提高镗床上深孔钻削加工效率的研究

电火花加工的基本原理

电火花加工的原理是基于工具与工件(正负电极)之间的脉冲火花放电的电腐蚀现象来去除多余的金属，从而达到预定的对工件尺寸、形状和表面质量的加工要求。

工件电极和工具电极分别连接到脉冲电源的两个不同极性的电极上。

电极通常由导电性好、熔点高且易于加工的耐腐蚀材料制成，例如铜、石墨、铜钨合金和钼。在加工过程中，工具电极也有损耗，但它小于工件的金属侵蚀，甚至接近于无损耗。

工作液作为排放介质，在加工过程中还起到冷却和排屑的作用。常用的工质是低粘度、高闪点、性能稳定的介质，如煤油、去离子水、乳化液等。

当在两个电极之间施加脉冲电压时，当工件和电极之间保持适当的间隙时，工件和工具电极之间的工作流体介质将被击穿，形成放电通道。

在放电通道内产生瞬间高温，熔化甚至汽化工件表面的物质，同时汽化工作液体介质。在放电间隙处迅速膨胀爆炸，工件表面的一小部分物质被蚀刻掉并甩出，形成一个微小的凹坑。

脉冲放电后，经过一段时间后，工作流体的绝缘性恢复。脉冲反复作用于工件和工具电极，不断重复上述过程，工件材料逐渐被刻蚀掉。

伺服系统不断调整工具电极与工件的相对位置，自动进给，保证正常脉冲放电，直至加工出所需零件。

1.EDM。

工具一般是铜或石墨电极，可以做成任意形状，加工的形状就是对应的腔体。

2.电火花线切割

WEDM可分为线切割和快线。一般用直径0.1~0.3mm的电极丝加工直纹面零件，可以是冲孔零件，也可以是模孔。

电火花加工不仅改变工件的表面，而且改变其次表面。被加工工件的表面结构分为三层(图1-3)。

电火花加工表面的冲击层是由甩出的熔融金属和少量电极颗粒冲击形成的。这层很容易去除。

下一层是硬层(氧化层)。电火花加工从本质上改变了硬质层的金相结构和特性。在介质油的作用下，熔融金属迅速冷却，未被甩出的熔融金属在型腔内凝固，形成一层硬质层。这种硬而脆的氧化层会有微裂纹。如果该层太厚，或者不能通过抛光变薄或去除，那么该工件可能在某些使用条件下过早损坏。

最后一层是加热层或退火层。只是加热了，没有融化。硬质层和加热层的厚度由工件材料的散热能力和加工能量决定。在任何情况下，改变的金属层都会影响工件表面的原始性质。

数控电火花机床自动精加工电路能量

0简介

随着加工技术的发展，直径大于10倍的深孔加工越来越频繁。我公司在加工大于10倍直径的深孔产品时，由于形状和结构的限制，只能在钻床或镗床上加工。钻床排屑困难，深孔加工效率低；在镗床上加工时，排屑略有改善，但随着孔深的增加，排屑仍成为影响深孔加工效率的最大问题。

目前公司的深孔加工是根据加工产品的形状和结构。回转类产品在专用设备上加工，非回转类或一些特殊形状的零件用专用设备加工。使用专用设备进行加工时，不仅需要购买专用设备，还需要购买专用的磨刀设备。使用时需要安装专门的装置，准备工作繁琐，影响产品的加工效率。

为了解决上述问题，对现场镗床设备加工深孔的情况进行了研究，以实现在镗床上不需要专用设备的情况下，仍能高效加工该类产品深孔的方法。摆脱深孔加工专用设备对镗床的依赖。

1.影响镗床钻孔效率提高的原因

1.1工具冷却

在钻孔过程中，加工工具必须能够传递足够的冷却剂压力。压力越大，排屑速度越快，钻孔速度越快。通过现场生产加工发现，用镗床加工深孔时，如果用普通麻花钻加工深孔，刀具切削部分只有在加工孔时才能有效冷却。随着孔深的增加，深孔内的冷却液不能直接到达刀具的切削部分，而是沿着刀具的排屑槽流入切削部分。冷却液没有压力，无法传递足够的冷却液压力，排屑速度无法提高。

如果用内冷却的加工钻头进行深孔加工，冷却液可以通过刀具内的长通道到达切削部位，但压力仍然很小，排屑速度没有明显加快，所以对提高机床的加工效率没有明显的改变。刀具的切削部分得不到有效的冷却，使得刀具的温度很高。在这种情况下，如果增加刀具的速度或进给速度来提高深孔的钻削效率，刀具将被损坏，并且不能实现加工效率的提高。

因此，刀具切削部分的冷却是影响镗床深孔钻削效率的原因之一。

1.2铁屑的形状和清除铁屑的方式

正确的切屑形状和尺寸以及有效的排屑对于成功的深孔加工(深孔钻削)非常重要。要提高深孔钻削的加工效率，断屑是最重要的。在镗床上钻孔时，无论是使用麻花钻还是带内冷的机加工钻头，都必须保证钻孔过程中的正常排屑。在不使用特殊装置的情况下，钻孔过程中正常的切屑形状为条状，条状的切屑去除速度较慢，容易缠绕在刀具上，导致机器速度低，加工效率低。

为了提高加工效率，使铁屑的形状细分，增加机床的转速和进给量，使铁屑的形状变得细碎。这种形状的铁屑不能被冷却液带出深孔，导致其在深孔中堆积，导致切削热增加。而且这些难以排出的铁屑在刀具旋转过程中容易产生切屑，造成刀具和孔壁应变，甚至刀具损坏。因此，铁屑的形状和排屑方式也是影响镗床深孔钻削效率提高的原因之一。

2.解决方案和措施

2.1解决方案

从以上影响原因可以看出，要提高镗床的钻孔效率，需要解决两个问题:1)解决刀具冷却问题；2)解决铁屑的形状和排出问题。为了解决以上两个问题，对刀具的快速冷却和快速排屑进行了研究，通过提高冷却液的压力来达到提高排屑速度的目的。为了达到这个目的，对这两个问题进行了分析。为了提高镗床的钻孔效率，可以通过提高机床的速度和进给量来增加单位时间内的材料去除量。增加加工参数会导致铁屑形状的改变，从而形成我们所需要的微小破碎碎片。

这种铁屑形成后，要解决的问题是如何高效冷却去除铁屑。从前面的分析可以看出，为了实现高效冷却和排屑，冷却液必须有足够的压力，这样才能实现高效钻削。仅仅依靠机床冷却系统的压力是不可能的。在这种情况下，机床外部的高压气体被引入机床的冷却系统，冷却系统的压力增加，从而达到使冷却液有足够压力的目的。

将外部高压气体引入机床冷却系统，需要一个三通来实现将高压气体引入机床冷却系统。如果用普通三通只是简单地将高压气体引入冷却系统，那么外部高压气体的压力就大于机床冷却系统的压力，这样冷却液就不能到达切削部分，只有高压气体才能到达刀具的切削部分。这种情况相当于用风冷来降温，没有达到最佳的降温效果。

通过研究分析，自主设计了一种简单实用的组合三通(如图1所示)。它安装在机床的冷却管上，将车间的高压气体引入冷却系统，使冷却液变成具有一定压力的气溶胶，到达刀具前端的切削部位。这样，流经刀具切削部分的气液速度同时增加，刀具切削部分的温度可有效降低。同时，通过提高刀具的转速和进给速度，使铁屑的形状变为碎屑状，使带压力的冷却气雾直接将铁屑吹出孔外，使深孔内不存在铁屑堆积，消除了铁屑堆积引起的刀具温升，避免了刀具高速加工时铁屑的产生。采用这种方法，有效地解决了刀具冷却和铁屑排放的问题。

2.2解决措施

根据上述思路，自主设计了一种特殊的组合三通。

其工作原理是高压气体通过供气端和导气管流出三通，在三通和导气管之间形成负压腔，使冷却液从三通的冷却液端流入三通腔，与高压气体混合，通过连接接头5一起进入刀体的流道。冷却液和高压气体混合物的压力在刀具出口处释放，使冷却液以雾状形式喷射在切削刃上，使加工刀具的切削刃在加工过程中始终处于最佳冷却状态。

同时，由于这些雾化冷却液的压力，不断从刀具的流道进入被钻的孔中，再通过排屑槽从钻头的前端流出，将加工中产生的切屑带出深孔，使深孔干净光滑，不会有大量铁屑堆积。这些既消除了铁屑向刀体的传热，又消除了刀具在高转速下的切屑截留，有效解决了镗床深孔钻削中刀具的冷却排屑问题，大大提高了镗床深孔钻削的效率。在现场应用中，测试了一种孔径为42 mm、孔深为500mm的产品(如图3所示)。试验中，刀具转速由原来的30 ~ 40 r/min提高到400 ~500 r/min，加工效率提高了10 ~ 16倍以上。

3.结论。

采用上述方法，有效提高了深孔在镗床上的钻削效率，为直径大于10倍的深孔加工开辟了一种新的加工方法。摆脱高效深孔加工专用设备对镗床的依赖。该方法所需的三通制造简单，安装方便，能充分利用生产加工现场的资源。已在生产现场推广应用。将该方法应用于镗床上的深孔加工具有重要的现实意义。它可以有效地减少硬层的形成，但仍然不能消除退火层。

与传统的加工方法相比，电火花加工有很多优点，比如可以加工任何导电材料，包括那些传统工艺不能加工的硬度更高的金属材料。

电火花加工可以达到刀具无法达到的深度，是高要求深加工的理想加工方法。

电火花加工在加工过程中不会对工件施加额外的机械力，保证了工件的机械性能。此外，电火花加工后的表面光洁度通常比传统工艺好。

然而，与传统的加工技术相比，电火花加工的速度较慢，消耗大量的电能，增加了制造成本。