻杆。为某种钻头设计的抽屑器，只能用于尺寸的钻杆。为某种钻头设计的抽屑器，只能用于 变动很小的钻头直径范围，否则就必须更换新的喷变动很小的钻头直径范围，否则就必须更换新的喷 嘴副并进行调整。嘴副并进行调整。 （4）df抽屑器喷嘴是一个完整的圆锥，而不像双抽屑器喷嘴是一个完整的圆锥，而不像双 管喷吸钻内管要有两排相互断隔的弧形槽。因而，管喷吸钻内管要有两排相互断隔的弧形槽。因而， 所产生的射流形态比双管喷吸钻更优越，抽屑效果所产生的射流形态比双管喷吸钻

52、更优越，抽屑效果 更大。更大。 根据以上分析对比，得出以下根据以上分析对比，得出以下结论结论： df系统和双管喷吸钻都利用射流负压抽屑原理，系统和双管喷吸钻都利用射流负压抽屑原理， 排屑功能都比排屑功能都比bta钻有明显的提高，特别是对钻有明显的提高，特别是对 25mm以内的内排屑深孔加工表现突出。油压和以内的内排屑深孔加工表现突出。油压和 流量都比流量都比bta钻明显降低。钻明显降低。 在钻孔直径范围方面，双管喷吸钻的最小钻孔在钻孔直径范围方面，双管喷吸钻的最小钻孔 直径为直径为18.4mm，df系统由于不设内管而且负压系统由于不设内管而且负压 抽屑功能更强，因而最小钻孔直径更小。抽屑功能更

53、强，因而最小钻孔直径更小。 根据我们的研究，如以长径比等于根据我们的研究，如以长径比等于40及能实现及能实现 顺利排屑为约束条件，则顺利排屑为约束条件，则df系统用于系统用于8mm钻孔具钻孔具 有技术可行性，但有技术可行性，但df系统钻孔的经济合理限度为系统钻孔的经济合理限度为 12mm。 df系统和双管喷吸钻各自适用于不同的生产系统和双管喷吸钻各自适用于不同的生产 类型和深孔零件。类型和深孔零件。 二、二、df系统与系统与bta技术的对比技术的对比 （1）在机床设备方面，）在机床设备方面，df系统适应性更大。系统适应性更大。 所有用于所有用于bta技术的钻床均可用于技术的钻床均可用于df系统。枪系统。枪 钻机床、普通车床等，都可以改造为钻机床、普通车床等，都可以改造为df深孔钻深孔钻 床。床。df系统对油泵排油量、油箱容积和机床密系统对油泵排油量、油箱容积和机床密 封的要求也低于同直