北京軍工零（líng）件加工鈦合金深孔槍鑽加工研究

機械零（líng）件越來越複雜，零件對深孔加工的需求日益增多，這在模具製（zhì）造業中尤為突出(如模具（jù）頂出孔和冷卻（què）水（shuǐ）道孔的加工)。有關資料顯示，孔加工約占整個機（jī）械加工（gōng）的30%，而深孔加工又占到孔加工的40%以上，其中有（yǒu）22%是實心料的加（jiā）工（gōng）。在刀具生產行業，世界各國每年生產的用於孔加工的鑽頭占整個刀（dāo）具行業的60%。在29個製（zhì）造行業中，至少有50%對（duì）深（shēn）孔加工及其設備有直接需求，1/3以上有迫切需求。但是，我國深孔加工技術的發（fā）展和普及比歐洲等發達******至少落後近30年，90%的深孔加工裝備都依賴進（jìn）口，擁（yōng）有自（zì）主知識產權和核（hé）心技術的高（gāo）端產品（pǐn）不（bú）足10%。發（fā）展和推廣深孔加工技術（shù）直接關係到我國機械產（chǎn）品的生產效率和質量。

1  深孔加工常用方法

在機械製造業，孔加工一般按（àn）孔的（de）長徑比分（fèn）為淺孔（kǒng）加（jiā）工（gōng）和（hé）深孔加工。由於傳統的孔加（jiā）工普遍采用標準麻（má）花鑽，因此（cǐ）根據麻花鑽的（de）直徑d0、螺旋角（jiǎo）β和螺旋槽導（dǎo）程P之間的關係，將長徑比＞5的孔稱（chēng）為深孔。在（zài）近現代，隨著科技發展以及孔加工方式的增加，淺孔與深孔之間已經沒有明確的界限。人為地將孔加工按孔的長徑比進行劃分，主要是為了便於選擇刀具和（hé）選用工（gōng）藝（yì）。對於淺孔加（jiā）工，可以用麻花鑽鑽削、激光加工、電火（huǒ）花（huā）加工、線切（qiē）割加工等多種方式來實現。由於淺孔的長徑比小，加工比較容易，因此可選擇的加工（gōng）方法也較多。但對於深（shēn）孔或超長深孔(一般定義為長（zhǎng）徑比＞10的孔（kǒng）)的加工，可選擇的加工方法（fǎ）明顯減少。深孔加工刀具可按排屑（xiè）方式分為內排（pái）屑和外排（pái）屑兩大類，外排屑刀具包括槍鑽、深孔扁鑽、深孔麻花鑽（zuàn）等；內排屑刀具因所用加工係統不同，分為BTA深孔鑽係統（tǒng）、噴吸（xī）鑽係統和DF深孔鑽係統。

深孔麻花鑽是目前***常用的深孔加工刀具，由於其應用（yòng）的廣泛性，大量國內學者對其進行了研究，大致包（bāo）含以下四個研究方向：①麻花鑽鑽尖結構的研究。例如：A.S.Salama和A.H.Elsawy研究了雙平麵鑽尖的動態幾何結（jié）構，分析了進給速（sù）度對雙平麵鑽尖切削刃關鍵角度參數的影響。李信能研究了平麵鑽（zuàn）尖的加工方法，建立了刃磨（mó）單平麵和雙平麵鑽（zuàn）尖的數學模型。②麻花鑽螺旋槽結構的研（yán）究。例如（rú）：Kaldor S.等研究了加工螺旋槽時的（de）刀具（jù）截麵輪廓和砂輪截麵輪廓設計問題，給出了正問題和反（fǎn）問題的明確定義，即正問題是給定砂輪軸截麵形（xíng）狀，求解螺旋槽橫截麵形狀；反（fǎn）問題則是給定螺旋槽截麵（miàn）形（xíng）狀，求解砂輪軸（zhóu）截麵形狀。劉彬從切屑的卷曲、流出兩個方麵對麻（má）花鑽螺旋槽的優化設（shè）計方法進行了探討性研究，提出一種排屑順暢的麻花（huā）鑽刃型設計方案。③麻花鑽橫刃修磨的研（yán）究。橫刃修磨能顯著減小軸向鑽削力，提（tí）高進給量，其主要修磨（mó）型式有R型（xíng）修磨、X型修磨、N型（xíng）修磨、S型修磨（mó）、杯型修磨和無橫刃型修磨等幾種方式。④深孔麻（má）花鑽的結構研究。原江西量具刃具廠曾開發了一種深（shēn）孔加工拋物線（xiàn）麻花鑽，該鑽頭的螺旋槽型由拋物線和圓弧旋轉而成，無刃（rèn）背，容屑槽（cáo）寬，采用（yòng）大螺旋角和無錐（zhuī）度的厚鑽芯。雖然深孔麻花鑽的發展已經達到成熟階段，但由於（yú）加工深度受到製約，深孔麻花鑽還無法完成（chéng）小直徑（jìng）超長深孔的加工。

另（lìng）一種常用的深孔加工方式是內排屑加（jiā）工係統，但（dàn）由於切屑要通過刀具內部空腔排出，因此刀具（jù）直徑偏大，一般用於加工Φ18mm以上的孔。因此，對於長徑（jìng）比＞10，直徑小於20mm的小（xiǎo）直徑深孔（kǒng），槍鑽幾乎是（shì）*********有效的加工刀具，而且長徑比越大，槍鑽的優勢越（yuè）明顯。如圖（tú）1所示，槍鑽可（kě）分（fèn）為單溝槍鑽和（hé）雙溝槍（qiāng）鑽兩種類型。槍鑽由頭部（bù）、鑽杆、鑽柄三部分組成，一般采（cǎi）用整體硬質合金（jīn）結構，或鑽頭（tóu）采用硬質（zhì）合金，鑽（zuàn）杆用（yòng）鋼管軋製而成，然後將（jiāng）鑽頭和鑽杆無縫（féng）焊接到一起。槍（qiāng）鑽的鑽尖形狀複雜，幾何參數也較（jiào）多（duō），槍（qiāng）鑽內部有冷卻液輸入孔，外部有一條貫穿前後的V形槽（cáo）。隨著機（jī）械製造業的發展，對小直徑深孔的加工需求急劇增加，而槍鑽在小直（zhí）徑深孔加工（gōng）中（zhōng）有著其（qí）它刀具無法替代的優勢，所以槍（qiāng）鑽在機（jī）械製造業日益受到重視。

2  鈦合金切削加工性能研究

鈦合金（jīn）是以鈦為基礎，加入（rù）其它合（hé）金元（yuán）素（sù）構成的一種金屬（shǔ）間化（huà）合物結構材料。該材料的（de）特點是：比強度高，熱強性高，抗蝕性好，化學活性大，導（dǎo）熱性能差，彈性模量小；切削加工時彈性變形大，切削溫度高，單位麵積切削力大，高溫時（shí）表麵易硬化，粘刀現象嚴重。

早（zǎo）在上世紀中葉，歐（ōu）美發達******就圍繞鈦合金加工開展了大量研究，包括刀具磨損、切削（xuē）機理、切削力（lì）、切屑形（xíng）態等。Lockheed公司***早嚐試在6-220m/min速度（dù）範圍內（nèi）進行鈦合金銑削試驗（yàn）。Michigan大學對三種鈦合金進行（háng）了銑削試（shì）驗，以提高鈦合金的材料去除率（lǜ），並通過試驗研究（jiū）了高速銑削的加工振動問題。Jawaid等（děng）通過試驗研究了鈦合（hé）金Ti-6246的刀具磨損。結果表（biǎo）明，細晶粒刀具或經過研磨的刀（dāo）具耐磨性能較好。Nouari和Iordanoff用（yòng）離散元法分（fèn）析了切削鈦合金的刀具（jù）磨損。研究表明（míng），運用離散元法可有效幫助控製刀屑（xiè）接觸。Komanduri***早對鈦（tài）合金的切削機理進行（háng）研究，通（tōng）過（guò）研究正交切削鈦合金時的切屑變形，提出了著名的鋸齒狀切屑突變剪切失穩理論。Huriung對鈦合金（jīn）加工中的刀具磨損機（jī）理進行了（le）深入研究，指出（chū）WC-Co 基硬質合金刀具和PCD刀具中的碳會與鈦合金切屑在界麵處發生反（fǎn）應，生成TiC 界麵層，當擴（kuò）散速率受到TiC界麵反應（yīng）層的阻（zǔ）隔（gé）後，將減緩刀具的磨損。他還（hái）指出，穩定的 TiC 界麵層將有助於減（jiǎn）緩這兩種刀具的磨損。

(a)

(b)

圖1  槍（qiāng）鑽結構

我國對鈦合金切削性能的研（yán）究要晚於西方發達******，但經（jīng）過國內高校和科研院所（suǒ）的努力，已經取得了很多研究成（chéng）果。南京航空航（háng）天大學王瑉首先對銑削加工鈦合金的刀具磨損機理進行了深入研究，指出（chū）低速銑削（xuē）時（shí）以粘結撕裂磨損為主（zhǔ），高（gāo）速銑削時主（zhǔ）要為擴（kuò）散磨損。何寧等基於綠色切削理念，用硬質合金刀（dāo）具（jù）進（jìn）行了高速銑削鈦合金（jīn）的單因素（sù）試（shì）驗，得（dé）出了徑向切深、軸向切深、每齒進給量和銑削速度對銑削力的（de）影響（xiǎng）規律，並比較分析了（le）幹銑（xǐ）削、氮氣油霧和空氣油霧介（jiè）質（zhì）下銑削力的變化特點。西北工業大學（xué）的史興寬和上海交通大學的（de）陳明等研究了在高速銑削和普通銑削條件下（xià），鈦合金TC4材料的加工表麵（miàn）完整性，指出高速銑削對提高（gāo）加工效率、改善加工表麵完整性******有（yǒu）益。山東大學石磊從化學、物理和力學性能三個方麵對刀（dāo）具材料與鈦合金的性能匹配（pèi）進行了研究，並通過Ti-6Al-4V鈦合金的銑削試驗加以驗證，建立了鈦合金切削刀具選擇係統（tǒng）模型。

雖然我國對鈦合金切削性能的研究有了很大進展，但大部分集（jí）中在對鈦合金銑（xǐ）削性（xìng）能的研究，而對鈦（tài）合金深孔槍鑽加工性能研究甚（shèn）少。鈦合金深（shēn）孔槍鑽加工的刀具（jù）磨損（sǔn）機理、加工質量狀況、加工（gōng）效率等都有待進一步深入研究。

3  槍鑽研究現狀

槍鑽加工技術***早出現在軍工行（háng）業，直到20世紀（jì）中葉，出於******建設和經濟發展的需求，日、歐、美率先將一批軍用技術轉移到民用企業，用於民品生產，槍鑽也從此被人們（men）廣泛知（zhī）曉和應用。此後（hòu），國內外（wài）很多高校和科研院所都圍繞槍鑽加工展開了一係（xì）列研（yán）究，包（bāo）括槍（qiāng）鑽結構研究、槍鑽加工工藝研（yán）究、槍鑽振動鑽削研究以及槍鑽加工（gōng）穩定（dìng）性研究，並取得了豐（fēng）碩的研究成果。

(1)槍鑽結構的研（yán）究

槍鑽刀（dāo）具角度複雜，主要（yào）包括內刃（rèn）鋒角(也稱為內刃餘偏角或內角（jiǎo）)、外（wài）刃鋒角(也稱為（wéi）外刃餘偏角或外角)、外刃******後角、外刃第二後角、內刃後（hòu）角、刀尖角、導流麵後角等。每一（yī）個角（jiǎo）度的變化都會對切削力產生影響，進而影響刀具的壽命和加工質量（liàng）。所以，從槍鑽的結構出（chū）發，研究槍鑽的刀具壽命和加工質量具（jù）有重要意義。

Osman和（hé）Chahil通過開放（fàng）的液壓回路（lù）係統研究了槍鑽鑽尖與V型槽接觸麵處的截麵形式對加工質量的影響，提出了單孔、雙孔（kǒng）、腰型孔三種截麵形式。並指出，與（yǔ）其他兩種截麵形式相比，雙孔截麵形式的液壓（yā）損失***小。隨後，Astakhov等開發了一種可以測出孔（kǒng）底部切削液壓力的封閉液壓回路裝置，並通過試驗，闡釋了孔底幾何形狀對（duì）鑽（zuàn）尖附近的冷卻（què）液壓力有極（jí）大影（yǐng）響，而孔底幾何形狀取決（jué）於鑽頭的幾何形狀。K.S.Woon等研究了薄（báo）壁深孔加工中（zhōng）槍鑽刀刃圓角半徑對孔的直線度的影響，提出了（le）集切削力、鑽（zuàn）孔偏差、薄壁變（biàn）形以及過程運動學於（yú）一體的機械模型，建立了研究薄（báo）壁深（shēn）孔槍鑽加工的理論基礎。Dirk Biermann等以槍鑽刃形（xíng）為研究對象（xiàng），通過對比試驗，揭示了單刃深孔鑽切削（xuē）刃的形狀對深（shēn）孔鑽（zuàn）削（xuē）過（guò）程的影響（xiǎng），包括對刀具（jù）磨損、刀具負載以及孔的質量的影（yǐng）響。大連工業大學的李元坤通過（guò）槍鑽的磨損試驗和扭矩試驗，研究（jiū）得出了***優的導流麵名義後（hòu）角參（cān）數，並引入了衝擊壓力損失的概念，建立了（le）底麵淨隙區內的冷（lěng）卻液流動模型。首次提出了壓力不平衡度的概念（niàn），並將其（qí）作為槍鑽設計中必（bì）須考慮的影響因素之一。大連（lián）工業大學的張偉等以鈦合金為（wéi）加工對象，改（gǎi）進了深孔鑽削工藝，調整了刀具的幾何（hé）參數。為了提高槍鑽的強度，將槍鑽的後角由15°減小（xiǎo）到12°，並在刀具其它參數不變的（de）情況（kuàng）下，通過實驗對比（bǐ）了改進前後的刀具（jù）壽命，實驗結果顯示，改進後的刀具（jù）壽命顯著增加。湖南大（dà）學的張秋麗分析了槍鑽的受力狀態，並結合槍鑽的結構（gòu）特點，基於切削（xuē）原理和微（wēi）刀具（jù）理論（lùn），建立了平麵型後（hòu）刀麵槍鑽的鑽削力數學模（mó）型，為預測槍鑽的鑽削力提供了理論參考（kǎo），同時也為槍鑽的優化設計（jì）提供了新的設計方法。

從國內外（wài）目前的研究情況來看，對槍鑽結構的研究並不完善，且大部分（fèn）研究（jiū）都是對（duì）試驗結果的分析，缺乏相應的理論支撐。在對刀具結（jié）構進行調整時，很大一部分是在特定的加工環境下，依據（jù）加（jiā）工（gōng）經驗進行（háng）判斷，導致研（yán）究結（jié）果不夠******。

(2)槍鑽加工工藝（yì）的研究

目前（qián）對槍鑽加工工藝的研究主要集中在切削速度、進給速度（dù）等切削用量以及油壓對加工（gōng）質量的影響上，其中對油（yóu）壓的（de）研究相對較少，對（duì）切（qiē）削參數的研究占絕大多數。

Astakhov等研究（jiū）了在刀具運動、工件靜止的（de）情況下，槍鑽入鑽喇叭口的形成原理。並從槍（qiāng）鑽鑽入的穩定性入手，分析了從鑽尖接觸工件到鑽頭完（wán）全鑽入工件的過程，剖析了各方麵因素(如（rú）支（zhī）撐（chēng）麵位置、導向套、刀具角度等)對鑽入穩定性的影響，並對提高槍鑽鑽入的穩定性提出了合理化建議。Astakhov和Galitsky等（děng）還研究了槍鑽工藝參數(切削速度、進給量)和（hé）幾何參數對刀（dāo）具壽命的影響，通過對實驗數據的分析，得（dé）出了***佳（jiā）的工藝參數（shù）和刀（dāo）具幾何參數，並（bìng）指出（chū）刀具壽（shòu）命（mìng）並非隻受單個因（yīn）素的影響，而是所有工藝參數和幾何參數綜合（hé）作用的結果。大連工業（yè）大學的潘宇豪等以不鏽鋼的槍鑽（zuàn）加工為研究對象，通過實驗得出了***優切（qiē）削參數，並對比了標準型槍鑽、雙外刃（rèn）槍鑽、帶斷（duàn）屑槽的單外（wài）刃槍鑽三種槍鑽在***優切削參數下的加工性能。天津大學的（de）杜雲芝（zhī）通過有限元分析，建立了槍（qiāng）鑽和麻花鑽的三維模型，用有限元（yuán）法動態模擬了鑽削加（jiā）工過程，驗證了鑽削（xuē）過程動態有限元模擬的可行性，並對比了不同鑽速下兩種鑽頭加（jiā）工過程中的（de）應力、應（yīng）變（biàn）場、溫度分布、材料流動以及切屑成形，進而間（jiān）接分析（xī）了其垂直度的差別。華南（nán）理工大學的梁浩文通過（guò）實驗，研究（jiū）了槍鑽加工工藝（yì）以及轉速對工件質量的影響，包括工件的出（chū）入口（kǒu）直（zhí）徑差（chà）、孔徑偏差、圓度（dù）、軸線偏差等，指出在進給速（sù）度、冷卻液壓力（lì）一定的情況（kuàng）下，隨著槍鑽鑽速的增加（jiā），刀具的（de）振動（dòng）變大，出入口的（de）直徑差增大，而出入口的軸線偏差和圓（yuán）度隨鑽速的增加（jiā）波動較小。上海工具廠的胡江林和大連工業大學的張偉針對切削銀（yín）銅合金時不易斷屑的問題，對（duì）加工參數進行了優化，分別采用兩種鑽速、四種進給（gěi）量進行（háng）了試驗，通過研究切屑的形狀和變形係數，得出了合理的切削速度和進給量範（fàn）圍。張文強等根據槍鑽在加工過程中避硬趨軟的特點，研究（jiū）了（le）薄壁深孔的加工工藝，通過對加工過程中切削力（lì）的分（fèn）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。孫慶等對槍鑽的冷卻係統進行了分析，根據計算（suàn）公式和經驗數據，重新優化設計了（le）槍鑽（zuàn）加工冷卻係統，為在普通車床上進行槍鑽深孔加工提供了更合理的冷卻加工（gōng）係統。

分析（xī）已有的對槍鑽加工工藝的研究發（fā）現，絕大部分研究成果都建立在（zài）實（shí）驗基礎之上，對內在機理的研究與分（fèn）析相對較少，且研究的加工工藝大多是針對特定的工件材（cái）料，不能適用於所有材（cái）料的加工，更缺少具有參考價值的、與材料相匹配的工藝參數。

(3)槍鑽振動切（qiē）削的研究

振動鑽削是振動切削的一（yī）個分支，它與普通鑽削的區別在於：振動鑽削在鑽頭(或工件)正常進給的同（tóng）時，對鑽頭(或工件)施加某種有規律的振動，使鑽（zuàn）頭在振動中切削，形成脈衝式的（de）切（qiē）削力波形，使切削用量按某種規律變化（huà），以達到（dào）改善切削效能的目的。

振動鑽削理論首先由日本宇都宮大學的隈部淳一郎提出，他率先對超聲振動鑽削的（de）加（jiā）工機理進行了研究，他在其著作《精密（mì）加工振動切削(基礎與應用)》中提出了鑽頭的靜止化和剛性化理論。此後，美國學（xué）者W.Hansen對低頻振動（dòng）鑽削進行了研究，提出了低頻（pín）振動鑽（zuàn）削的（de）概念（niàn）與（yǔ）方法（fǎ），並研製了安裝在自動車床上，用凸輪控製的機械式軸向振動鑽削裝置，實驗研究發現，低頻振動鑽削可以（yǐ）減（jiǎn）少鑽頭燒傷，提高鑽頭壽命，加（jiā）快排屑過程以及提高孔的位置精度（dù）。西安理工大學的薛萬夫等通過理論分析和試驗驗證，給出了斷屑區域圖和（hé）鑽頭動（dòng）態後角計（jì）算（suàn）圖（tú），利用該圖可以方（fāng）便地選擇振動鑽孔的工藝參數和合理的刀具角度，並指（zhǐ）出，隻要恰當地（dì）選擇振動參數及其與切（qiē）削用量的匹配（pèi）關係，在適用範圍內無論加工何種材抖，采用何（hé）種刀具角度，都能根（gēn）據需要（yào）隨意（yì）控製切屑的大小和形狀，從而實現切屑的自主控製（zhì）。西安石油大學的劉戰鋒等在DF振動鑽削係統上采用槍鑽對35CrMo材料進行了超細長深孔低頻振（zhèn）動鑽削與普通（tōng）鑽削的對比實驗，比較了兩（liǎng）種不同加工方式獲得的（de）工件質量，包括工件的擴孔量、粗（cū）糙度、直線度和（hé）圓度，驗證了隻要匹配的工藝參數合理，采用低頻振動鑽削得到的各項工（gōng）藝參數均優於普通（tōng）鑽（zuàn）削。華（huá）中理工大（dà）學的李偉用偏心機械扭轉振動槍鑽對（duì）鋁合金進行了鑽削實驗，證明振（zhèn）動槍鑽可（kě）以減小刀具鑽削力，提高工（gōng）件表麵質量（liàng）。青島大學的苟琪和西安理工大學的李雲芳（fāng）通過對振動斷屑的理論分析，根據振動（dòng）波形幹涉得出了理論斷屑（xiè）條件和理論斷屑區域圖，並指出，振動鑽孔（kǒng）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、空切時間對斷屑的影響，並通過（guò）試驗驗證了用空切理論分析斷屑（xiè）的正確（què）性。北京航空（kōng）航天大學李（lǐ）振東等由理論公式推導繪製出理論上的振動斷屑區域（yù）圖，並通過實驗，對振動斷（duàn）屑區域圖（tú）進行了驗證。中北大學的房嘉賡以深孔振動鑽削（xuē）技術中的軸向振（zhèn）動鑽（zuàn）削為研究對象，對其加工時產生的軸向（xiàng）力和扭矩預測進行了研究。運用計算機數值模擬分析軟件Deform-3D，根據軸向振動鑽削的關（guān）鍵技術，建立了槍鑽軸向振動鑽削硬鋁合金的有限元（yuán）模型，實現了對（duì）該技術的有限元動態模擬，為振動鑽削技術的研究提供了有限元仿真方法。

雖然振動鑽削理論在上（shàng）世紀50年代就已提出，並且迄今已取得了大量研究成果，但有關振動（dòng）鑽（zuàn）削在槍鑽深孔鑽（zuàn）削中的研究與（yǔ）應用卻比較少。在（zài）振動鑽削加工中（zhōng），對不同的工件材料和尺寸應采用何種振動方（fāng）式(自由振動、自激振動或受迫振動)和什麽（me）樣的振動頻率(低頻振（zhèn）動或（huò）高頻振動)，目前尚無明確的定義。

(4)槍鑽加工穩定（dìng）性的研究

槍鑽加工的穩定性直接影響工件的加工質量及刀具的使用（yòng）壽命。雖然影響加工穩定性的因素很多，但追根究底是由（yóu）切削力的（de）變化（huà）造成（chéng）的。迄今為止，對加工穩定性的研（yán）究大多集（jí）中在對加工過程中（zhōng）產生（shēng）的顫振進行分析，以及（jí）研究輔助加工工（gōng）具(如導向條、導向套、鑽杆支撐架等（děng）)對加工穩定性的影響。

Alexander M.Gouskov等研究了槍鑽加工過程中的非線性彎曲振（zhèn）動與（yǔ）扭轉振（zhèn）動，將槍鑽簡化（huà）為受橫向振動和軸向振動的連續梁模型來進行分析，並結合連續切削與斷續切削理論，提出了新的彎曲扭轉耦合振動鑽削模型，為研（yán）究槍（qiāng）鑽的振動鑽（zuàn）削提供了理論依據。Tarng和Li基於ART2神經網絡方法開發了一種顫振識別係統，並通過試（shì）驗證實該係統可有（yǒu）效檢測出加工（gōng）顫（chàn）振，該係統是根（gēn）據軸（zhóu）向力隨時間的變化來判別是否產生顫（chàn）振。西安工業大學白萬民以（yǐ）槍鑽為研究對象，根據機床的回轉精度和進給精度、工件材料、機床的三點一線（xiàn）、鑽杆的剛度（dù）等（děng），分析了刀具在加工時的受力狀況，並用有限（xiàn）元法（fǎ）推導出中心（xīn）線偏移量的計算公式。中（zhōng）北大學鄭誌群等基於轉子係統動力學、機床顫振的非線性理論、深（shēn）孔加工係統的非線性動力學等，建立並分析了槍（qiāng）鑽加工小（xiǎo）直徑深（shēn）孔的動力學（xué）模（mó）型，從而得到槍鑽加工係統的動力學方程（chéng），並（bìng）用MATLAB軟件求（qiú）解方（fāng）程，為小直徑深孔鑽削的穩定性分析建立了理論基礎。中北大學的段曉奎和魏旭民針對深孔鑽削（xuē）加工中出（chū）現的顫振問題，分（fèn）析（xī）了金屬切削加工中顫振產生的（de）機理，研（yán）究了磁流（liú）變液材（cái）料（liào）的原理、磁流（liú）變效應的機理和磁流變液減振器（qì）的（de）設（shè）計原理，提出利用（yòng）磁流變液來抑製顫振的發生，並給出了基於BP神經網絡PID控製的深（shēn）孔加工磁流變液減振器控製算法。

目前加工穩定性的研究主要集中在車削和銑削領域，對（duì）鑽削穩定性的研究（jiū）相對較少。在研究鑽（zuàn）削加工（gōng）穩定性時，幾乎都是采用麻花鑽或BTA深孔鑽作為研究對象，並且忽略了（le）過程阻尼對切削加工穩定性的影響。因此，結合過程阻尼的形成機理及其對加工穩（wěn）定性的影響，以槍鑽為對象進行鑽削穩（wěn）定性（xìng）的研究，對提高槍鑽一次加工成形質量具有（yǒu）重要（yào）意義（yì）。

小結

盡管隨著製造業的發展，在各國研究人員（yuán）的共同努力下，槍鑽加工技術有了質的飛躍，但要使槍鑽加（jiā）工技術在民用製造業得到普及應（yīng）用，還有許多工作要（yào）做。此外，對槍鑽加工的研究還（hái）存在以（yǐ）下一些問題：

(1)與車削和（hé）銑削加（jiā）工相比，目前對（duì）鑽削加工的研究總體上還比較少。車削和銑削的研（yán）究從（cóng）切削理論到實際應用都已達到成熟階段，而鑽削的研究（jiū）還不夠成熟（shú），且（qiě）鑽削理論和工藝試驗90％都是以麻花鑽為研究對象。而對深（shēn）孔加工的研究，絕大部分都是采用內排屑深孔鑽（zuàn），對槍鑽的研究隻占其中很少一部（bù）分。因此，加強對深孔槍鑽（zuàn）加工（gōng）的研究，對其發展與應用具有（yǒu）重要意義。

(2)對槍鑽（zuàn）加工的研究，無（wú）論是研究刀具壽命，還是研究切削用量或刀具（jù）參數等（děng），大（dà）多是從切削試驗出發，根（gēn）據實際加工狀況、切屑形態、刀具磨損等進行直觀判斷，缺（quē）乏一套完整的理論作（zuò）為支撐。因此，揭示槍鑽（zuàn）加工的內在機（jī）理和規律（lǜ）顯得尤為（wéi）重要。

(3)對槍鑽加（jiā）工切削用量的研（yán）究較少，且目前對切削用量的研究大（dà）多是針對特定的加工材料，對於常用工件材料，尚（shàng）未給出（chū）具體的、定量（liàng）的***優化切削參數，或直接建立可供加工人員選用的匹配參數表（biǎo），這（zhè）就導致深孔槍鑽加工推廣（guǎng）困（kùn）難，在加工新的材料時，需要花（huā）費大量時（shí）間來確定***優切削（xuē）用量。

(4)在斷屑台或斷屑槽是否可應用於槍鑽斷屑的問題，國內外基本上（shàng）很少研究。槍鑽加工（gōng）中的可靠（kào）斷屑一直（zhí）是一個加工難題，它對刀具壽命和孔的表麵質量有直接的影響。對這一問題的深入研究，將大幅提高槍鑽（zuàn）一次加工的精度，從而減（jiǎn）少後續加工工序。

(5)由（yóu）於槍鑽自身的結構特點，在加工大長徑（jìng）比深孔時，鑽杆的振（zhèn）動不可避（bì）免。但是（shì），目前對鑽杆穩定（dìng）性的研究並不多見，如何***大限度地減（jiǎn）小加工過程（chéng）中的鑽杆振動是（shì）槍鑽研究的又（yòu）一重點。

(6)槍鑽的（de）刀頭結構參數是影響其加工性能***直接的要素。目前的研究表明，改變刀頭結構參數或多或少會對加工質量產（chǎn）生影響，但（dàn）影響的程度和規律還需要加以研究和分析。對於特定材料的加工，目前隻能給出刀具幾何參數的大概範圍，具體數值仍需用戶根據實際加工情況來決定，因此，對刀頭結構參數進行深入研究，實現工件材料與切（qiē）削（xuē）參數的合理匹配對於槍鑽加工技術的發展至關重要。

原載《工具技術》  作者：李亮