枪钻系统加工中的辅具设计

1、中北大学届毕业设计说明书目 录1引言12现代深孔加工技术简析32.1枪钻系统32.2 bta系统92.3 df系统132.3.1 内排屑df系统162.3.2 外排屑df系统173深孔钻系统辅具173.1输油器173.1.1 bta输油器183.1.2枪钻输油器203.2排屑器213.2.1枪钻排屑器213.2.2 bta钻排屑器213.2.3 df系统排屑器223.3工件和钻杆支承装置234枪钻辅具设计234.1枪钻排屑器设计234.1.1导向套244.2枪钻输油器设计254.2.1弹簧夹头265结论28参考文献：29致谢311引言深孔加工技术一般是指加工长径比即孔全长与孔径之比很大，因而为

2、通用工具、机床所不能胜任而必须采用的特殊工艺、工具及设备在机械制造领域中，深孔加工、齿轮加工等都是制造业的重要分支领域，与一般制造工艺技术相辅相成,在机械制造领域中具有举足轻重的地位近代深孔加工技术是因枪、炮管制造的需要而发展起来的直到第二次世界大战时期,深孔加工工具与设备肠以上用于兵器制造外排屑式的枪钻和单刃平头炮钻曾经是有效的深孔刀具年代出现了镶硬质合金枪钻和内排屑钻头，使深孔加工的效率提高倍以上,加工质量相应地大幅度提高，为深孔加工技术在煤炭、石油机具制造中的应用,重型机器、冶金机械、电力设备、液压件制造、航天工业等行业的大量应用开阔了道路到了年代,深孔加工技术已成为几乎所有制造行业不可

3、缺少的关键工艺技术在现代机械产品中,深孔零件常常成为决定产品质量水平和效益的关键件在我国数百家以深孔零件为主要加工对象的大中型企业中，深孔加工技术已是对企业产品质量和效益起决定作用的技术即在一般制造业中,深孔加工也常常成为“卡脖子”技术。2现代深孔加工技术简析2.1枪钻系统 图 2.1枪钻系统枪钻（gun drill）产生于1930年，是最早用于实际生产的一种单边刃切削外排屑枪钻系统钻头。因其产生于枪管和小口径炮管制造，故名枪钻。最早的枪钻有钻头（切削部分）、钻杆和钻柄（driver）三段焊为一体，钻头切削刃偏离轴线一侧的钻尖区分出内、外两个切削刃。沿钻头和钻杆的全长上有一个前后贯通的v形排屑

4、槽。钻杆由薄壁无封钢管轧出v形槽而成。钻头上与v形排屑槽的对侧有通孔，与钻杆的空腔相连，构成切削液供入通道。枪钻曾演变出不同的一些异形结构和双边刃外排屑钻头。但各种双边刃外排屑钻头并不具有枪钻的自导向功能，从严格意义上讲不应该称为枪钻，但可列入外排屑枪钻系统钻门类。 图2.2枪钻由钻头、钻杆和钻柄三个部分构成，见图2.2。 枪钻的外部有一条贯通前后的v形槽，供排出切屑之用；位于v形槽对侧，设有油孔，供通入切削液之用。 图2.3为保证钻头与钻杆准确对接，并能承受较大的转矩，将二者的接口部加工成互相吻合的60尖角形，或90平底形，然后钎焊为一个整体。见图2.3。枪钻的这种不可拆卸结构，带来了一些本

5、质性的缺陷，如重磨时拆卸，安装不便，钻头报废时钻杆不能重复使用，因而也增大了刀具成本等等。钻头直径越大，钻杆越长，上述弊端就越显得突出。这是枪钻不适用于35mm以上深孔加工的一个主要原因。历史上，曾经有不少人多次尝试过采用可拆卸的连接方案（如埋头孔销钉结合、埋头孔柄舌结合、螺纹夹紧v形槽结合、凸轮面结合等），但都因缺乏实用价值而以失败告终。 钻柄的作用：1）与机床实现对接、承受夹持力、传递转矩及进给力；2）在密封条件下向钻头传输高压切削液。其外径必须与钻杆严格同轴，并且有足够大的直径以便于固紧。历史上曾出现过多种型式的钻柄设计，图2.4为其中最常见的形式。 图2.420世纪初还曾出现过由枪钻派

6、生的几种不同结构的外排屑深孔钻：（1） 空心枪钻 相当于基本型枪钻被掏去一个直径不大的中心孔，因此切削刃达不到中心，在钻孔时会像套料钻那样留下一根很细的芯棒。空心枪钻的优点在于避开了中心部切削速度为零（或接近于零）的切削刃，在一定程度上对降低切削力和刃磨前刀面有利。不利之处是增大了枪钻的制造难度。这种枪钻适用于长径比不大的深孔和精密浅孔，特别是某些带芯油阀零件。如图 图2.5示。 图2.5（2） 双刃空心枪钻 图2.6如图2.6示有两个分设于直径对侧但刃宽不相等的切削刃（每侧的切削刃又分为内刃和外刃），中央的通油孔是偏心孔。因此，加工时两侧的切削刃都达不到中心，从而留下一根直径不大的芯棒。由于

7、有双刃参加切削，可以适当加大进给量。另外，其中央芯柱对钻头也能起到一定的定心作用，使钻头的走偏降低。其缺点在于刀杆的制造难度较高，而且排屑槽较窄，不适于加工韧性大的材料。（3） 双油孔单边刃枪钻 图2.7为一种针对粘性材料设计的双油孔单边刃枪钻。位于切削刃上方但位置靠后的第二出油孔，直接将高压切削液冲击正在形成的切屑使之加工折断，同时改善前刀面的润滑条件。这种钻头的主要缺点是前刀面重磨有一定难度，用户较难掌握。 图2.7（4） 双刃外排屑深孔钻 图2.8 图2.8为一种断面类似于麻花钻的双刃外排屑深孔钻，其结构相当于带直槽的油孔麻花钻。由于其双刃完全对称，所以不具备枪钻的单边刃自导向特征，原则

8、上属于油孔麻花钻的变种，但刀具刚度稍逊于麻花钻。由于不具备自导向作用且刚度较低，虽然进给量稍大于枪钻，但钻头易走偏，加工粗糙度也较大。枪钻系统工件一般分为回转体工件和非回转体工件，枪钻系统工件的加工方法一般分以下三种：工件旋转刀具进给式；钻头旋转进给工件固定式；工件与刀具相对旋转式。对于各种非轴类、非管类等非回转体工件的枪钻系统加工，以及在各类非回转体工件表面上加工坐标孔等，多采用第一种加工方法。（1）无负压效应情况下，能量方程为：式中：z，z ，截面处的比位能；p，p ，截面处的平均压力；v, v ，截面处的平均流速；, ，截面处的动能修正系数； 冷却液密度；hl 沿程能量损失。对于我们研究

9、的对象，z=z, v=v=v，因为是紊流，=1。于是有：p-p= ghl (2) （2）在有负压效应的情况下，能量方程为：同样z,= z, , ,= , 在有负压的情况下，v, v, , v,= v= v,若假设沿路能量损失受负压效应的影响不大，即hl, = hl则根据(3)式得：将式（2）与式（4）比较可知：（1）由于负压区的负压作用，使排屑通道压差增大，其压差产生的抽吸力直接作用在排屑通道中的切屑上，实现主动抽屑。（2）负压区压力越低，则排屑通道压差越大，负压抽屑效果就越好，系统排屑能力也就越高。中: v = v, - v ,即有负压效应时,负压区流速增量。2.3.1 内排屑df系统内排屑

10、df系统由工件1、钻头2、输油器3、钻杆4和负压抽屑装置5构成，如图2.16所示。它的工作原理是：大部分(约23)切削液从输油器进入，图2.16内排屑df系统通过钻杆外壁与已加工表面之间到达切削区，冷却润滑钻头，并冲击切屑，将之从钻杆内部推出；另一小部分(约13)切削液从负压装置进入，通过喷嘴直接到达钻杆内腔，并向后高速喷射，在钻杆内产生负压，将切削区的切削液向后抽吸。切屑在两路切削液的推、吸双重作用下，排屑十分流畅。内排屑df系统的喷嘴通常采用锥形和月牙槽形两种形式。2.3.2 外排屑df系统如图2.17示外排屑df系统由工件l、钻头2、负压抽屑装置3和输油器4构成，如图3.2所示。其工作原

11、理是：大部分切削液从钻杆尾部进入通过钻杆内部到达切削区，冷却润滑钻头，并将切屑从v型槽或螺旋槽中推出；另一小部分切削液从外排屑负压装置进入，通过喷嘴到达钻杆外壁，并向后喷射，在钻杆v型槽或螺旋槽内产生负压，将切削区的切削液和切屑向外抽吸，促使切屑排出。因为外排屑负压区的截面积较小，为了喷射充分，喷嘴一般采用圆锥形喷嘴。图2.17外排屑df系统3深孔钻系统辅具 辅具是深孔加工系统中的关键要素，它们的作用是为深孔加工的供油、排屑、定位夹紧、刀具导向和液压密封提供可靠的技术保证。深孔钻系统专用辅具一般共分为三类：输油器、排屑器、工件和钻杆支承装置。枪钻系统的输油器与bta钻在原理上是不同的。3.1输

12、油器枪钻输油器与bta输油器差别：枪钻的输油器与刀具的进给座作成一体，将高压切削液通过枪钻钻柄导入枪钻的进油通道。在枪钻不旋转的情况下只要进给座具备使钻柄定位、夹紧和传送扭矩、保证密封的功能即可，其结构比较简单。df系统与bta钻的输油器都是布置在机床的前端，所以又被称为抽屑前装置，二者均通过钻套与钻杆之间的环状空隙和切削刃与导向套之间的空隙将切削油导向切削刃部，输油器除了具备导向扶正功用外，还提供了向切削区输油的通道。 4枪钻辅具设计 4.1枪钻排屑器设计图4.4 弹簧夹头图4.5 弹簧夹头螺母在本设计中采用弹簧头，可以有效对工件进行固定，同时弹簧夹头可以起到调节作用，根据钻柄的直径大小进行

13、调节，拧紧弹簧夹头螺母，工件随即固定。5结论本课题是枪钻系统加工中的辅具设计。由于在设计中许多难题是暂时无法克服的，所以这套辅具无论在功能上还是结构上，都存在许多的不足，最终能否投入使用还有待于实践的检验。我将会继续关注枪钻系统加工技术的发展情况，以进一步完善对该课题的设计研究。毕业设计是大四毕业生四年所学知识的总结汇报，是对大四学生踏上工作岗位，或者开始更进一步学习之前的最后一次实战检验。我结合课堂所学知识，潜心钻研设计题目，通过到图书馆借阅相关书籍，以及上网搜寻相关期刊和论文，我翻阅了大量设计参考资料，比较详细地了解了枪钻系统加工技术的发展和现状，认识并区分清楚了几种典型的深孔加工系统，尤

14、其对枪钻系统的结构、工作机理有了更为深刻的了认识；为了克服设计难关，及时解决设计中出现的问题，我们定时与导师联系和沟通。通过导师的解惑答疑，我的毕业设计得以顺利进行；在设计过程中大家都有一些自己难以解决的实践难题，比如对制图软件的某些操作不熟悉，对设计论文格式的编排有些不了解，但经过大家的相互交流，这些问题都相继得到解决。最终，我的毕业设计得以顺利完成。通过这次毕业设计，我深深了解到自己对于很多专业知识的缺乏，也在设计的同时巩固了以往所学的很多知识，充实了自己的知识结构，激发了自己对计算机制图的兴趣，掌握了很多机械设计的基础知识。与此同时，我更加明确了自己的学习方向，为自己将来走上工作岗位打下

15、良好的专业基础。参考文献1 王世清等机械制造工程学西安：陕西科技出版社，19982 王峻我国深孔加工技术的现代化发展与前景展望太原机械学院学 报，19913 刘晋春等.特种加工.北京:机械工业出版社,20004 王峻.现代深孔加工技术.哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社.2005.25 于新风，王峻关于枪钻系统钻削切屑形态和容屑系数优化的探讨太原机械学院学报第1期，19866 樊铁镔实心料的枪钻系统加工.成都工具研究所出版，19887 王世清等.孔加工技术.北京:石油工业出版社,19938 王世清.枪钻系统加工技术.西安:西北工业大学出版社,20039 王峻.20世纪枪钻系统加工技术的兴衰及新突破.

16、机械管理开发.第4 期,200410 濮良贵，纪名刚.机械设计.北京:高等教育出版社，200111 邹慧君，傅祥志等.机械原理.北京:高等教育出版社，199912 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社,199913 王世清，朱林，刘战峰，彭海cn902224867(1990)14 成都工具研究所国外金属切削刀具的发展工具工业动态.第4期,198015 朱祖良.孔加工刀具.北京:国防工业出版社,199016 霍尔登.j.斯温哈特.枪钻系统加工.管光晋译.北京: 国防工业出版社,197417 冯辛安.机械制造装备设计.北京: 机械工业出版社,200618 冯之敬.机械制造工程

17、原理. 北京:清华大学出版社，199919 朱林，赵洪兵.车床改装为枪钻系统加工机床的设计方法.新技术新工艺.第7期,200420 程峰，关世玺，吴伏家.枪钻系统钻床的改造.机械管理开发.第2期,200521 石建军孔的切削加工西安：西安交通大学出版社，198821 彭海等枪钻系统加工难题例题新技术新工艺.第6期，200122 朱林新型外排屑负压抽屑系统机械制造.第9期，199223 汪志明df枪钻系统钻系统负压机理以及排屑特性的试验研究.硕士论文.华北工学院，1985 24 朱林枪钻系统钻的设计与研究西安工业学院学报.第1期，1998 致谢 毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后进行专业设计和工作打下良好的基础。 在本论文的写作过程中，老师倾注了大量的心血，