刘 成，马鑫涛，李 雪，李晓阳

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

3中信重工机械股份有限公司 河南洛阳 471039

中 信重工生产的用于边缘传动的轴齿轮，每年产量约为 120 件，材质为 17CrNiMo6，经渗碳淬火处理，齿面硬度为 57～ 61HRC，芯部硬度 ≥35 HRC，其中两端轴向共有 4 个φ11 mm 细长孔，最大孔深为 1 200 mm (长径比＞100∶1)，其作用是在检修时方便拆卸轴承。细长孔一般是在数控镗铣床上配备枪钻实施加工，加工时常出现细长孔轴心倾斜、钻头折断等问题，且加工效率较低，影响生产进度。

1 钻削影响因素分析

1.1 机床精度的影响

枪钻不同于普通接杆或整体加长麻花钻，并不是所有的钻床、镗床和车床都能与枪钻配合进行加工。枪钻是内冷外排屑，属高转速、小进给切削，要求具有高转速、高精度且具有冷却系统的机床配合加工。普通机床转速低、进给稳定性差、没有冷却系统，退刀排屑、钻削过程受力不均，钻削细长深孔时轴线易倾斜或折断钻杆，钻孔质量差、效率低。故此由高精度数控镗铣床配合枪钻实施细长孔加工效果较好。

1.2 材料硬度的影响

材料硬度不均衡造成钻刃切削时受力不稳，钻头偏摆，造成加工孔轴线倾斜、钻头崩刃或折断。

1.3 钻削方式

钻杆相当于悬臂梁，悬出越长则刚性越差。如果工件静止，钻杆旋转进给时，随着钻杆进给量的增加，其刚性越来越差，会造成深孔轴线倾斜。如果钻杆旋转而工件进给，则减少了由于钻杆刚性因素对加工的影响。

钻削参数和钻头几何角度的选择。枪钻的转速和进给倍率选择的不合理，会造成钻头磨损过快、受力不均；枪钻切削刃角度不合适，在钻深孔时，同样会造成枪钻受力不均，造成偏摆大、直线度差、甚至枪钻崩断的问题。

1.4 加工条件改进

钻导向孔时未找正工件，或加工轴齿轮端面与其轴线不垂直，就会造成钻杆轴线与孔口端面不垂直。开始钻孔时由于垂直度误差造成钻头受力不均，影响开始钻孔时孔的轴线倾斜度，最终影响细长深孔轴线倾斜或钻杆折断。为提高加工质量和效率，钻导向孔时严格找正，且端面先铣平再钻导向孔，保证孔口端面与工件轴线和钻杆中心轴线垂直。

由传统人工浇注冷却、退刀排屑，增加深孔钻(冷却) 系统，选定匹配压力和流量，采用刚性及钻削性能高的进口枪钻，来改善排屑和冷却工况。

通过对上述影响细长深孔加工的因素进行不断优化，加工质量和效率有所提高，但未达到理想效果。枪钻适用于加工小直径细长深孔，其内冷外排屑方式，具有深孔加工质量高、效率高的优点。但钻削角选择不当，且钻削参数 (转速、进给量) 选择不匹配，致使钻削时产生的力不合理，阻碍钻削，从而影响深孔加工质量及生产效率，影响生产进度、增加工艺成本。枪钻钻削角、钻削参数是否最佳是影响细长深孔加工质量、加工效率主要关键因素，也是最难选定的因素。笔者以轴齿轮细长孔加工为例，通过试验优化枪钻钻削角、钻削参数，并达到提高加工质量和加工效率、降低工艺成本的目的。

2 细长孔钻削

TK6916B 数控镗铣床的数控系统为 SIEMENS 系统，配备枪钻型号为 STOCK，规格为φ11 mm 3 根 (L=500 mm、L=940 mm、L=1 380 mm) 进口枪钻。TK6916B 数控镗铣床深孔加工如图 1 所示。

图1 TK6916B 数控镗铣床深孔加工Fig.1 Machining of deep hole with TK6916B numerical control boring and milling machine tool

2.1 工件找正

将轴齿轮固定在 TK6916B 机床旋转移动工作平台上，在轴齿轮两端的等直径圆上架上 V 形铁。找正两端轴径外圆母线，允差为 0.02 mm/m。找正后选择合适的压板将工件压紧，重新打表复检工件是否移动，若移动，则重新找正至要求。工作台旋转 90°，使轴齿轮一端面正对镗轴，保证钻杆轴线与轴齿轮轴线平行，轴齿轮端面垂直。

2.2 钻导向孔

以轴齿轮的轴线为原点，铣平端面，在中心位置钻φ11 定位孔，再钻铰φ11H7 导向孔，孔深 30 mm。导向孔加工完成后，将 75 mm 长的圆棒φ11h6 插入导向孔内，保证导向孔轴线与轴齿轮轴线平行。

2.3 枪钻最佳钻削参数

被加工零件的材质不同，热处理后所体现出的硬度也不同，枪钻最佳钻削角也不同。枪钻钻削角如图 2 所示。工件硬度高，枪钻外刃和内刃的夹角 (钻削角γ) 小，反之则大。钻削角过小时，钻削径向力增大，钻杆易卡死折断；钻削角过大时，钻削轴向力增大，钻削阻力大，钻杆偏摆幅度大，不易进给[1]。钻削角一般为钝角，不同材料的最佳钻削角不同。

图2 枪钻钻削角Fig.2 Drilling angle of gun drill

根据设定的钻削角，计算外偏角α、内偏角β[2]，一般情况下α比β大 10°)。每次加工轴齿轮上细长孔时，必须对枪钻钻削角γ进行校正。刃磨校正枪钻时，钻尖距钻杆轴线距离也是影响钻削效率的一个因素。

为选取最佳钻削角提高加工质量和效率，通过选取不同钻削角和不同钻削参数 (转速n、进给量f) 进行试验。钻削转速n与进给量f的合理匹配是高效、高质量完成细长深孔加工的重要因素。钻削参数的选择与被加工轴齿轮的材料性能、孔的深径之比有关。进给量不能太小，太小铁屑呈带状，不易断屑，排屑不畅，易堵塞，造成钻头受力不均，轴线倾斜或折断钻杆；进给量也不能太大，否则单位时间内产生的铁屑体积大，由于枪钻与工件间排屑间隙小，造成排屑不畅，易堵塞，同时枪钻负荷增大，产生热量增加，枪钻磨损增快，造成钻头受力不均，轴线倾斜或折断钻杆。钻削转速过低，则加工效率低，孔的表面质量差；钻削转速太高则会产生大量的切削热，降低枪钻耐用度，同时振动也会增大。进给量大，产生的铁屑如果不能及时排出，同样影响钻孔的质量和效率[3-5]。钻削参数匹配试验如表 1 所列。

表1 钻削参数匹配试验Tab.1 Matching test for drilling parameters

由表 1 可知，使用 TK6916B 数控镗铣床钻削轴齿轮细长孔时，枪钻钻削角为 110°，钻杆转速为 880 r/min，进给量为 0.015 mm/r，钻削效率最高、质量最佳。选择此钻削参数加工轴齿轮细长孔时效率最高、且质量最好。

4 结语

经过实践检验，TK6916B 数控镗铣床钻削轴齿轮细长孔时，最佳枪钻钻削角为 110°，钻杆最佳转速为 880 r/min，最佳进给量为 0.015 mm/r。经过优化钻削参数后，简化了加工工序，减少了进刀、退刀及磨刀次数，减少了断刀、取刀次数及时间，加工时间由原来的 20～24 h 缩短到 8 h，提高了加工效率；减少了枪钻的使用量，节约了采购枪钻的费用，同时提高了细长孔的加工质量。