1、第三章第三章 基于基于BTA刀具的噴吸鉆加工技術刀具的噴吸鉆加工技術主要內容主要內容:1 雙管噴吸鉆加工技術雙管噴吸鉆加工技術 1.1 雙管噴吸鉆的供油和排屑機理雙管噴吸鉆的供油和排屑機理 1.2 雙管噴吸鉆及其鉆桿設計雙管噴吸鉆及其鉆桿設計 1.3 雙管噴吸鉆的商品尺寸規格雙管噴吸鉆的商品尺寸規格 1.4 雙管噴吸鉆連接器雙管噴吸鉆連接器 1.5 雙管噴吸鉆的切削用量選擇雙管噴吸鉆的切削用量選擇 1.6 雙管噴吸鉆加工的凈功率、進給力和轉矩雙管噴吸鉆加工的凈功率、進給力和轉矩 1.7 雙管噴吸鉆的切削液流量和油壓雙管噴吸鉆的切削液流量和油壓 1.8 雙管噴吸鉆的改進雙管噴吸鉆的改進2 DF深

2、孔加工系統深孔加工系統 2.1 DF系統的工作原理系統的工作原理 2.2 DF系統與其他深孔加工技術的比較系統與其他深孔加工技術的比較重點和難點內容重點和難點內容: 雙管噴吸鉆的供油和排屑機理雙管噴吸鉆的供油和排屑機理 雙管噴吸鉆的切削用量選擇雙管噴吸鉆的切削用量選擇 DF系統的工作原理系統的工作原理 引言引言 BTA刀具加工時要求嚴格密封，只能使用刀具加工時要求嚴格密封，只能使用專用的專用的深孔鉆床深孔鉆床，從而限制了技術的推廣應用。，從而限制了技術的推廣應用。20世紀世紀60年年代初，在先進深孔技術普遍開始應用于民用裝備制造代初，在先進深孔技術普遍開始應用于民用裝備制造業后，瑞典業后，瑞典

3、SANDVIK公司推出了一種公司推出了一種基于基于BTA刀具刀具的雙管噴吸鉆的雙管噴吸鉆。這種刀具系統不需要嚴格密封的輸油。這種刀具系統不需要嚴格密封的輸油器（油壓頭），對機床結構要求比較簡單，甚至普通器（油壓頭），對機床結構要求比較簡單，甚至普通車床、轉塔車床等通用機床經簡單改造都可用于深孔車床、轉塔車床等通用機床經簡單改造都可用于深孔加工。雙管噴吸鉆逐漸成為加工。雙管噴吸鉆逐漸成為SANDVIK公司的主要深公司的主要深孔加工裝備產品。孔加工裝備產品。 我國應用該技術最早是在我國應用該技術最早是在1973年的上海新技術展年的上海新技術展覽會上。覽會上。 20世紀世紀70年代，日本冶金公司推出

4、了雙向供油年代，日本冶金公司推出了雙向供油噴吸鉆系統（噴吸鉆系統（Double Feeder）。其結構比雙管噴。其結構比雙管噴吸鉆簡單，吸鉆簡單，抽屑機理基本相同抽屑機理基本相同，只是在單層，只是在單層BTA鉆鉆桿后部增加了一套簡單的桿后部增加了一套簡單的抽屑器，即單管噴吸系抽屑器，即單管噴吸系統統。改善了排屑條件，擴大了。改善了排屑條件，擴大了BTA鉆的應用范圍，鉆的應用范圍，也有利于用普通車床和舊深孔鉆床進行改裝。上世也有利于用普通車床和舊深孔鉆床進行改裝。上世紀紀80年代，我國不少企業應用該技術加工中小直徑年代，我國不少企業應用該技術加工中小直徑系列深孔。系列深孔。 以上兩種噴吸鉆加工技

5、術各有其局限性，不能以上兩種噴吸鉆加工技術各有其局限性，不能取代取代BTA鉆削技術，只是在某些方面對鉆削技術，只是在某些方面對BTA技術作技術作了些補充。了些補充。 3.1 雙管噴吸鉆加工技術雙管噴吸鉆加工技術 雙管噴吸鉆加工技術的正規名稱為雙管噴吸鉆加工技術的正規名稱為Ejector Drilling（噴吸鉆削噴吸鉆削）。為有別于）。為有別于DF系統的單管噴系統的單管噴吸鉆削，在我國稱之為雙管噴吸（射）鉆加工技術。吸鉆削，在我國稱之為雙管噴吸（射）鉆加工技術。3.1.1 雙管噴吸鉆的供油和排屑機理雙管噴吸鉆的供油和排屑機理 雙管噴吸鉆與雙管噴吸鉆與BTA鉆的異同：鉆的異同：1）同為單邊刃、自

6、導向、內排屑深孔鉆。）同為單邊刃、自導向、內排屑深孔鉆。2）供油和排屑方式不同，導致相應的鉆桿、輔具、）供油和排屑方式不同，導致相應的鉆桿、輔具、機床液壓系統等方面也有差異。機床液壓系統等方面也有差異。 鉆頭鉆頭 2的外部結構與的外部結構與BTA鉆僅有微小差別鉆僅有微小差別（雙管噴吸鉆頭部與大制口之間有一組（雙管噴吸鉆頭部與大制口之間有一組6個沿個沿周向分布的通油孔周向分布的通油孔，而，而BTA鉆沒有）。在鉆鉆沒有）。在鉆頭的內腔設置一根薄壁的內管頭的內腔設置一根薄壁的內管9，其內壁為排，其內壁為排屑通道。當鉆頭與鉆桿（外管）屑通道。當鉆頭與鉆桿（外管）10以方牙螺以方牙螺紋連接后，內外管之間

7、形成一個提供紋連接后，內外管之間形成一個提供切削液切削液的環形通道的環形通道，給鉆頭供油。，給鉆頭供油。 供油和排屑機理供油和排屑機理： 1. 約約2/3的切削液通過的切削液通過6個通油孔口和鉆桿前端個通油孔口和鉆桿前端的環狀間隙噴向切削刃部，攜帶切屑穿過整的環狀間隙噴向切削刃部，攜帶切屑穿過整個內管向后排出。個內管向后排出。 2. 約約1/3的切削液高壓下進入內管后部兩排的切削液高壓下進入內管后部兩排（共（共6個，在圓周方向互相錯開，均勻分布）個，在圓周方向互相錯開，均勻分布）向后傾斜向后傾斜30的噴射槽。的噴射槽。 3. 噴射槽的橫截面呈噴射槽的橫截面呈30圓錐，通道由大變小，圓錐，通道由

8、大變小，流速由低變高，在內管形成流速由低變高，在內管形成錐狀射流錐狀射流。 由伯努里方程：由伯努里方程： P01=P+v2 式中式中 P01-流體噴射前的總壓力；流體噴射前的總壓力； P流體噴射后的靜壓；流體噴射后的靜壓； 射流密度；射流密度； v射流速度。射流速度。 射流速度增加，噴射口靜壓下降，在內管后部產射流速度增加，噴射口靜壓下降，在內管后部產生低壓區，使排屑通道前后的壓力差加大，對鉆頭生低壓區，使排屑通道前后的壓力差加大，對鉆頭喉部的切屑和切削液產生抽吸力，促使切削液攜帶喉部的切屑和切削液產生抽吸力，促使切削液攜帶切屑加快向外排出。切屑加快向外排出。內管的設置及其抽吸作用，產生的內管

9、的設置及其抽吸作用，產生的附加效果附加效果如下：如下： （1）內排屑深孔鉆的排屑狀況得到明顯改善（特別）內排屑深孔鉆的排屑狀況得到明顯改善（特別當鉆頭直徑較小時）。當鉆頭直徑較小時）。 （2）對同樣的鉆頭直徑，所需油壓和流量僅為）對同樣的鉆頭直徑，所需油壓和流量僅為BTA鉆的鉆的1/2左右，減輕了對機床密封的要求；左右，減輕了對機床密封的要求； （3）供油通道不再是鉆桿外壁與已加工孔壁之間的環）供油通道不再是鉆桿外壁與已加工孔壁之間的環狀空間，不需要嚴格密封，可以在多種臥式或立式機狀空間，不需要嚴格密封，可以在多種臥式或立式機床上采用。床上采用。（4）省去了輸油器，以縱向尺寸較短的鉆套支架代替

10、，）省去了輸油器，以縱向尺寸較短的鉆套支架代替，當鉆孔深度一定時，鉆桿的懸伸長度將減短，從而使當鉆孔深度一定時，鉆桿的懸伸長度將減短，從而使鉆桿總扭轉變形量得以降低。鉆桿總扭轉變形量得以降低。在實際使用中，雙管噴吸鉆存在的在實際使用中，雙管噴吸鉆存在的技術缺點技術缺點： 由于噴射口分布在內管上，所產生的抽吸力有限，由于噴射口分布在內管上，所產生的抽吸力有限，通常當工件孔深超過通常當工件孔深超過1000mm時，抽吸作用不明顯。因時，抽吸作用不明顯。因此鉆孔深度限制在此鉆孔深度限制在1000mm左右。否則推動切屑進入出左右。否則推動切屑進入出屑口的動量不如屑口的動量不如BTA鉆，導致排屑效果不如鉆

11、，導致排屑效果不如BTA鉆。這鉆。這是雙管噴吸鉆無法取代是雙管噴吸鉆無法取代BTA實體鉆的主要原因。實體鉆的主要原因。 雙管噴吸鉆的排屑通道直徑小于雙管噴吸鉆的排屑通道直徑小于BTA鉆，當鉆頭鉆，當鉆頭直徑很小時更容易發生堵屑。因此，雙管噴吸鉆的最小直徑很小時更容易發生堵屑。因此，雙管噴吸鉆的最小可鉆孔直徑要大于可鉆孔直徑要大于BTA鉆。鉆。 如如SANDVIK公司產品目錄中，雙管噴吸鉆的最小供貨公司產品目錄中，雙管噴吸鉆的最小供貨直徑為直徑為18.4mm，而，而BTA鉆為鉆為15.6mm。 與與BTA鉆相比，失去了切削液對鉆桿振動所產鉆相比，失去了切削液對鉆桿振動所產生的阻尼作用，容易使鉆桿

12、產生扭轉振動。生的阻尼作用，容易使鉆桿產生扭轉振動。 一般采取的措施是，在鉆桿支承架部位設置兼有一般采取的措施是，在鉆桿支承架部位設置兼有支承作用的振動阻尼裝置，或是降低進給量和切削速支承作用的振動阻尼裝置，或是降低進給量和切削速度。度。 機床的通用性受到局限。不適合加工長深孔，也機床的通用性受到局限。不適合加工長深孔，也不適用于多品種小批量深孔零件加工。刀具成本高于不適用于多品種小批量深孔零件加工。刀具成本高于BTA鉆，供貨周期長，沒有專業供貨商，也難于自行鉆，供貨周期長，沒有專業供貨商，也難于自行制造。制造。 為了使鉆頭開始切入工件時的正確位置，避免為了使鉆頭開始切入工件時的正確位置，避免

13、切削液外濺，須在工件上預鉆引導孔。切削液外濺，須在工件上預鉆引導孔。 當使用鉆套時，引導孔可以短些。此時，引導孔當使用鉆套時，引導孔可以短些。此時，引導孔的直徑稍小于鉆頭直徑的下限。如果不用鉆套，引導的直徑稍小于鉆頭直徑的下限。如果不用鉆套，引導孔應適當長些，引導孔的直徑也應稍大于鉆頭直徑。孔應適當長些，引導孔的直徑也應稍大于鉆頭直徑。鉆孔前，應先在工件中心架上調整引導孔的位置，使鉆孔前，應先在工件中心架上調整引導孔的位置，使引導孔與鉆頭同軸。引導孔與鉆頭同軸。 雙管噴吸鉆用于實體鉆孔和擴孔，不能用雙管噴吸鉆用于實體鉆孔和擴孔，不能用于套料。雙管噴吸式擴鉆規格與于套料。雙管噴吸式擴鉆規格與BT

14、A鉆相同，鉆相同，只不過比只不過比BTA鉆多出鉆多出6個出油孔，加配一根相應個出油孔，加配一根相應尺寸的內管。擴孔時的切屑排出量少于實體鉆，尺寸的內管。擴孔時的切屑排出量少于實體鉆，對于排屑影響不大。對于排屑影響不大。 當用于刀具旋轉方式時，雙管噴吸鉆需要當用于刀具旋轉方式時，雙管噴吸鉆需要一臺刀桿旋轉式連接器夾持鉆桿。通常只用于一臺刀桿旋轉式連接器夾持鉆桿。通常只用于工件固定的較大批量加工。旋轉式連接器還可工件固定的較大批量加工。旋轉式連接器還可以按加工中心的接口方式設計成快換式夾刀模以按加工中心的接口方式設計成快換式夾刀模塊。列入加工中心的刀庫，在加工中心上使用。塊。列入加工中心的刀庫，在

15、加工中心上使用。3.1.2 雙管噴吸鉆及其鉆桿設計雙管噴吸鉆及其鉆桿設計 雙管噴吸鉆切削部分的設計方法，與雙管噴吸鉆切削部分的設計方法，與BTA鉆基本一致。二者的主要區別在于鉆基本一致。二者的主要區別在于鉆頭體和鉆鉆頭體和鉆桿桿。1. 15.6465mm的鉆頭采取焊接刀片，的鉆頭采取焊接刀片，2. 25180mm的采取機夾可轉位刀片結構，的采取機夾可轉位刀片結構，見圖見圖2。 自行設計鉆頭和鉆桿時，保證最佳的供油排自行設計鉆頭和鉆桿時，保證最佳的供油排屑效果和提高鉆桿剛度，對具體的工件進行屑效果和提高鉆桿剛度，對具體的工件進行“一對一一對一”設計。設計。 （a）焊接型；（b）機夾可轉位型 深孔

16、刀具的深孔刀具的突出特點突出特點：1. 工藝復雜、生產環節多，工藝復雜、生產環節多，2. 尺寸規格繁多、批量小。對鉆頭實行直徑尺尺寸規格繁多、批量小。對鉆頭實行直徑尺寸分段，以減少刀體規格和鉆桿尺寸規格，對寸分段，以減少刀體規格和鉆桿尺寸規格，對刀具的生產供貨、降低成本都是十分必要的。刀具的生產供貨、降低成本都是十分必要的。 焊接刀片噴吸鉆鉆頭的訂貨尺寸規格是每焊接刀片噴吸鉆鉆頭的訂貨尺寸規格是每組相差組相差0.01mm，由，由18.40到到65.00mm將有將有4661個規格；個規格； 機夾鉆頭由機夾鉆頭由65.0065.00到到180.00180.00有有1150111501個個規格，鉆桿

17、的尺寸規格數將達規格，鉆桿的尺寸規格數將達1616216162個之多。個之多。 如果如果18.40-20.0018.40-20.00，20.0121.8020.0121.80兩種刀具尺寸規格共用一種規格的鉆桿，則鉆桿兩種刀具尺寸規格共用一種規格的鉆桿，則鉆桿按按20.0020.00設計，對于設計，對于18.4018.40的鉆頭來說，供油的鉆頭來說，供油通道面積就偏小；而對于通道面積就偏小；而對于21.8021.80的鉆頭，排屑的鉆頭，排屑通道面積偏小。通道面積偏小。 3.1.2.1 雙管噴吸鉆的雙管噴吸鉆的設計要點設計要點 （1）鉆頭直徑（鉆頭直徑（D） 鉆頭直徑公稱尺寸取為孔下限尺寸加孔公差

18、帶的鉆頭直徑公稱尺寸取為孔下限尺寸加孔公差帶的2/3，鉆頭制造公差按，鉆頭制造公差按h4標準，或對標準，或對65mm以下的鉆以下的鉆頭頭D ，對，對65mm以上取以上取D 。 鉆頭與鉆桿的尺寸標記見圖鉆頭與鉆桿的尺寸標記見圖3。 0005.0001.0 切削液流向切削刃部時，需穿過寬度為（切削液流向切削刃部時，需穿過寬度為（D-D1）/2的環行通道，的環行通道，D1值的大小對供油效果有直接影響。值的大小對供油效果有直接影響。 具體確定原則是：切削液在鉆頭頭部與已加工孔具體確定原則是：切削液在鉆頭頭部與已加工孔壁之間的通油面積，應與內外管之間的通油面積持平壁之間的通油面積，應與內外管之間的通油面

19、積持平或略小。或略小。 據此原則，取據此原則，取 D1=（0.930.95）D為適當。為適當。（2）鉆頭體外徑（鉆頭體外徑（D1） （3）外鉆桿外徑）外鉆桿外徑D01 鉆桿外徑不再起供油通道作用，其尺寸越大鉆桿外徑不再起供油通道作用，其尺寸越大越好，有足夠的剛度，同時又為內管、供油通越好，有足夠的剛度，同時又為內管、供油通道和排屑通道的設計留有充分的空間。但不能道和排屑通道的設計留有充分的空間。但不能大于鉆頭直徑。大于鉆頭直徑。 參照槍鉆，取參照槍鉆，取D01=0.98D。 （4）外鉆桿內徑）外鉆桿內徑D02 既保證鉆桿有足夠的剛度，又能為供油、排既保證鉆桿有足夠的剛度，又能為供油、排屑通道留

20、下較充分的面積。屑通道留下較充分的面積。 參照參照BTA鉆，取鉆，取D02=0.7D，與，與BTA鉆基本相鉆基本相等。等。 （5）內管外徑）內管外徑d01 根據生產實踐經驗，內外管之間的單邊通根據生產實踐經驗，內外管之間的單邊通油間隙取（油間隙取（D02-d01）/2，對于較小鉆頭直徑，對于較小鉆頭直徑，不應小于不應小于1mm。隨鉆頭直徑增大，可按鉆頭。隨鉆頭直徑增大，可按鉆頭直徑增大量的直徑增大量的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=

21、D02-( D/10 -3); (6)內管壁厚的確定內管壁厚的確定 加工時加工時,內管不承受切削力和轉矩，只在徑向受到內管不承受切削力和轉矩，只在徑向受到切削液的微小壓力差和排屑通道中流過的切屑和切削液切削液的微小壓力差和排屑通道中流過的切屑和切削液的重力作用。為了擴大排屑通道面積，通常采用強度較的重力作用。為了擴大排屑通道面積，通常采用強度較高的薄壁無縫管做內管。高的薄壁無縫管做內管。 根據根據GB8162-87所列規格，可確定：所列規格，可確定：D40mm 時，時，t=0.5mm;D=4085mm時，時，t=1mm;D85mm時，時，t=1.5mm。 按上述計算求得的按上述計算求得的d01

22、值，必須按國標規格進行校值，必須按國標規格進行校核和修正。例如核和修正。例如GB8162-87規定有規定有57，60，63的的外徑規格，如算得的外徑規格，如算得的d01為為58，就修正為，就修正為57。 （7）內管與鉆頭直徑結合部直徑）內管與鉆頭直徑結合部直徑d03 兩種不同的方案。兩種不同的方案。 圖圖4（a）為內管前端擴口式，用于）為內管前端擴口式，用于65mm以以下的焊接刀片噴吸鉆；圖（下的焊接刀片噴吸鉆；圖（b）為不擴口式，用于）為不擴口式，用于65mm以上的機夾可轉位刀片鉆頭。以上的機夾可轉位刀片鉆頭。 采用擴口式的內管，其擴口部分的外徑尺寸采用擴口式的內管，其擴口部分的外徑尺寸d0

23、3比比d01大大23mm（鉆頭直徑小時，取小值）。（鉆頭直徑小時，取小值）。不擴口內管則直接用外徑不擴口內管則直接用外徑d01與鉆頭內腔定位臺相與鉆頭內腔定位臺相配合。配合。 這種結構上的具體差異只不過是為保證通油間這種結構上的具體差異只不過是為保證通油間隙而作的結構按排，與鉆頭的功能無關。隙而作的結構按排，與鉆頭的功能無關。（a）內管擴口式；（b）內管不擴口式；-進油間隙 （8）鉆桿與鉆頭結合部有關尺寸參數）鉆桿與鉆頭結合部有關尺寸參數 大制口直徑大制口直徑D3：取取D3=0.9D，保證鉆桿，保證鉆桿在該處的壁厚為（在該處的壁厚為（0.98D-0.9D）/2=0.04D。前供油孔徑前供油孔徑

24、d：6個供油孔的面積之和與內個供油孔的面積之和與內外管之間通油截面基本相等，即外管之間通油截面基本相等，即 6（d2 /4）=（D -d ）/4 因此因此d=2022016/ )(201202dD 鉆頭頸部直徑鉆頭頸部直徑D2：D2與與D3之間是切削液流出之間是切削液流出前面的供油孔后，通向切削刃部的通油間隙，其前面的供油孔后，通向切削刃部的通油間隙，其面積應等于或稍小于內外管的流道截面積，由此面積應等于或稍小于內外管的流道截面積，由此得：得： D -D D -d , 故故D2 其他尺寸參數如方牙螺紋大徑其他尺寸參數如方牙螺紋大徑D4，小徑，小徑D5，螺，螺紋頭數紋頭數n，導程，導程p，小制口

25、，小制口D6等，可參照等，可參照BTA鉆的鉆的計算方法。在所有徑向尺寸確定后，應對連接部計算方法。在所有徑向尺寸確定后，應對連接部分強度進行演算，必要時對有關尺寸進行調整。分強度進行演算，必要時對有關尺寸進行調整。232220220120120223dDD （9）鉆桿長度）鉆桿長度L 雙管噴吸鉆通常只適用于加雙管噴吸鉆通常只適用于加1000mm左右的短左右的短工件，工件，SANDVIK公司將鉆桿長度定為公司將鉆桿長度定為400、630和和1070mm三種規格。如自行設計制造，可參照下列三種規格。如自行設計制造，可參照下列經驗公式：經驗公式： L=L孔孔+L套套+（80120）（）（mm） L孔

26、孔工件孔深（工件孔深（mm）;L套套鉆套長度（鉆套長度（mm）。）。 留量留量80120mm中，包括鉆桿夾持部分的長度、中，包括鉆桿夾持部分的長度、鉆頭對孔的超出量、工件末端與鉆套之間的間隙鉆頭對孔的超出量、工件末端與鉆套之間的間隙（1mm左右）及鉆桿后端留量。內管長度比鉆桿左右）及鉆桿后端留量。內管長度比鉆桿長度加長度加30mm，以滿足連接器定位的需要。，以滿足連接器定位的需要。 （10）負壓噴射槽的設計）負壓噴射槽的設計 負壓噴射槽又稱負壓噴射槽又稱“月牙槽月牙槽”或或“魚鱗槽魚鱗槽”，用，用來在內管中產生負壓抽吸作用，是雙管噴吸鉆的來在內管中產生負壓抽吸作用，是雙管噴吸鉆的關關鍵結構鍵結

27、構。影響負壓抽吸效果的主要因素是影響負壓抽吸效果的主要因素是： 1. 噴射槽對內管軸線傾斜角噴射槽對內管軸線傾斜角； 2. 噴射槽寬度噴射槽寬度s；噴射槽總面積；噴射槽總面積； 3. 噴射槽在內管縱向長度的位置。噴射槽在內管縱向長度的位置。 這些參數應與鉆頭直徑、切削液壓力和流量、這些參數應與鉆頭直徑、切削液壓力和流量、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。 由于雙管噴吸鉆結構設計中受到的約由于雙管噴吸鉆結構設計中受到的約束條件太多，如內、外管之間的間隙即切束條件太多，如內、外管之間的間隙即切削液通道寬度、內管厚度、內管直徑即排削液通道寬度、內管厚度、

28、內管直徑即排屑通道直徑面積等，很難通過實驗方法取屑通道直徑面積等，很難通過實驗方法取得最佳的參數匹配，因此，對負壓噴射槽得最佳的參數匹配，因此，對負壓噴射槽各參數的設計僅限于采用經驗方法。圖各參數的設計僅限于采用經驗方法。圖6為為噴射槽的示意。噴射槽的示意。 圖6 噴射槽示意圖 （a）噴射槽傾角）噴射槽傾角 值越小，負壓抽屑效應也越大。但由于受值越小，負壓抽屑效應也越大。但由于受工藝上的限制，一般取工藝上的限制，一般取=30。 （b）噴射槽寬度）噴射槽寬度s 供油通道間隙（供油通道間隙（17.5mm）和內管壁厚）和內管壁厚（0.51.5mm）很薄是約束噴射槽寬度（）很薄是約束噴射槽寬度（s）值

29、不可能太大的先天條件，否則將難以形成射值不可能太大的先天條件，否則將難以形成射流。一般流。一般s取值取值0.20.4mm。D大時，取大值。大時，取大值。 （c） 噴射槽長度和數目噴射槽長度和數目 噴射流應當環繞內管內壁噴射流應當環繞內管內壁360，形成一個，形成一個錐形射流面，又不造成內管在切削液的高壓下錐形射流面，又不造成內管在切削液的高壓下產生過大變形或斷裂。通常采取的辦法是：將產生過大變形或斷裂。通常采取的辦法是：將噴射槽（橢圓曲線之長徑區段），沿直徑分為噴射槽（橢圓曲線之長徑區段），沿直徑分為兩列，每列兩列，每列3個槽，間隔個槽，間隔120排布，每槽占有排布，每槽占有圓心角圓心角 60

30、，兩列之間的距離應盡可能靠近，兩列之間的距離應盡可能靠近，一般取一般取510mm 由此可得噴射槽的總面積為由此可得噴射槽的總面積為6d01/6s=d01s 單位是平方毫米。單位是平方毫米。 (d)噴射槽的位置噴射槽的位置 通常設置在距內管末端通常設置在距內管末端2030mm處。但當處。但當所加工孔的相對長徑比較大時，將噴射槽前移至所加工孔的相對長徑比較大時，將噴射槽前移至內管前半段，可取得更好的抽屑效果。內管前半段，可取得更好的抽屑效果。有些國外有些國外實驗結果甚至表明，將噴射槽設在緊靠鉆頭出屑實驗結果甚至表明，將噴射槽設在緊靠鉆頭出屑口喉部的位置，效果最好口喉部的位置，效果最好。 雙管噴吸鉆

31、、鉆桿及內管主要參數的經驗設雙管噴吸鉆、鉆桿及內管主要參數的經驗設計公式及數據列于表計公式及數據列于表1.3-1。(P212) 表中個代號的含義同圖表中個代號的含義同圖3、圖、圖4和圖和圖5。 3.1.3 雙管噴吸鉆連接器雙管噴吸鉆連接器 連接器具有三種功能：連接器具有三種功能： 1. 輸油輸油; 2. 抽屑抽屑; 3. 夾持鉆桿。夾持鉆桿。 采用鉆頭旋轉方式時，連接器還承擔采用鉆頭旋轉方式時，連接器還承擔將主軸的轉矩傳給鉆頭鉆桿的功能。將主軸的轉矩傳給鉆頭鉆桿的功能。 連接器的結構分為兩類連接器的結構分為兩類：見圖：見圖7， 1. 鉆頭不轉的連接器鉆頭不轉的連接器 2. 鉆頭旋轉的連接器。鉆

32、頭旋轉的連接器。 圖7 鉆頭不旋轉的雙管噴吸鉆連接器 （a）筒形連接器（b）帶螺紋柄的連接器 鉆頭不轉的連接器鉆頭不轉的連接器，其功能和外形都與，其功能和外形都與BTA鉆的筒式輸油器相似：鉆的筒式輸油器相似： 1. 油孔接頭與輸油管相接，供油；油孔接頭與輸油管相接，供油； 2. 夾緊螺母夾緊螺母1和可更換的彈簧夾頭和可更換的彈簧夾頭2，夾緊鉆桿并自動定心；夾緊鉆桿并自動定心； 3. 定位臺定位臺3，定位密封內管末端；鉆頭，定位密封內管末端；鉆頭直徑大于直徑大于65mm時，連接器也可以設計成時，連接器也可以設計成圖圖7（b），帶螺母的短粗形結構。連接器），帶螺母的短粗形結構。連接器安裝在進給刀座

33、上，其末端與排屑橡膠管對安裝在進給刀座上，其末端與排屑橡膠管對接。接。 鉆頭旋轉式連接器鉆頭旋轉式連接器構造較復雜，與圓筒式構造較復雜，與圓筒式連接器類似。連接器類似。 二者的區別：二者的區別： （1）有一個與機床主軸配合的柄部（莫氏，）有一個與機床主軸配合的柄部（莫氏，ISO標準，法蘭盤，等等），將機床主軸的轉標準，法蘭盤，等等），將機床主軸的轉矩和功率傳向鉆頭；矩和功率傳向鉆頭； （2）有一個不旋轉的外殼，以形成進油通）有一個不旋轉的外殼，以形成進油通道和排屑出口的密封。道和排屑出口的密封。 莫氏錐用于莫氏錐用于18.465.00mm，ISO錐柄用錐柄用于于65.00183.90mm；法蘭

34、盤用于各種鉆頭；法蘭盤用于各種鉆頭直徑。直徑。 3.3 雙管噴吸鉆連接器雙管噴吸鉆連接器 圖8 鉆頭旋轉式雙管噴吸鉆連接器 3.1.4 雙管噴吸鉆切削用量選擇雙管噴吸鉆切削用量選擇 雙管噴吸鉆的雙管噴吸鉆的切削用量選擇原則切削用量選擇原則與與BTA鉆基鉆基本相同：本相同： 1. 根據被加工材質確定刀片牌號，根據被加工材質確定刀片牌號， 2. 結合鉆頭直徑選定進給量（結合鉆頭直徑選定進給量（f）值）值 3. 根據機床功率、油箱容積等條件決定切削速根據機床功率、油箱容積等條件決定切削速度（度（V）。）。 雙管噴吸鉆具有抽屑功能，而且鉆孔的長徑雙管噴吸鉆具有抽屑功能，而且鉆孔的長徑比不大，切削速度比

35、比不大，切削速度比BTA鉆大一些。但在進行擴鉆大一些。但在進行擴孔時，仍采用與孔時，仍采用與BTA鉆相同的切削用量。鉆相同的切削用量。3.1.5 雙管噴吸鉆加工進給力和轉矩雙管噴吸鉆加工進給力和轉矩 圖圖9至圖至圖11分別為雙管噴吸鉆的凈分別為雙管噴吸鉆的凈功率、進給力、轉矩的參考用線圖。功率、進給力、轉矩的參考用線圖。由于工件材質、鉆頭磨損狀態和機由于工件材質、鉆頭磨損狀態和機床因素等的差異，這些曲線圖僅供床因素等的差異，這些曲線圖僅供進行工程估算時參考。進行工程估算時參考。 3.5 雙管噴吸鉆加工進給力和轉矩雙管噴吸鉆加工進給力和轉矩 圖9 雙管噴吸鉆的凈功率3.1.6 雙管噴吸鉆切削液流

36、量和油壓雙管噴吸鉆切削液流量和油壓 由于負壓抽吸作用的良性影響，由于負壓抽吸作用的良性影響，雙管噴吸鉆的切削液流量和油壓明顯雙管噴吸鉆的切削液流量和油壓明顯低于低于BTA鉆。圖鉆。圖12和圖和圖13分別為分別為其流量和壓力曲線（平均值）。其流量和壓力曲線（平均值）。3.6 雙管噴吸鉆切削液流量和油壓雙管噴吸鉆切削液流量和油壓 圖12 雙管噴吸鉆切削液流量 3.1.7 雙管噴吸鉆的改進雙管噴吸鉆的改進 內排屑深孔鉆的內排屑深孔鉆的關鍵技術關鍵技術是能否順暢是能否順暢排出切屑。雙管噴吸鉆將射流產生負壓效應排出切屑。雙管噴吸鉆將射流產生負壓效應的機理引入到排屑通道，通過改善排屑效果的機理引入到排屑通

37、道，通過改善排屑效果提高了鉆孔效率，這是內排屑深孔鉆的一個提高了鉆孔效率，這是內排屑深孔鉆的一個重大進步。重大進步。 但雙管噴吸鉆的設計理論和方法尚不成但雙管噴吸鉆的設計理論和方法尚不成熟，在結構和工藝上又受到多種因素的制約，熟，在結構和工藝上又受到多種因素的制約，導致該技術的應用效果缺乏穩定性，在通用導致該技術的應用效果缺乏穩定性，在通用性和經濟性方面也不理想。性和經濟性方面也不理想。 雙管噴吸鉆雙管噴吸鉆存在的問題存在的問題是：是： （1）結構方面的矛盾）結構方面的矛盾 保證鉆桿有足夠剛度，要求鉆桿有一定保證鉆桿有足夠剛度，要求鉆桿有一定的壁厚，但由于有內管，只能通過增大鉆的壁厚，但由于有

38、內管，只能通過增大鉆桿內徑才能使排屑通道截面面積增大。桿內徑才能使排屑通道截面面積增大。 內管內徑越大排屑越好，但將導致供油內管內徑越大排屑越好，但將導致供油通道面積減小，流向切削刃的油壓增大，通道面積減小，流向切削刃的油壓增大，如果流量不足，導致切屑在鉆頭出屑口喉如果流量不足，導致切屑在鉆頭出屑口喉部被堵塞。部被堵塞。 內管越薄，鉆桿內徑可利用空間越內管越薄，鉆桿內徑可利用空間越大，但內管的受力和噴射槽的要求，大，但內管的受力和噴射槽的要求，壁厚應盡可能大。壁厚應盡可能大。 內管的受力：內管的受力：切削液對其外壁的切削液對其外壁的壓力，切屑和切削液的重力，噴射槽壓力，切屑和切削液的重力，噴射

39、槽對其強度造成的削弱等。對其強度造成的削弱等。 噴射槽的要求：噴射槽的要求：噴射槽寬度越大，噴射槽寬度越大，射流的動量和負壓抽力越大，相應增射流的動量和負壓抽力越大，相應增加內管壁厚。加內管壁厚。 （2）工藝方面的矛盾）工藝方面的矛盾 應該選擇標準無縫鋼管作為鉆桿、內應該選擇標準無縫鋼管作為鉆桿、內管坯料，希望無縫管的外徑和壁厚尺寸分管坯料，希望無縫管的外徑和壁厚尺寸分段越小越好，但事實上無法達到統一。導段越小越好，但事實上無法達到統一。導致生產成本大幅度增加，專業化生產和普致生產成本大幅度增加，專業化生產和普及應用成為十分困難。及應用成為十分困難。 以上現實矛盾造成：現有噴吸鉆裝備以上現實矛

40、盾造成：現有噴吸鉆裝備在功能和加工效果上的差異和不穩定性，在功能和加工效果上的差異和不穩定性，對噴吸鉆的優化設計、實驗研究和推廣也對噴吸鉆的優化設計、實驗研究和推廣也形成巨大障礙。形成巨大障礙。 雙管噴吸鉆的改進雙管噴吸鉆的改進 目標：目標：通油孔面積增大，供油量可調。通油孔面積增大，供油量可調。 圖圖14（a）為刀具配置，（）為刀具配置，（b）為鉆頭頸部）為鉆頭頸部的縱向噴油孔，（的縱向噴油孔，（c）為內管尾端噴射槽。）為內管尾端噴射槽。 結構特點：結構特點： （1） 將鉆頭頸部（即鉆頭體之后，大制口之將鉆頭頸部（即鉆頭體之后，大制口之前）延長，將前）延長，將6個通油孔沿軸向銑（或用電火花個

41、通油孔沿軸向銑（或用電火花加工）成長約加工）成長約2.5d的長槽孔，與此相應，將內的長槽孔，與此相應，將內管前端的擴徑部分即管前端的擴徑部分即d03和鉆頭內腔的定位面和鉆頭內腔的定位面即鉆頭內徑即鉆頭內徑D0都相應加長。都相應加長。 工作原理：工作原理： 當內管左端與鉆頭內腔當內管左端與鉆頭內腔定位臺頂時，定位臺頂時，6個長槽對內外管之間的個長槽對內外管之間的切削液通道全部開放，此時鉆頭頸部的切削液通道全部開放，此時鉆頭頸部的通油量處于最大值。當內管向右移動時，通油量處于最大值。當內管向右移動時，長槽孔通油面積逐漸減小，通油量相應長槽孔通油面積逐漸減小，通油量相應減少。加工前進行調試，通過調整

42、內管減少。加工前進行調試，通過調整內管的軸向位置，可以取得前供油通道與后的軸向位置，可以取得前供油通道與后端噴吸效應的理想匹配，即獲得最佳的端噴吸效應的理想匹配，即獲得最佳的噴吸效果。噴吸效果。 圖14 前通油孔面積可調式雙管噴吸鉆示意 1-鉆頭；2-鉆桿；3-長通油孔；4-內管；5-連接器；6-螺套； （2）內管前端擴大部分的外圓柱面）內管前端擴大部分的外圓柱面d03，可以沿軸線方向在鉆頭內徑，可以沿軸線方向在鉆頭內徑D0平平移，調節通油面積。移，調節通油面積。 方法是方法是：在連接器：在連接器5的后端加一個具的后端加一個具有內螺紋的螺套有內螺紋的螺套6，將內管尾端外徑加大，將內管尾端外徑加

43、大，車出螺紋。帶有外螺紋的螺圈車出螺紋。帶有外螺紋的螺圈7可擰入螺可擰入螺套套6，兩個小圓螺母，兩個小圓螺母8用以固定螺圈用以固定螺圈7的軸的軸向位置。旋轉螺圈向位置。旋轉螺圈7，可通過小螺母，可通過小螺母8使使內管前后移位，從而實現對鉆頭頸部通內管前后移位，從而實現對鉆頭頸部通油量的調節。油量的調節。 對內管噴射槽的改進對內管噴射槽的改進，是提高雙管噴，是提高雙管噴吸鉆排屑效果的又一重要方向。國內外經吸鉆排屑效果的又一重要方向。國內外經實踐證明有效的成果主要有：實踐證明有效的成果主要有： （1）將兩排月牙形噴射槽的傾斜角按）將兩排月牙形噴射槽的傾斜角按不等角度加工，使二者的噴流交匯于軸線不等

44、角度加工，使二者的噴流交匯于軸線同一點，可以同一點，可以提高負壓抽屑效果提高負壓抽屑效果。見圖。見圖14（c）。）。 （2）適當加長月牙槽的長度，使各噴射）適當加長月牙槽的長度，使各噴射槽之間的槽之間的射流有小量重疊射流有小量重疊，以充分發揮負，以充分發揮負壓抽吸效應。壓抽吸效應。3 3.2 DF深孔加工系統深孔加工系統 20世紀世紀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體噴射所產生的負壓效應，設計出一種利用流體噴射所產生的負壓效應，設計出一種獨立的深孔鉆抽屑裝置裝在獨立的深孔鉆抽屑裝置裝在BTA鉆進刀座位置，鉆進刀座位置，從從鉆桿末端產生負壓以促進排屑鉆桿末端產生負壓

45、以促進排屑。 與與BTA鉆的單一油路相比，它是一種雙向鉆的單一油路相比，它是一種雙向供油系統，命名為供油系統，命名為DF系統（系統（Double Feeder System）。）。 該系統所用刀具和輸油器與該系統所用刀具和輸油器與BTA完全相同，完全相同，只是將切削液分出另一支路用以產生噴流。只是將切削液分出另一支路用以產生噴流。 3.2.1 DF系統的工作原理系統的工作原理 除抽屑裝置外，其余要素與除抽屑裝置外，其余要素與BTA鉆完全相同。鉆完全相同。 1）進給箱與抽屑裝置為一體進給箱與抽屑裝置為一體。由箱體。由箱體8、鉆桿夾頭、鉆桿夾頭7、前噴嘴前噴嘴 8、后噴嘴、后噴嘴9、密封件、進油管

46、、出屑管等零、密封件、進油管、出屑管等零件和標準件組成。件和標準件組成。 2）由油泵輸送的切削液分為前后兩支由油泵輸送的切削液分為前后兩支。前一支經過。前一支經過鉆套、已加工孔壁與鉆桿、鉆頭體上的通油間隙流向鉆套、已加工孔壁與鉆桿、鉆頭體上的通油間隙流向切削刃，將切屑推入鉆頭喉部，經鉆頭內腔進入鉆桿，切削刃，將切屑推入鉆頭喉部，經鉆頭內腔進入鉆桿，再進入抽屑器；再進入抽屑器； 后一支進入抽屑裝置箱體，經前、后噴嘴之間喇后一支進入抽屑裝置箱體，經前、后噴嘴之間喇叭口狀的窄狹錐形間隙叭口狀的窄狹錐形間隙，因，因流道逐漸變小而獲得加流道逐漸變小而獲得加速，在鉆桿尾端形成圓錐面的射流，產生負壓抽吸作速

47、，在鉆桿尾端形成圓錐面的射流，產生負壓抽吸作用，用，從而加速鉆頭喉部至鉆桿內腔整個排屑通道中的從而加速鉆頭喉部至鉆桿內腔整個排屑通道中的介質流動速度，介質流動速度，達到加速和順暢排屑的目的達到加速和順暢排屑的目的。 圖16 DF系統配置示意 1-工件；2-中心架；3-BTA鉆；4-鉆套；5-輸油器；6-鉆桿； 7-鉆桿夾頭；8-抽屑裝置；9-前噴嘴；10-后噴嘴3.2.2 DF系統與其他深孔加工技術的比較系統與其他深孔加工技術的比較 一、一、DF系統與雙管噴吸鉆的比較系統與雙管噴吸鉆的比較 （1）將雙管噴吸鉆的內管取消，鉆頭改為）將雙管噴吸鉆的內管取消，鉆頭改為BTA鉆，并以兩個錐形空心噴嘴構

48、成的抽屑裝鉆，并以兩個錐形空心噴嘴構成的抽屑裝置取代雙管噴吸鉆內管的月牙槽，在置取代雙管噴吸鉆內管的月牙槽，在結構上簡結構上簡化了雙管噴吸鉆化了雙管噴吸鉆。 （2）繼承了雙管噴吸鉆在負壓效應方面的設）繼承了雙管噴吸鉆在負壓效應方面的設計思路：第一，噴嘴間隙計思路：第一，噴嘴間隙取取0.20.5mm；第；第二，前油路流量取為總流量的二，前油路流量取為總流量的2/3，后油路取為，后油路取為總流量的總流量的1/3。 射流噴射角射流噴射角是對負壓效應產生重要是對負壓效應產生重要影響的一個參數。一般說，影響的一個參數。一般說，較小的噴射角較小的噴射角能夠產生較大的軸向射流分量能夠產生較大的軸向射流分量，

49、從而產生，從而產生較大負壓效應。但雙管噴吸鉆受到結構和較大負壓效應。但雙管噴吸鉆受到結構和工藝上的局限，工藝上的局限，取值不小于取值不小于25。 DF系統的噴嘴則可能加工成更小的系統的噴嘴則可能加工成更小的錐角。錐角。 根據我們工藝所自己的研究，證明根據我們工藝所自己的研究，證明取取=2025是完全可行的，因而能取是完全可行的，因而能取得比雙管噴吸鉆更好的抽屑效果。得比雙管噴吸鉆更好的抽屑效果。 （3）DF系統抽屑裝置與雙管噴吸鉆內管的差別系統抽屑裝置與雙管噴吸鉆內管的差別 內管直徑（包括外徑和內徑）是與鉆頭直徑配內管直徑（包括外徑和內徑）是與鉆頭直徑配套設計的；鉆頭直徑越大，噴射槽的總面積越

50、大。套設計的；鉆頭直徑越大，噴射槽的總面積越大。而而DF抽屑裝置噴嘴的內徑和間隙無法適用于不同抽屑裝置噴嘴的內徑和間隙無法適用于不同尺寸的鉆桿。為某種鉆頭設計的抽屑器，只能用于尺寸的鉆桿。為某種鉆頭設計的抽屑器，只能用于變動很小的鉆頭直徑范圍，否則就必須更換新的噴變動很小的鉆頭直徑范圍，否則就必須更換新的噴嘴副并進行調整。嘴副并進行調整。（4）DF抽屑器噴嘴是一個完整的圓錐，而不像雙抽屑器噴嘴是一個完整的圓錐，而不像雙管噴吸鉆內管要有兩排相互斷隔的弧形槽。因而，管噴吸鉆內管要有兩排相互斷隔的弧形槽。因而，所產生的射流形態比雙管噴吸鉆更優越，抽屑效果所產生的射流形態比雙管噴吸鉆更優越，抽屑效果更

51、大。更大。 根據以上分析對比，得出以下根據以上分析對比，得出以下結論結論： DF系統和雙管噴吸鉆都利用射流負壓抽屑原理，系統和雙管噴吸鉆都利用射流負壓抽屑原理，排屑功能都比排屑功能都比BTA鉆有明顯的提高，特別是對鉆有明顯的提高，特別是對25mm以內的內排屑深孔加工表現突出。油壓和以內的內排屑深孔加工表現突出。油壓和流量都比流量都比BTA鉆明顯降低。鉆明顯降低。 在鉆孔直徑范圍方面，雙管噴吸鉆的最小鉆孔在鉆孔直徑范圍方面，雙管噴吸鉆的最小鉆孔直徑為直徑為18.4mm，DF系統由于不設內管而且負壓系統由于不設內管而且負壓抽屑功能更強，因而最小鉆孔直徑更小。抽屑功能更強，因而最小鉆孔直徑更小。 根

52、據我們的研究，如以長徑比等于根據我們的研究，如以長徑比等于40及能實現及能實現順利排屑為約束條件，則順利排屑為約束條件，則DF系統用于系統用于8mm鉆孔具鉆孔具有技術可行性，但有技術可行性，但DF系統鉆孔的經濟合理限度為系統鉆孔的經濟合理限度為12mm。 DF系統和雙管噴吸鉆各自適用于不同的生產系統和雙管噴吸鉆各自適用于不同的生產類型和深孔零件。類型和深孔零件。 二、二、DF系統與系統與BTA技術的對比技術的對比 （1）在機床設備方面，）在機床設備方面，DF系統適應性更大。系統適應性更大。所有用于所有用于BTA技術的鉆床均可用于技術的鉆床均可用于DF系統。槍系統。槍鉆機床、普通車床等，都可以改造為鉆機床、普通車床等，都可以改造為DF深孔鉆深孔鉆床。床。DF系統對油泵排油量、油箱容積和機床密系統對油泵排油量、油箱容積和機床密封的要求也低于同直徑