機(jī)械零件越來越復(fù)雜，零件對(duì)深孔加工的需求日益增多，這在模具制造業(yè)中尤為突出(如模具頂出孔和冷卻水道孔的加工)。有關(guān)資料顯示，孔加工約占整個(gè)機(jī)械加工的30%，而深孔加工又占到孔加工的40%以上，其中有22%是實(shí)心料的加工。在刀具生產(chǎn)行業(yè)，世界各國(guó)每年生產(chǎn)的用于孔加工的鉆頭占整個(gè)刀具行業(yè)的60%。在29個(gè)制造行業(yè)中，至少有50%對(duì)深孔加工及其設(shè)備有直接需求，1/3以上有迫切需求。但是，我國(guó)深孔加工技術(shù)的發(fā)展和普及比歐洲等發(fā)達(dá)******至少落后近30年，90%的深孔加工裝備都依賴進(jìn)口，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)的高端產(chǎn)品不足10%。發(fā)展和推廣深孔加工技術(shù)直接關(guān)系到我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1  深孔加工常用方法

在機(jī)械制造業(yè)，孔加工一般按孔的長(zhǎng)徑比分為淺孔加工和深孔加工。由于傳統(tǒng)的孔加工普遍采用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆，因此根據(jù)麻花鉆的直徑d0、螺旋角β和螺旋槽導(dǎo)程P之間的關(guān)系，將長(zhǎng)徑比＞5的孔稱為深孔。在近現(xiàn)代，隨著科技發(fā)展以及孔加工方式的增加，淺孔與深孔之間已經(jīng)沒有明確的界限。人為地將孔加工按孔的長(zhǎng)徑比進(jìn)行劃分，主要是為了便于選擇刀具和選用工藝。對(duì)于淺孔加工，可以用麻花鉆鉆削、激光加工、電火花加工、線切割加工等多種方式來實(shí)現(xiàn)。由于淺孔的長(zhǎng)徑比小，加工比較容易，因此可選擇的加工方法也較多。但對(duì)于深孔或超長(zhǎng)深孔(一般定義為長(zhǎng)徑比＞10的孔)的加工，可選擇的加工方法明顯減少。深孔加工刀具可按排屑方式分為內(nèi)排屑和外排屑兩大類，外排屑刀具包括槍鉆、深孔扁鉆、深孔麻花鉆等；內(nèi)排屑刀具因所用加工系統(tǒng)不同，分為BTA深孔鉆系統(tǒng)、噴吸鉆系統(tǒng)和DF深孔鉆系統(tǒng)。

深孔麻花鉆是目前***常用的深孔加工刀具，由于其應(yīng)用的廣泛性，大量國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究，大致包含以下四個(gè)研究方向：①麻花鉆鉆尖結(jié)構(gòu)的研究。例如：A.S.Salama和A.H.Elsawy研究了雙平面鉆尖的動(dòng)態(tài)幾何結(jié)構(gòu)，分析了進(jìn)給速度對(duì)雙平面鉆尖切削刃關(guān)鍵角度參數(shù)的影響。李信能研究了平面鉆尖的加工方法，建立了刃磨單平面和雙平面鉆尖的數(shù)學(xué)模型。②麻花鉆螺旋槽結(jié)構(gòu)的研究。例如：Kaldor S.等研究了加工螺旋槽時(shí)的刀具截面輪廓和砂輪截面輪廓設(shè)計(jì)問題，給出了正問題和反問題的明確定義，即正問題是給定砂輪軸截面形狀，求解螺旋槽橫截面形狀；反問題則是給定螺旋槽截面形狀，求解砂輪軸截面形狀。劉彬從切屑的卷曲、流出兩個(gè)方面對(duì)麻花鉆螺旋槽的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討性研究，提出一種排屑順暢的麻花鉆刃型設(shè)計(jì)方案。③麻花鉆橫刃修磨的研究。橫刃修磨能顯著減小軸向鉆削力，提高進(jìn)給量，其主要修磨型式有R型修磨、X型修磨、N型修磨、S型修磨、杯型修磨和無橫刃型修磨等幾種方式。④深孔麻花鉆的結(jié)構(gòu)研究。原江西量具刃具廠曾開發(fā)了一種深孔加工拋物線麻花鉆，該鉆頭的螺旋槽型由拋物線和圓弧旋轉(zhuǎn)而成，無刃背，容屑槽寬，采用大螺旋角和無錐度的厚鉆芯。雖然深孔麻花鉆的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到成熟階段，但由于加工深度受到制約，深孔麻花鉆還無法完成小直徑超長(zhǎng)深孔的加工。

另一種常用的深孔加工方式是內(nèi)排屑加工系統(tǒng)，但由于切屑要通過刀具內(nèi)部空腔排出，因此刀具直徑偏大，一般用于加工Φ18mm以上的孔。因此，對(duì)于長(zhǎng)徑比＞10，直徑小于20mm的小直徑深孔，槍鉆幾乎是*********有效的加工刀具，而且長(zhǎng)徑比越大，槍鉆的優(yōu)勢(shì)越明顯。如圖1所示，槍鉆可分為單溝槍鉆和雙溝槍鉆兩種類型。槍鉆由頭部、鉆桿、鉆柄三部分組成，一般采用整體硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)，或鉆頭采用硬質(zhì)合金，鉆桿用鋼管軋制而成，然后將鉆頭和鉆桿無縫焊接到一起。槍鉆的鉆尖形狀復(fù)雜，幾何參數(shù)也較多，槍鉆內(nèi)部有冷卻液輸入孔，外部有一條貫穿前后的V形槽。隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)小直徑深孔的加工需求急劇增加，而槍鉆在小直徑深孔加工中有著其它刀具無法替代的優(yōu)勢(shì)，所以槍鉆在機(jī)械制造業(yè)日益受到重視。

2  鈦合金切削加工性能研究

鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)，加入其它合金元素構(gòu)成的一種金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料。該材料的特點(diǎn)是：比強(qiáng)度高，熱強(qiáng)性高，抗蝕性好，化學(xué)活性大，導(dǎo)熱性能差，彈性模量??；切削加工時(shí)彈性變形大，切削溫度高，單位面積切削力大，高溫時(shí)表面易硬化，粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重。

早在上世紀(jì)中葉，歐美發(fā)達(dá)******就圍繞鈦合金加工開展了大量研究，包括刀具磨損、切削機(jī)理、切削力、切屑形態(tài)等。Lockheed公司***早嘗試在6-220m/min速度范圍內(nèi)進(jìn)行鈦合金銑削試驗(yàn)。Michigan大學(xué)對(duì)三種鈦合金進(jìn)行了銑削試驗(yàn)，以提高鈦合金的材料去除率，并通過試驗(yàn)研究了高速銑削的加工振動(dòng)問題。Jawaid等通過試驗(yàn)研究了鈦合金Ti-6246的刀具磨損。結(jié)果表明，細(xì)晶粒刀具或經(jīng)過研磨的刀具耐磨性能較好。Nouari和Iordanoff用離散元法分析了切削鈦合金的刀具磨損。研究表明，運(yùn)用離散元法可有效幫助控制刀屑接觸。Komanduri***早對(duì)鈦合金的切削機(jī)理進(jìn)行研究，通過研究正交切削鈦合金時(shí)的切屑變形，提出了著名的鋸齒狀切屑突變剪切失穩(wěn)理論。Huriung對(duì)鈦合金加工中的刀具磨損機(jī)理進(jìn)行了深入研究，指出WC-Co 基硬質(zhì)合金刀具和PCD刀具中的碳會(huì)與鈦合金切屑在界面處發(fā)生反應(yīng)，生成TiC 界面層，當(dāng)擴(kuò)散速率受到TiC界面反應(yīng)層的阻隔后，將減緩刀具的磨損。他還指出，穩(wěn)定的 TiC 界面層將有助于減緩這兩種刀具的磨損。

(a)

(b)

圖1  槍鉆結(jié)構(gòu)

我國(guó)對(duì)鈦合金切削性能的研究要晚于西方發(fā)達(dá)******，但經(jīng)過國(guó)內(nèi)高校和科研院所的努力，已經(jīng)取得了很多研究成果。南京航空航天大學(xué)王珉首先對(duì)銑削加工鈦合金的刀具磨損機(jī)理進(jìn)行了深入研究，指出低速銑削時(shí)以粘結(jié)撕裂磨損為主，高速銑削時(shí)主要為擴(kuò)散磨損。何寧等基于綠色切削理念，用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行了高速銑削鈦合金的單因素試驗(yàn)，得出了徑向切深、軸向切深、每齒進(jìn)給量和銑削速度對(duì)銑削力的影響規(guī)律，并比較分析了干銑削、氮?dú)庥挽F和空氣油霧介質(zhì)下銑削力的變化特點(diǎn)。西北工業(yè)大學(xué)的史興寬和上海交通大學(xué)的陳明等研究了在高速銑削和普通銑削條件下，鈦合金TC4材料的加工表面完整性，指出高速銑削對(duì)提高加工效率、改善加工表面完整性******有益。山東大學(xué)石磊從化學(xué)、物理和力學(xué)性能三個(gè)方面對(duì)刀具材料與鈦合金的性能匹配進(jìn)行了研究，并通過Ti-6Al-4V鈦合金的銑削試驗(yàn)加以驗(yàn)證，建立了鈦合金切削刀具選擇系統(tǒng)模型。

雖然我國(guó)對(duì)鈦合金切削性能的研究有了很大進(jìn)展，但大部分集中在對(duì)鈦合金銑削性能的研究，而對(duì)鈦合金深孔槍鉆加工性能研究甚少。鈦合金深孔槍鉆加工的刀具磨損機(jī)理、加工質(zhì)量狀況、加工效率等都有待進(jìn)一步深入研究。

3  槍鉆研究現(xiàn)狀

槍鉆加工技術(shù)***早出現(xiàn)在軍工行業(yè)，直到20世紀(jì)中葉，出于******建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，日、歐、美率先將一批軍用技術(shù)轉(zhuǎn)移到民用企業(yè)，用于民品生產(chǎn)，槍鉆也從此被人們廣泛知曉和應(yīng)用。此后，國(guó)內(nèi)外很多高校和科研院所都圍繞槍鉆加工展開了一系列研究，包括槍鉆結(jié)構(gòu)研究、槍鉆加工工藝研究、槍鉆振動(dòng)鉆削研究以及槍鉆加工穩(wěn)定性研究，并取得了豐碩的研究成果。

(1)槍鉆結(jié)構(gòu)的研究

槍鉆刀具角度復(fù)雜，主要包括內(nèi)刃鋒角(也稱為內(nèi)刃余偏角或內(nèi)角)、外刃鋒角(也稱為外刃余偏角或外角)、外刃******后角、外刃第二后角、內(nèi)刃后角、刀尖角、導(dǎo)流面后角等。每一個(gè)角度的變化都會(huì)對(duì)切削力產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響刀具的壽命和加工質(zhì)量。所以，從槍鉆的結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究槍鉆的刀具壽命和加工質(zhì)量具有重要意義。

Osman和Chahil通過開放的液壓回路系統(tǒng)研究了槍鉆鉆尖與V型槽接觸面處的截面形式對(duì)加工質(zhì)量的影響，提出了單孔、雙孔、腰型孔三種截面形式。并指出，與其他兩種截面形式相比，雙孔截面形式的液壓損失***小。隨后，Astakhov等開發(fā)了一種可以測(cè)出孔底部切削液壓力的封閉液壓回路裝置，并通過試驗(yàn)，闡釋了孔底幾何形狀對(duì)鉆尖附近的冷卻液壓力有極大影響，而孔底幾何形狀取決于鉆頭的幾何形狀。K.S.Woon等研究了薄壁深孔加工中槍鉆刀刃圓角半徑對(duì)孔的直線度的影響，提出了集切削力、鉆孔偏差、薄壁變形以及過程運(yùn)動(dòng)學(xué)于一體的機(jī)械模型，建立了研究薄壁深孔槍鉆加工的理論基礎(chǔ)。Dirk Biermann等以槍鉆刃形為研究對(duì)象，通過對(duì)比試驗(yàn)，揭示了單刃深孔鉆切削刃的形狀對(duì)深孔鉆削過程的影響，包括對(duì)刀具磨損、刀具負(fù)載以及孔的質(zhì)量的影響。大連工業(yè)大學(xué)的李元坤通過槍鉆的磨損試驗(yàn)和扭矩試驗(yàn)，研究得出了***優(yōu)的導(dǎo)流面名義后角參數(shù)，并引入了沖擊壓力損失的概念，建立了底面凈隙區(qū)內(nèi)的冷卻液流動(dòng)模型。首次提出了壓力不平衡度的概念，并將其作為槍鉆設(shè)計(jì)中必須考慮的影響因素之一。大連工業(yè)大學(xué)的張偉等以鈦合金為加工對(duì)象，改進(jìn)了深孔鉆削工藝，調(diào)整了刀具的幾何參數(shù)。為了提高槍鉆的強(qiáng)度，將槍鉆的后角由15°減小到12°，并在刀具其它參數(shù)不變的情況下，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比了改進(jìn)前后的刀具壽命，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，改進(jìn)后的刀具壽命顯著增加。湖南大學(xué)的張秋麗分析了槍鉆的受力狀態(tài)，并結(jié)合槍鉆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于切削原理和微刀具理論，建立了平面型后刀面槍鉆的鉆削力數(shù)學(xué)模型，為預(yù)測(cè)槍鉆的鉆削力提供了理論參考，同時(shí)也為槍鉆的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的設(shè)計(jì)方法。

從國(guó)內(nèi)外目前的研究情況來看，對(duì)槍鉆結(jié)構(gòu)的研究并不完善，且大部分研究都是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，缺乏相應(yīng)的理論支撐。在對(duì)刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，很大一部分是在特定的加工環(huán)境下，依據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，導(dǎo)致研究結(jié)果不夠******。

(2)槍鉆加工工藝的研究

目前對(duì)槍鉆加工工藝的研究主要集中在切削速度、進(jìn)給速度等切削用量以及油壓對(duì)加工質(zhì)量的影響上，其中對(duì)油壓的研究相對(duì)較少，對(duì)切削參數(shù)的研究占絕大多數(shù)。

Astakhov等研究了在刀具運(yùn)動(dòng)、工件靜止的情況下，槍鉆入鉆喇叭口的形成原理。并從槍鉆鉆入的穩(wěn)定性入手，分析了從鉆尖接觸工件到鉆頭完全鉆入工件的過程，剖析了各方面因素(如支撐面位置、導(dǎo)向套、刀具角度等)對(duì)鉆入穩(wěn)定性的影響，并對(duì)提高槍鉆鉆入的穩(wěn)定性提出了合理化建議。Astakhov和Galitsky等還研究了槍鉆工藝參數(shù)(切削速度、進(jìn)給量)和幾何參數(shù)對(duì)刀具壽命的影響，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出了***佳的工藝參數(shù)和刀具幾何參數(shù)，并指出刀具壽命并非只受單個(gè)因素的影響，而是所有工藝參數(shù)和幾何參數(shù)綜合作用的結(jié)果。大連工業(yè)大學(xué)的潘宇豪等以不銹鋼的槍鉆加工為研究對(duì)象，通過實(shí)驗(yàn)得出了***優(yōu)切削參數(shù)，并對(duì)比了標(biāo)準(zhǔn)型槍鉆、雙外刃槍鉆、帶斷屑槽的單外刃槍鉆三種槍鉆在***優(yōu)切削參數(shù)下的加工性能。天津大學(xué)的杜云芝通過有限元分析，建立了槍鉆和麻花鉆的三維模型，用有限元法動(dòng)態(tài)模擬了鉆削加工過程，驗(yàn)證了鉆削過程動(dòng)態(tài)有限元模擬的可行性，并對(duì)比了不同鉆速下兩種鉆頭加工過程中的應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)、溫度分布、材料流動(dòng)以及切屑成形，進(jìn)而間接分析了其垂直度的差別。華南理工大學(xué)的梁浩文通過實(shí)驗(yàn)，研究了槍鉆加工工藝以及轉(zhuǎn)速對(duì)工件質(zhì)量的影響，包括工件的出入口直徑差、孔徑偏差、圓度、軸線偏差等，指出在進(jìn)給速度、冷卻液壓力一定的情況下，隨著槍鉆鉆速的增加，刀具的振動(dòng)變大，出入口的直徑差增大，而出入口的軸線偏差和圓度隨鉆速的增加波動(dòng)較小。上海工具廠的胡江林和大連工業(yè)大學(xué)的張偉針對(duì)切削銀銅合金時(shí)不易斷屑的問題，對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，分別采用兩種鉆速、四種進(jìn)給量進(jìn)行了試驗(yàn)，通過研究切屑的形狀和變形系數(shù)，得出了合理的切削速度和進(jìn)給量范圍。張文強(qiáng)等根據(jù)槍鉆在加工過程中避硬趨軟的特點(diǎn)，研究了薄壁深孔的加工工藝，通過對(duì)加工過程中切削力的分析，提出了四種改善薄壁深孔加工中孔軸線偏斜問題的加工方法。孫慶等對(duì)槍鉆的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了分析，根據(jù)計(jì)算公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)了槍鉆加工冷卻系統(tǒng)，為在普通車床上進(jìn)行槍鉆深孔加工提供了更合理的冷卻加工系統(tǒng)。

分析已有的對(duì)槍鉆加工工藝的研究發(fā)現(xiàn)，絕大部分研究成果都建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，對(duì)內(nèi)在機(jī)理的研究與分析相對(duì)較少，且研究的加工工藝大多是針對(duì)特定的工件材料，不能適用于所有材料的加工，更缺少具有參考價(jià)值的、與材料相匹配的工藝參數(shù)。

(3)槍鉆振動(dòng)切削的研究

振動(dòng)鉆削是振動(dòng)切削的一個(gè)分支，它與普通鉆削的區(qū)別在于：振動(dòng)鉆削在鉆頭(或工件)正常進(jìn)給的同時(shí)，對(duì)鉆頭(或工件)施加某種有規(guī)律的振動(dòng)，使鉆頭在振動(dòng)中切削，形成脈沖式的切削力波形，使切削用量按某種規(guī)律變化，以達(dá)到改善切削效能的目的。

振動(dòng)鉆削理論首先由日本宇都宮大學(xué)的隈部淳一郎提出，他率先對(duì)超聲振動(dòng)鉆削的加工機(jī)理進(jìn)行了研究，他在其著作《精密加工振動(dòng)切削(基礎(chǔ)與應(yīng)用)》中提出了鉆頭的靜止化和剛性化理論。此后，美國(guó)學(xué)者W.Hansen對(duì)低頻振動(dòng)鉆削進(jìn)行了研究，提出了低頻振動(dòng)鉆削的概念與方法，并研制了安裝在自動(dòng)車床上，用凸輪控制的機(jī)械式軸向振動(dòng)鉆削裝置，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低頻振動(dòng)鉆削可以減少鉆頭燒傷，提高鉆頭壽命，加快排屑過程以及提高孔的位置精度。西安理工大學(xué)的薛萬夫等通過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，給出了斷屑區(qū)域圖和鉆頭動(dòng)態(tài)后角計(jì)算圖，利用該圖可以方便地選擇振動(dòng)鉆孔的工藝參數(shù)和合理的刀具角度，并指出，只要恰當(dāng)?shù)剡x擇振動(dòng)參數(shù)及其與切削用量的匹配關(guān)系，在適用范圍內(nèi)無論加工何種材抖，采用何種刀具角度，都能根據(jù)需要隨意控制切屑的大小和形狀，從而實(shí)現(xiàn)切屑的自主控制。西安石油大學(xué)的劉戰(zhàn)鋒等在DF振動(dòng)鉆削系統(tǒng)上采用槍鉆對(duì)35CrMo材料進(jìn)行了超細(xì)長(zhǎng)深孔低頻振動(dòng)鉆削與普通鉆削的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，比較了兩種不同加工方式獲得的工件質(zhì)量，包括工件的擴(kuò)孔量、粗糙度、直線度和圓度，驗(yàn)證了只要匹配的工藝參數(shù)合理，采用低頻振動(dòng)鉆削得到的各項(xiàng)工藝參數(shù)均優(yōu)于普通鉆削。華中理工大學(xué)的李偉用偏心機(jī)械扭轉(zhuǎn)振動(dòng)槍鉆對(duì)鋁合金進(jìn)行了鉆削實(shí)驗(yàn)，證明振動(dòng)槍鉆可以減小刀具鉆削力，提高工件表面質(zhì)量。青島大學(xué)的茍琪和西安理工大學(xué)的李云芳通過對(duì)振動(dòng)斷屑的理論分析，根據(jù)振動(dòng)波形干涉得出了理論斷屑條件和理論斷屑區(qū)域圖，并指出，振動(dòng)鉆孔斷屑是由間斷切削過程造成的。他們還定量分析了間斷切削過程中的空切角度、空切時(shí)間對(duì)斷屑的影響，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了用空切理論分析斷屑的正確性。北京航空航天大學(xué)李振東等由理論公式推導(dǎo)繪制出理論上的振動(dòng)斷屑區(qū)域圖，并通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)振動(dòng)斷屑區(qū)域圖進(jìn)行了驗(yàn)證。中北大學(xué)的房嘉賡以深孔振動(dòng)鉆削技術(shù)中的軸向振動(dòng)鉆削為研究對(duì)象，對(duì)其加工時(shí)產(chǎn)生的軸向力和扭矩預(yù)測(cè)進(jìn)行了研究。運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析軟件Deform-3D，根據(jù)軸向振動(dòng)鉆削的關(guān)鍵技術(shù)，建立了槍鉆軸向振動(dòng)鉆削硬鋁合金的有限元模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該技術(shù)的有限元?jiǎng)討B(tài)模擬，為振動(dòng)鉆削技術(shù)的研究提供了有限元仿真方法。

雖然振動(dòng)鉆削理論在上世紀(jì)50年代就已提出，并且迄今已取得了大量研究成果，但有關(guān)振動(dòng)鉆削在槍鉆深孔鉆削中的研究與應(yīng)用卻比較少。在振動(dòng)鉆削加工中，對(duì)不同的工件材料和尺寸應(yīng)采用何種振動(dòng)方式(自由振動(dòng)、自激振動(dòng)或受迫振動(dòng))和什么樣的振動(dòng)頻率(低頻振動(dòng)或高頻振動(dòng))，目前尚無明確的定義。

(4)槍鉆加工穩(wěn)定性的研究

槍鉆加工的穩(wěn)定性直接影響工件的加工質(zhì)量及刀具的使用壽命。雖然影響加工穩(wěn)定性的因素很多，但追根究底是由切削力的變化造成的。迄今為止，對(duì)加工穩(wěn)定性的研究大多集中在對(duì)加工過程中產(chǎn)生的顫振進(jìn)行分析，以及研究輔助加工工具(如導(dǎo)向條、導(dǎo)向套、鉆桿支撐架等)對(duì)加工穩(wěn)定性的影響。

Alexander M.Gouskov等研究了槍鉆加工過程中的非線性彎曲振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，將槍鉆簡(jiǎn)化為受橫向振動(dòng)和軸向振動(dòng)的連續(xù)梁模型來進(jìn)行分析，并結(jié)合連續(xù)切削與斷續(xù)切削理論，提出了新的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)鉆削模型，為研究槍鉆的振動(dòng)鉆削提供了理論依據(jù)。Tarng和Li基于ART2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法開發(fā)了一種顫振識(shí)別系統(tǒng)，并通過試驗(yàn)證實(shí)該系統(tǒng)可有效檢測(cè)出加工顫振，該系統(tǒng)是根據(jù)軸向力隨時(shí)間的變化來判別是否產(chǎn)生顫振。西安工業(yè)大學(xué)白萬民以槍鉆為研究對(duì)象，根據(jù)機(jī)床的回轉(zhuǎn)精度和進(jìn)給精度、工件材料、機(jī)床的三點(diǎn)一線、鉆桿的剛度等，分析了刀具在加工時(shí)的受力狀況，并用有限元法推導(dǎo)出中心線偏移量的計(jì)算公式。中北大學(xué)鄭志群等基于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、機(jī)床顫振的非線性理論、深孔加工系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)等，建立并分析了槍鉆加工小直徑深孔的動(dòng)力學(xué)模型，從而得到槍鉆加工系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，并用MATLAB軟件求解方程，為小直徑深孔鉆削的穩(wěn)定性分析建立了理論基礎(chǔ)。中北大學(xué)的段曉奎和魏旭民針對(duì)深孔鉆削加工中出現(xiàn)的顫振問題，分析了金屬切削加工中顫振產(chǎn)生的機(jī)理，研究了磁流變液材料的原理、磁流變效應(yīng)的機(jī)理和磁流變液減振器的設(shè)計(jì)原理，提出利用磁流變液來抑制顫振的發(fā)生，并給出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的深孔加工磁流變液減振器控制算法。

目前加工穩(wěn)定性的研究主要集中在車削和銑削領(lǐng)域，對(duì)鉆削穩(wěn)定性的研究相對(duì)較少。在研究鉆削加工穩(wěn)定性時(shí)，幾乎都是采用麻花鉆或BTA深孔鉆作為研究對(duì)象，并且忽略了過程阻尼對(duì)切削加工穩(wěn)定性的影響。因此，結(jié)合過程阻尼的形成機(jī)理及其對(duì)加工穩(wěn)定性的影響，以槍鉆為對(duì)象進(jìn)行鉆削穩(wěn)定性的研究，對(duì)提高槍鉆一次加工成形質(zhì)量具有重要意義。

小結(jié)

盡管隨著制造業(yè)的發(fā)展，在各國(guó)研究人員的共同努力下，槍鉆加工技術(shù)有了質(zhì)的飛躍，但要使槍鉆加工技術(shù)在民用制造業(yè)得到普及應(yīng)用，還有許多工作要做。此外，對(duì)槍鉆加工的研究還存在以下一些問題：

(1)與車削和銑削加工相比，目前對(duì)鉆削加工的研究總體上還比較少。車削和銑削的研究從切削理論到實(shí)際應(yīng)用都已達(dá)到成熟階段，而鉆削的研究還不夠成熟，且鉆削理論和工藝試驗(yàn)90％都是以麻花鉆為研究對(duì)象。而對(duì)深孔加工的研究，絕大部分都是采用內(nèi)排屑深孔鉆，對(duì)槍鉆的研究只占其中很少一部分。因此，加強(qiáng)對(duì)深孔槍鉆加工的研究，對(duì)其發(fā)展與應(yīng)用具有重要意義。

(2)對(duì)槍鉆加工的研究，無論是研究刀具壽命，還是研究切削用量或刀具參數(shù)等，大多是從切削試驗(yàn)出發(fā)，根據(jù)實(shí)際加工狀況、切屑形態(tài)、刀具磨損等進(jìn)行直觀判斷，缺乏一套完整的理論作為支撐。因此，揭示槍鉆加工的內(nèi)在機(jī)理和規(guī)律顯得尤為重要。

(3)對(duì)槍鉆加工切削用量的研究較少，且目前對(duì)切削用量的研究大多是針對(duì)特定的加工材料，對(duì)于常用工件材料，尚未給出具體的、定量的***優(yōu)化切削參數(shù)，或直接建立可供加工人員選用的匹配參數(shù)表，這就導(dǎo)致深孔槍鉆加工推廣困難，在加工新的材料時(shí)，需要花費(fèi)大量時(shí)間來確定***優(yōu)切削用量。

(4)在斷屑臺(tái)或斷屑槽是否可應(yīng)用于槍鉆斷屑的問題，國(guó)內(nèi)外基本上很少研究。槍鉆加工中的可靠斷屑一直是一個(gè)加工難題，它對(duì)刀具壽命和孔的表面質(zhì)量有直接的影響。對(duì)這一問題的深入研究，將大幅提高槍鉆一次加工的精度，從而減少后續(xù)加工工序。

(5)由于槍鉆自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在加工大長(zhǎng)徑比深孔時(shí)，鉆桿的振動(dòng)不可避免。但是，目前對(duì)鉆桿穩(wěn)定性的研究并不多見，如何***大限度地減小加工過程中的鉆桿振動(dòng)是槍鉆研究的又一重點(diǎn)。

(6)槍鉆的刀頭結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響其加工性能***直接的要素。目前的研究表明，改變刀頭結(jié)構(gòu)參數(shù)或多或少會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生影響，但影響的程度和規(guī)律還需要加以研究和分析。對(duì)于特定材料的加工，目前只能給出刀具幾何參數(shù)的大概范圍，具體數(shù)值仍需用戶根據(jù)實(shí)際加工情況來決定，因此，對(duì)刀頭結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)工件材料與切削參數(shù)的合理匹配對(duì)于槍鉆加工技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。

原載《工具技術(shù)》  作者：李亮