基于导向型钻头的长缸套深孔钻削装置设计毕业设计说明书

1、IV 第 页目录第一章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.1.1 课题研究背景11.1.2 课题研究意义11.2 深孔加工研究现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状3第二章 深孔加工系统方案设计42.1抽油泵长缸套深孔加工42.1.1零件结构特点和技术要求分析42.1.2 定位基准的选取42.1.3 工艺路线的拟定52.2 深孔加工系统设计52.2.1 深孔加工的分类52.2.2 深孔加工的特点72.2.3 深孔加工系统72.2.4 深孔加工系统方案设计10第三章 喷吸钻系统设计理论113.1 喷吸钻系统负压抽屑机理113.1.1 负压抽屑机理113.1.2 影响负压效应

2、的因素133.2 喷吸钻系统排屑特性153.2.1 切屑形态及容屑系数R对排屑的影响163.2.2 排屑通道压力PC和流量QC对排屑的作用173.3.3 负压效应对排屑的影响18第四章 喷吸钻系统结构设计194.1 喷吸钻设计194.1.1 喷吸钻的特点194.1.2 喷吸钻的工作原理204.1.3 钻头设计214.2 中心架设计274.3 联结器设计314.3.1 不旋转式负压抽屑装置结构314.3.2 结构设计324.4 喷吸钻系统总体布局34第五章 结论与展望355.1 结论355.2 展望35参考文献36致谢37基于导向型钻头的长缸套深孔钻削装置设计摘要 抽油泵是输送油料，由抽油机带动

3、把原油提升和输送的井下装置，抽油泵长缸套是其基础零件，其加工精度和表面质量决定了柱塞和泵套的配合性能，从而决定了抽油泵的工作性能。深孔钻削装置是解决长缸套内孔加工难题的关键设备，深孔加工中所使用系统的分类，是以加工中用到的冷却装置以及排屑装置来作为分类的。现在国内和国外经常使用的深孔加工系统主要是外排屑枪钻系统、BTA系统、DF系统和内排屑的喷吸钻系统。深孔钻削装置工作是在封闭的状况下进行，存在的不足之处主要是排屑困难、散热比较差以及工艺系统的刚性差等，通过对现有深孔加工系统的结构及工作原理的理论分析，运用三维软件Solidworks对钻削装置建模，阐述钻削装置的设计原理和零件设计过程，并在分

4、析长缸套加工工艺的基础上，设计了一套深孔钻削装置，有效地用于长缸套的深孔钻削。关键词：深孔加工系统，深孔钻削，长缸套，SolidworksDesign of long cylinder liner deep hole drilling device based on guided bitAbstactThe long cylinder liner of the pump is its basic part. Its processing accuracy and surface quality determine the mating performance of the plunger an

5、d the pump sleeve， thus determining the working performance of the pump.Deep hole drilling device is the key equipment to solve the problem of machining the inner hole of long cylinder liner. The classification of the system used in deep hole processing is based on the cooling device and chip remova

6、l device used in processing. Now domestic and foreign often used deep hole processing system is mainly external chip gun drilling system， BTA system， DF system and internal chip suction system. Deep hole drilling device work is carried out in a closed condition， the deficiency of main chip removal i

7、s difficult， less heat and process system of the poor rigidity， based on the existing structure and working principle of deep hole processing system of the theoretical analysis， using 3 d software Solidworks modeling to the drilling unit， and expounds the design principle of drilling device and comp

8、onent design process， On the basis of analyzing the processing technology of long cylinder liner， a set of deep hole drilling device is designed， which can be effectively used for deep hole drilling of long cylinder liner.Key Words: Deep Hole Machining system， Deep hole drilling， long cylinder liner

9、， Solidworks39 第 页第一章 绪论 1.1 课题研究背景和意义 1.1.1 课题研究背景抽油泵是输送油料，由抽油机带动把原油提升和输送的井下装置，抽油泵长缸套是其基础零件，其加工精度和表面质量决定了柱塞和泵套的配合性能，从而决定了抽油泵的工作性能。为了解决长缸套内孔的加工难题，本课题在分析长缸套加工工艺的基础上，设计一套能有效地用于长缸套加工的深孔钻削装置。1.1.2 课题研究意义在机械加工领域中，孔的加工是一个重要分支，而深孔加工又占据孔加工工作量的大部分，在金属切削中有重要地位。通常，我们把孔的深度大于孔的直径5倍的圆柱孔叫做深孔，即长度与直径之比大于5的孔就可称之为深孔，相

10、对应的，长都与直径之比小于或者等于5的孔则把它称之为浅孔。深孔加工不同于一般的孔加工，深孔加工比较特殊，加工时一般要用特殊技术方法以及特殊的刀具和设备来实现加工。在机械加工领域中，孔的加工技术一直是一种非常重要的加工方法，根据相关资料的统计数据得知，在整体工作量中，孔加工的工作量约占整体工作量的25%以上，而在孔加工工作量中，深孔加工则占孔加工工作量的2/5以上。一开始，深孔加工技术主要用在国防军工领域，其加工难度大，而且成本较高，技术附加值非常高。随着科技的不断发展，各个行业的机械化、智能化、自动化在不断的提高，如发动机制造，石油化工装备等众多产业领域，几乎所有的机械生产制造部门，对深孔加工

11、技术有了更高的要求，所以能否解决好深孔加工的问题，将很大程度上影响到机械加工质量以及生产效率。 1.2 深孔加工研究现状 1.2.1 国外研究现状 发明于18世纪初期的扁钻，是最早用于金属加工的深孔钻头。到了1860年，美国人加以研究之后改进了扁钻，然后发明了麻花钻，这在钻孔领域之中取得了重要进展。但是在使用麻花钻来钻深孔时人们发现，麻花钻钻深孔时对于冷却与排屑非常不便，导致生产效率很低。随着枪炮生产的快速发展，到了20世纪一二十年代，德国、英国、美国等国家，他们的军事工业部门先后发明了一种单刃的钻孔工具，这种工具因为用来加工枪孔而人们把它叫做枪钻。枪钻的钻杆是一种不对称的形状，所以他的扭转强

12、度不高，只可以传递有限的扭矩，这种钻头适合用来生产加工小孔零件，而且加工效率较低。在二战前和二战期间，因为战争的需要，用枪钻来生产加工已经不能满足高效生产的要求，到1943年的时候，德国海勒公司研制了一种内排屑深孔钻削系统，又叫毕斯涅耳加工系统。第二次世界大战之后，由英国、瑞典、德国、美国、法国等的公司和商会联合起来，组成了BTA协会，即深孔加工国际孔加工协会( Boring and Trepanning Association)。经过不懈的努力，这种加工深孔的特殊加工方法重新有了新的发展，这种方法被定名为BTA法，然后普遍应用在世界各国。后来瑞典的山特维克公司最先设计了一种可转位深孔钻还有分

13、屑多刃错齿深孔钻，让BTA加工法有了长足的进步。BTA加工法中存在着不足，如在密封困难还有切削液压力较高，1963年山特维克公司发明了种巧妙应用喷吸效应方法的喷吸钻法，克服了这些不足。只需要采用较低的切削液压力，在推和吸双重效应下可以使切屑比较容易的就排出，这大大方便了系统的密封。但是另一方面，这种方法本身也存在着缺点，就是它需要使用两根钻管，所以其排屑空间受到限制，一般在加工时孔径不能小于18 mm。而且这种加工法切削液的供给方式特殊，使其缺乏了BTA加工方法中切削液对于钻杆振动的抑制作用，容易擦伤刀杆，和BTA法相比，它的系统刚性和加工精度要略低。1970年到1980年期，日本的冶金股份有

14、限公司研制出了一种把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的DF(Double Feeder)加工法，这种方法是单管双进油的装置，用来生产之后得到了较为满意的结果，现在广泛的应用在小直径、中直径的内排屑深孔钻削之中。 1.2.2 国内研究现状我国工程界及学术界在深孔加工技术方面的研究也有所建树，比如山西的中北大学，辽宁的大连理工大学，还有北京科技大学等高校，另外还有江西量刃具厂，成都工具研究所，科研院所等。随着时代的发展，我国机械制造业快速进步，发展迅速，在国内深孔加工技术得到了广泛的应用。后面成功研制出了群钻，使钻孔效率得到了大幅度提升。我国的BTA钻头开始使用于1958年，在那之后，70年代

15、初，我国开始了喷吸钻的研制和推广使用，到了1978年我国已经完成DF法的设计，并在1979年正式投入使用于生产，现在已经广泛的应用在小直径、中直径的内排屑深孔钻削加工之中。国内的几家制造厂研制了深孔套料钻，而且已经成功地加工出了长达12 m的发电机转子内孔。1989年西安石油大学在外排屑枪钻系统中成功地应用了喷吸效应原理，这使得枪钻的加工性能得到大幅度提升；1994年研制出了多尖齿内排屑深孔钻，大幅度改善了深孔钻削加工的稳定性和耐用度。深孔加工的应用技术发展很快，如深孔振动钻削技术，就是把深孔钻削与低频振动切削结合起来形成的；其它很多系统，如喷吸钻系统、深孔套料钻系统、BTA钻削系统、枪钻系统

16、、单管内排屑喷吸钻系统等也都有相应的研究和创新。第二章 深孔加工系统方案设计2.1抽油泵长缸套深孔加工抽油泵长缸套结构如图2.1所示，材料为38GrMoAlA，该材料加工硬化严重，强度高，属于难加工材料，内孔要求氮化处理。图2.1 抽油泵长缸套零件图2.1.1零件结构特点和技术要求分析抽油泵的主要基础零件是抽油泵长缸套，抽油泵泵套加工精度、表面质量及形状精度决定了柱塞和泵套的配合性能，即决定了抽油泵工作性能的好坏。长缸套的内孔加工要求为：孔径mm，孔长600mm，长度与直径之比约为14，表面粗糙度Ra为0.4um，直线度0.10mm，圆度误差为0.007mm，调质硬度为HB250300，强度为

17、b为950MPa。2.1.2 定位基准的选取以外圆表面作为定位基准，用三爪夹持后端外圆并用中心架支承前端外圆，如图2.2所示。2.1.3 工艺路线的拟定（1）毛坯选择：选用实心棒料，尺寸为66608mm。（2）孔的加工方案：下料车定位面钻孔（40mm）调质HB280310校直车两端面（长度留余量）粗镗（42.20 -0.02mm）精镗（440 -0.03mm）氮化珩磨达尺寸车外圆及连接螺纹等。图2.2 长缸套的装夹方式1三爪卡盘；2工件；3中心架；4授油器；5钻杆2.2 深孔加工系统设计孔加工包括深孔加工，浅孔加工和介于两者之间的中深孔加工。一般规定浅孔为孔深L与孔径d0之比小于5，即L/d0

18、5的孔；深孔为孔深L与孔径d0之比大于5，即L/d05的孔。深孔加工是孔加工中的一个重要分支，但深孔加工和一般的孔加工又不一样，原因在于：一般加工实心料上的孔时，采用的是标准麻花钻来进行加工，但是在实际生产实践过程中，为了保证顺利排出切屑，麻花钻加工一次钻到底时，钻孔深度L一般不超过螺旋槽导程P的3/4，即麻花钻正常加工孔时，孔的深度和孔的直径之比通常不大于5，所以，在工程上我们把L/d05的孔称之为深孔。2.2.1 深孔加工的分类深孔加工一般可分为电深孔加工（电解、电火花等）、一般深孔加工（钻、铰削、镗削等）和精密深孔加工（珩磨加工、滚压等）。（1）按加工方式分类1) 套料钻孔法：钻头是空心

19、的，钻孔后毛坯中心残存一根芯棒，如图2.3（c）所示。2) 镗孔法：加工之前毛坯已经有孔，为降低孔表面粗糙度和提高孔的精度采用的方法，如图2.3（b）所示。3) 实心钻孔法：实心毛坯，采用钻削加工出孔的方法，如图2.3（a）所示。 图2.3（2）按运动形式分类1) 工件旋转时刀具也作相反方向的旋转同时刀具又作进给运动。2) 工件保持不动，刀具在旋转的同时作进给运动。3) 工件旋转，刀具作进给运动。4) 刀具不动，工件作旋转运动与进给运动（这种方式采用不多）。（3）按排屑方式分类1) 外排屑：切屑从刀杆外部排出。外排屑方式又分为前排屑和后排屑。切屑沿孔中待加工表面向前排出，切屑液从钻杆内，或从钻

20、杆外，或从钻杆内、外同时进入，这种方式为前排屑；切屑沿刀杆内部排出，切屑液从钻杆内部进入这种方式为后排屑。2) 内排屑：切屑从刀杆沿内部排出，切屑液从钻杆外部进入。（4）按加工系统（冷却、排屑系统）分类1) 枪钻系统。2) BTA系统。3) 喷吸钻系统。4) DF系统。2.2.2 深孔加工的特点(1) 刀具的切削情况不能被直接观察到。目前只能凭借工人的经验，通过听切削时的声音、看切屑、观察机床负荷及压力表、触摸振动等这些外观现象判断加工过程是否正常。(2) 切削热不容易传散。一般切屑会带走切削过程中4/5的切削热，但是深孔钻削中被带走的切削热一般只有2/5，刀具占切削热的比例较大，扩散迟、易过

21、热，刃口的切削温度可达600 ，必须采用强制有效的冷却方式。(3) 切屑的排出不易。由于加工孔比较深，所以切屑经过的距离长，容易发生阻塞，造成钻头崩刃。(4) 工艺系统刚性不好。因为受到孔直径的限制，孔的长度和孔径之比较大，钻杆细且比较长，刚性差，容易产生振动，钻孔时容易走偏，因而支承导向极为重要。2.2.3 深孔加工系统（1）枪钻系统枪钻系统排屑方式为外排屑，其结构如图2.4所示，其主要由钻杆联结器、冷却润滑油路系统、中心架和扶正器组成。其中扶正器的作用是钻头入钻时作导向作用，并提供向外排屑的通道；中心架的主要作业是辅助机床卡盘装夹工件；钻头柄部则用尾架夹持，支承钻削扭矩和轴向力。枪钻系统工

22、作的原理是：切削液通过尾架上的输油入口处进入钻杆内部，到达钻头头部进行冷却还有润滑，同时切除的切屑通过钻头外部的V型槽里面排出。因为切屑是从钻头和钻杆的外部排出，已加工孔表面容易被擦伤，所以枪钻系统的加工质量相比于内排屑方式的系统要低。枪钻系统加工一般用在小直径(一般12mm的深孔加工之中。图2.5 BTA系统（3） 喷吸钻系统使用内排屑方式的深孔钻削主要使用喷吸钻系统。喷吸钻系统利用的原理为流体力学的喷射效应，即当高压流体经过一个狭小的通道喷嘴高速喷射时，在这股喷射流的周围就会形成一个低压区，可以吸走喷嘴附近的流体。喷吸钻系统的结构如图2.6所示，它的工作原理是：给予切削液一定的压力作用后，

23、切削液从联结器上输油口进入，其中2/3的切削液朝前进入内钻杆和外钻杆之间的环形空间，然后通过钻头柄部上方的小孔流向切削区，润滑与冷却导向部分和切削部分，并把切屑推入内钻杆的内腔然后向后排出;而另外的1/3切削液，则从内钻杆上方的月牙状喷嘴处以高速状态喷入内钻杆后部，于内钻杆的内腔形成一个低压区域，对切削区排出的切屑以及切削液产生向后的抽吸，在推与吸的双重作用之下，促使切屑可以向外迅速排出。所以在使用喷吸钻进行加工时，切削液的压力低而且稳定，不容易外泄，排屑顺畅，对钻削系统的密封要就不是很高，切削用量比较大时保证了钻削加工的进行。喷吸钻系统的结构组成为：外钻杆、扶正器、中心架、冷却润滑系统以及内

24、钻杆等。因为喷吸钻系统有内钻管，所以喷吸钻系统加工时的最小直径范围会受到限制，一般不可以小于18 mm。图2.6 喷吸钻系统（4） DF系统DF系统，原意是一种双进油装置，日本冶金有限股份公司在20世纪70年代研制出的系统。它并不是独创，而是把喷吸钻中吸出切屑的方法和BTA推出切屑的方法结合起来，只用一个钻杆来实现推和吸双重作用。它不仅具备了喷吸钻系统与BTA系统两个系统的的优点，并且克服了不足，钻削加工的直径范围得到提升(最小直径可达6 mm)，减小了密封压力，加工的精度和效率都有所提高。DF系统需要将切削液分成两条路线，分别供给联结器还有授油器。如图2.7所示，它的工作原理为：大概2/3的

25、切削液从授油器进人，并从已加工的内孔表面和钻杆的外壁之间流到钻头的头部，并把切屑从钻杆内部推出;剩下1/3的切削液则是直接从钻杆联结器的负压装置进入钻杆的内腔，然后产生一定的负压，把切削区的切削液以及切屑向后抽吸，促使顺利排出切屑。图2.7 DF系统2.2.4 深孔加工系统方案设计（1）枪钻钻孔的优缺点： 优点：枪钻加工其加工孔深大；尺寸精度高；加工孔偏斜度不高；而且强钻可以重磨，总的加工深度大。缺点：因为枪钻的刀杆上有“V”字型的排屑槽，所以它的刀杆强度比较差，加工效率也不高；另外其刀头角度较为复杂，重磨需要专业人员以及专用的重磨工装才能重磨；整体焊接式枪钻，其更换较为麻烦，加工过的内表面会

26、和铁屑摩擦，降低加工粗糙度，枪钻的加工质量低于内排屑方式系统的加工；钻头和钻杆不便于快速拆装更换，钻杆的进给量受到严格限制、钻杆的刚性不足，所以不适合用在较大直径的深孔加工中，这种系统主要用在小直径（一般l时，负压效应随减小而提高；当l时，负压效应随增大而提高。图3.3 间隙与压力p2的关系在选取射流间隙时，除了需要考虑负压效应外，还需要注意的大小，如太小时，容易造成间隙“堵塞”和进油口密封困难等弊病。根据流体力学理论，喷嘴环形通道的压力损失p与的3次幂成反比。如太小，那么压力损失剧增，射流能量损失严重，且射流压力过高，造成漏油和密封困难现象。另外，如果太小则容易引起堵塞，其原因是：射流液流受

27、到两壁的吸附会形成一层吸附层，容易使间隙“堵塞”。这样，负压效应将会完全的消失。微粒切屑及油污容易在间隙中逐步堆积起来，造成堵塞;因此，射流间隙不能取得太小，在保证一定负压效应后，值应该尽量取大一些。也就是说，在同样的负压效应时，l，这个区域是负压效应的稳定区。而不应取最小值，即l这个区域为负压效应的非稳定区。选取射流间隙时，一般在0.10.5 mm 之间选取，钻孔直径小时，值选取得小一些，反之，值取大一些。（2）喷射角对负压效应的影响当射流间隙相同，当=15时，真空区压力最低，即负压效应最好；=45时，真空区的压力最高，负压效应最差。所以喷射角的选取应取小一点。但是当喷射角太小时，会使径向分

28、量的动量很小从而使射流以及排屑两个通道的切削液，在能量转换区不能得到充分的转换，这样反而不利于负压效应的提高。此外，制作工艺的条件限制着喷射角，负压装置结构也限制着喷射角，喷射角选取一般取1530。（3）射流流量 Qn对负压效应的影响：当Qn太小时，就算射流间隙取的很小，射流速度也很高，射流也没有足够的能量与排屑通道中的切削液进行能量转换，负压效应不好；伴随着Qn的增大，负压效应也相应的随之提高，但射流能量损失也相应增加；当Qn大于某值时，能量损失严重，负压效应反而下降。在负压装置结构确定后，射流流量Qn的合理值应随钻削直径得增大而增大，并受到前排屑通道Qc的影响。合理选取前排屑通道流量Qc，

29、分流比的合理值约为1/31/5，由此按来确定射流流量较为合理。通常按前排屑通道中切削液的流速为切削速度的46倍来选流量Qc。3.2 喷吸钻系统排屑特性对于喷吸钻系统，其负压效应在很大程度上提高了其排屑能力，但深孔加工是否能通畅的将切屑排出，则是由切削区返回切削液(排屑通道切削液)的压力PC，负压效应、切屑形态和流量QC综合作用的结果来决定的。3.2.1 切屑形态及容屑系数R对排屑的影响在确定了排屑通道结构的条件下，主要是切屑形态影响切屑阻力。切屑的尺寸、切屑的整体状况、切屑个体的形状与切屑占有容积是能否顺利排出切屑的关键，然而，由于钻头切削工艺参数以及切屑的几何参数匹配，每片切屑的状有很大的随

30、机性，且难以测量，一定程度上无法做定量描述，又因为刀具的磨损和工件材质等形成的切屑卷曲形状还有硬化程度上的差异，另外每个分离的切屑个体只可以表明其本身对排屑通道的适应情况，但是不能表达出切屑整体对于排屑通道的适应情况。所以，可用切屑容屑系数来描述切屑在加工中的状况。切屑容积和所切除金属体积之比成为切屑的容积系数，记作R，表示为 （3.8）式中 Vq在一定压力作用下切屑占据的体积，m3/s; Vj得到相应的切屑时，被切除层金属层相应的体积，m3。切屑的容屑系数是单个切屑本身形态的反映，此外还体现了各类切屑混杂在一起时切屑的整体特点。切屑的容屑系数R较小，则切削等体积金属得到的切屑占有的容积小，即

31、要求的排屑率低。式(3.8)经变换后可写成 （3.9）将式（3.9）除以t得 （3.10）即 （3.11）式中 Zwj金属切除率，即单位时间内切除的金属体积，m3/s；Zwq切屑切除率，即单位时间内所得切屑的容积，m3/s。正常加工时，只要钻削系统的切屑切除率小于切屑排屑率Zwp(切屑在单位时间内能够排出的容积值，m3/s)，即时，可以顺利排出切屑，从而保证系统的加工稳定性。皱折单元屑和C形切屑的容屑系数较小，R15，在相同的切屑排屑率下，比较容易排出，占用存放场地小，是深孔加工中理想的切屑形态。当钻削加工的进给量较小时，容易产生带状切屑，这种切屑的排屑率较高，容易排出，也可以把他作为深孔加工

32、里面的正常切屑，但是这种切屑容屑系数R较大，排出之后占用存放场地较多，并且容易造成切削液损耗，所以只适宜于存屑场地比较大、有大型清理切屑设备的厂家。3.2.2 排屑通道压力PC和流量QC对排屑的作用当DF系统的射流间隙为零时，系统就变为了BTA系统。切削液在从切削区域进入到排屑通道拥有一定的流量和压力，通道中的切屑获得一定的能量，并在切削液压力差的作用下被排出。在排屑通道中切屑受到切削液的推力作用，与此同时还受到切削液摩擦阻力和黏滞阻力的作用。为了可以使得切屑顺利排出，切削压力P2必须小于P1，输入到切削区的切削液流速或者压力就必须得到提高。在确定了结构参数的条件下。不考虑负压效应的影响，则可

33、以增大排屑通道流量Qc和压力pc来提高液流流速，以使其排屑能力得到提高。如图3.4所示为流量Qc对容屑系数R的影响曲线。由图可知，当刀具的进给量较大时，可以得到稳定的C形屑。这时，切屑流量的大小对于容屑系数R和切屑的形状影响很小。这是因为此时的切屑在经受了很大的附加变形和切削变形之后，它的强度和硬度都很高，另外切屑的几何尺寸很小，所以切削液就不会对容屑系数R和切屑的形状产生明显的作用效果。带状切屑的硬化程度低，而且尺寸大，因而在切削液的压力和冲击作用下会产生尺寸和形状的变化。当流量Qc较大时，因为切屑受到很强的冲击从而使切屑变形折断，然后相互缠绕和堆积得更加的紧密，有所减小容屑系数R值。所以，

34、对于带状切屑的排屑，增大切削液的流量有着明显的效果。图3.4 流量QC对容屑系数R的影响1带状屑（f=0.021mm/r）；2C形屑（f=0.052mm/r）3.3.3 负压效应对排屑的影响由式（3.4）可知，排屑通道压差由于负压效应增加了。这个压差增量和静压差p1-p2没有关系，这个压差增量仅有负压效应产生的抽吸压差，记作Pc，即 （3.12）其抽吸力PcA直接作用于切屑（A为排屑通道横截面积），使切屑顺利排出。所以喷吸钻系统其负压效应可以提高其排屑能力。第四章 喷吸钻系统结构设计4.1 喷吸钻设计4.1.1 喷吸钻的特点（1）喷吸钻加工主要适用于加工18 65 mm中等尺寸直径(最大加工直

35、径可达180 mm)、长径比小于100的深孔加工;一次钻孔的精度可以达到IT9IT11级，加工孔的表面粗糙度R为3.2 1.6 m。（2）喷吸钻系统加工时所使用的切削液压力比较低。相比于BTA深孔钻而言，其压力可减小一半，压力p1.5MPa，流量Q为30120 L/min。该系统不需要专门的进油密封装置，可以在普通机床或专用机床上高效的加工。(3) 喷吸钻的切削过程要求要有可靠断屑，为保证排屑顺畅，切屑呈均匀的小“C”形屑最为理想。(4) 喷吸钻使用范围广。既可用于垂直孔(长径比小于50)加工，也可用于水平深孔加工以及浅孔的加工。(5)喷吸钻采用的是内钻杆和外钻杆两根钻杆，所以其排屑空间会受到

36、限制。因此，用喷吸钻加工的孔径不能太小，一般孔径须大于18 mm。另当孔深或孔径增大时，喷吸钻的排屑效果，即喷吸效果变差，喷吸钻理想的适用范围为小于65 mm的孔径，长径比小于50。加工时冷却液从内钻杆和外钻杆之间进人，刀杆的振动不能得到控制，刀杆容易擦伤，又钻杆的壁厚受到限制，所以喷吸钻的加工精度和刚性要略低于BTA方式的深孔钻。4.1.2 喷吸钻的工作原理图4.1喷吸钻的工作原理图支架；导向套；反压间隙（）；钻头；内钻杆；外钻杆；联结器；钻杆支架；进油孔（孔均布）；工件如图4.1所示为喷吸钻系统的工作原理。喷吸钻系统在加工时，给予冷却液一定程度的压力使其从进油口流入联结器，其中约2/3的冷

37、却液从内钻杆和外钻杆之间，通过钻头颈部的6个圆形小孔从反压间隙流向切削区，冷却液一面冷却刀刃并把切屑冲进排屑口，经内钻管向后排出。又内钻管的尾部有两排月牙槽喷嘴，这两排月牙槽喷嘴相错、而且间隙很小，两排月牙槽喷嘴与轴向夹角为30，另外的1/3冷却液经两排月牙槽喷嘴向后喷射，使得切削液流速增大，形成喷射流。由能量守恒原理可知，此时比动能增大，则比压能下降，在这股喷射流的周围则形成一个低压区。这样喷吸钻内钻管的前端和后端会形成一个压力差，从而在后端会产生一定的“吸力”，使前端带有切屑的冷却液加速向后流动，排出切屑。4.1.3 钻头设计喷吸钻深孔加工系统使用的内排屑深孔钻头，钻头的头部结构及几何参数

38、如图4.2所示。图4.2 多刃错齿内排屑深孔钻头部结构A，B导向条（1）各切削齿的材质选择根据各刀齿的切削状态以及所受负荷来选择刀片材料。对于中间齿和外齿，和中心齿相比较，中间齿和外齿的切削速度要比中心齿切削速度高，尤其是外齿的切削速度最高，所以其刀片材料应该选用耐磨性高、红硬性好的材料(如YT15，YW2，YW1等)；而中心齿所受的轴向力比较大，并且其摩擦、挤压较为严重，而且切削条件较为恶劣，所以应该考虑选用抗冲击性好、抗弯强度高的YG类或YT5硬质合金刀片；而对于高温合金材料来说，考虑采用耐磨性强、红硬性高的刀片，如YD15。各刀片材料选择如表4.1所示，各齿径向宽度如表4.2所示。表4.

39、1外齿中间齿内齿YT15YT15YT5表4.2D深孔钻直径（mm）a = 0.19Db = 0.14Dc = 0.07De = 0.1D7.65.62.84（2） 导向块在外齿和中心齿的对面刀体上，布置有两块导向块(其形状如图4.3所示)，有时为了减振，会在外齿之后设计一个弹性导向块。导向块的所处位置的分布原则要求径向合力作用在两个导向块之间，每个导向块的单位面积上受到的压力应最小，若两块导向块的压力相等为最好，这样以保证切削的稳定和导向块的磨损均匀。轴向方向，外齿的刀尖须高于导向块，否则导向块将会参加切削，致使切削不稳定，从而使精度下降。外齿刀尖与导向块的滞后量不应太小，若外齿刀尖磨损后，这

40、有可能会造成导向块的超前；但是滞后量选得太大，那么在初钻时外齿则很容易打刀，所以滞后量一般取0.51.2 mm。导向块不能选的太短，若导向块太短则基本上没有导向作用；但导向块也不宜太长，导向块太长会造成硬质合金的浪费而且会增大摩擦扭矩，从而容易打刀。对于多刃错齿深孔钻来说，导向块的长度一般可以取的短一些，但一般不宜大于15 mm。导向块宽度的设计原则是不破坏工件与导向块之间的润滑油膜，以保证孔内壁和导向块始终处在滑动摩擦状态，导向块的宽度B一般设计为(0.10.2)d0(d0为钻头的直径)。导向块必须要设有倒棱，使油膜更加便于形成。导向块材料的选取，应该选择与工件材料亲合性小，而且韧性好、耐磨

41、性高的硬质合金材料。加工钢件时，选用YT5，YW1，YT15或YT798的硬质合金材料。导向块的材料及尺寸如表4.3所示。图4.3 导向块的形状表4.3材料：YT798L（mm）B（mm）导向块A136导向块B134（3） 切削用量的选取与切削功率计算确定背吃刀量：ap=；确定进给量：工件材料为38GrMoAlA，刀具材料为YT类。参考机械加工工艺手册表104-31，选取进给量f=0.2mm/r；确定切削速度：参考机械加工工艺手册表104-31，选取切削速度V=80mm/min。由于计算深孔钻削的功率还没有成熟的经验公式，一般采用计算麻花钻功率的公式来进行计算。由于深孔钻和麻花钻的刀具材料不同

42、，在计算时取深孔钻功率的70作为近似值。 公式中 M钻削扭矩，Nm； d钻削直径，mm； f钻孔进给量，mm/r；N钻削径向力，N； n转速，r/s； V切削速度，mm/min； P钻削功率，Kw。（4） 喷吸钻钻头深孔加工中喷吸钻系统所使用的钻头为内排屑深孔钻头，结构及尺寸如图4.4和表4.4所示。喷吸钻钻头的头部结构及几何参数和BTA深孔钻一样，不同的地方在于喷吸钻钻头在钻头的颈部有68个23mm的小孔，使切削液从内管中流出，经反压间隙到达切削区。钻头后端的内孔需要和内钻管相配合，而且钻头连接外管的螺纹外径要比BTA钻头的大一些，在总长度上也要长一些。图4.4 喷吸钻结构表4.4dd1d2

43、d3d4d5Ll1l2l3l4l5矩形螺纹Jd6stk4036332935.433.569.4726.530.53340.5J35.4x20/4头33.22.754（5） 喷吸钻钻杆钻杆材料：钻杆只受扭矩，转速不大，为空心轴，选择40Gr钢，钢材料参数如表4.5所示。表4.5 40Gr钢材料参数材料热处理硬度HB抗拉强度b(N/mm2)屈服点s(N/mm2)弯曲疲劳极限-1(N/mm2)扭转疲劳极限-1(N/mm2)40Gr调质2412867505503502001 估算钻杆直径 由于钻杆只传递扭矩，且轴的跨度及载荷的位置不能准确确定，所以按扭转强度估算最小直径。钻杆为空心轴，按其扭转强度计算

44、为：d轴端直径，mm；T轴所传递的转矩，Nm， ；n轴的转速，r/min；许用扭转切应力，MPa，取=40MPa；空心轴的内径与外径之比，取=0.6。故最小直径：2 喷吸钻钻杆连接部分尺寸如图4.5和表4.6所示。图4.5 喷吸钻连接杆表4.6dd1D1D2D3D4D5D6EFGH矩形螺纹Jstk40 3936333735.433.5369.5193540J35.4x20/4头2.70 543 钻杆的刚度校核钻杆只受扭转力，校核时只需要校核钻杆的扭转刚度就可以。轴的扭转刚度校核计算的是在工作时的扭转变形量，用轴长每米的扭转角来度量。钻杆属于精密要求不高的传动轴，它的每米轴长许用扭转角p1。钻杆

45、是空心直轴，故其圆轴扭转角1式中 T轴所传递的扭矩，Nm； d轴的直径，mm；空心轴的内径与外径之比；故钻杆满足刚度要求。4 内钻杆如图4.6所示图4.6 喷吸钻内钻杆4.2 中心架设计深孔钻削装置中的三大部件之一中心架，它的主要功能是扶正旋转的工件与此同时支承工件。但是在深孔加工中的零件较重，加工时工件外圆速度较高，所以，必须使用滚动支承。目前我们常用的中心架有整体滚动式中心架和局部滚动式中心架两种形式，整体式使用四点支承，局部滚动式使用三点支承。（1）局部滚动式中心架如图4.7所示为局部滚动式中心架的结构，这种中心架与普通车床中心架结构相同，但是其支承方式是滚动方式，这种中心架装夹工件方便，但是刚性较差，工件的外圆必须预先车出定位基准，并且这种中心架找正不太方便。深孔钻床没有尾座，在采用这类中心架时，工件端面上需要车授油器导向套上锥面以及定位锥配合定心。图4.7 局部滚动式中心架1中心架底座；2上盖；3螺母；4滑杆；5弹簧；6摆杆；7轴承；8卡板（2）整体滚动式中心架如图4.8所示为整体式滚动式中心架结构，这种中心架适用于中小型深孔加工机床，由支承套、轴承、支承调节螺钉、支座和底板等构成。工件安装在支承套内，工件对中则调整4个支承螺钉进行对中，其回转精度高、刚性好、找正方便等优点，但时对于工件的装夹，局部滚