枪钻机床改装BTA钻床

乔 华，张 伟，贺凤宝，李明颖，李冬娜

(1.大连工业大学机械工程与自动化学院，辽宁大连 116034;2.天津科技大学包装与印刷工程学院，天津 300222)

0 前言

枪钻加工系统的出现，使小深孔加工中自动冷却润滑排屑和自导向问题获得了满意的解决，但其生产效率低，不适用于大进给、较大直径深孔的加工［1］。单管钻系统的出现，解决枪钻系统存在的问题，这也使得BTA机床得到了广泛的研究、发展、应用。

从国内外机床的发展情况看，机床的模块化设计思想得到了广泛的研究和应用，并己研制出许多模块化产品和模块化系统，尤其是国外先进制造业，己经进入了柔性化时代，基本上形成了产品从设计、工艺制造等一整套模块化管理体系。本文根据工厂实际的需求，依据模块化的设计思想，把枪钻机床改装为BTA机床。

被加工零件为热交换器上的一个零部件，为提该零件冷却孔的加工效率，需要把深孔枪钻机床改为效率更高的BTA钻床，所加工的零件如图1所示，每个工件需要加工12个周向分布的冷却孔，工件材料为Cr28不锈钢、冷却孔直径φ20、孔深700mm。

图1 热交换器件

1 枪钻机床

枪钻属于内冷外排屑深孔钻，其机床布局如图2所示。其工作原理：主轴电机6通过齿形带带动动力头7旋转，切削液从动力头7尾部打入，经过枪钻钻杆进入切削区域，使切屑沿着V型槽往外排出，当切屑进入切屑箱2时掉落，进入切屑回收处，切削液进入过滤系统进行过滤，冷却，再循环利用。

图2 枪钻机床整体布局图

2BTA机床

2.1 BTA机床工作原理

如图3所示，钻削工件1，切削液由A处压入，通过钻杆2与已加工孔壁之间的环形空隙进入切削区域，使切屑沿着钻杆内腔流入钻杆箱3。

图3 BTA切削原理

通过两种切削原理的对比与分析，可以得出机床改装的两个关键功能模块：

授油器箱体模块——机床的给油部分，切削液的入口，保证切削液顺利进入到切削区域，达到冷却润滑作用，同时也保证入钻时钻头的的精度和平稳性。

钻杆箱体模块——切屑排出的部分：钻杆箱体模块需要实现刀具的加紧及轴向进给功能，同时，切屑及冷却液通过钻杆被输出到排屑箱体以便进入过滤箱。

2.2 授油箱体模块设计

在加工过程中，工件需顶紧钻套，是加工面与密封圈2实现密封，5、7、9的主要作用是使授油器成一个密封的腔体，使液压油全部流向钻削部分。其中，钻套要和BTA钻头的配合很重要，间隙在0.007～0.015 mm内才能得到理想的深孔［2］。

1.BTA钻头2.O型圈 3.钻套 4.授油器箱体 5.O型圈6.油嘴7.O型圈 8.密封法兰 9.旋转密封圈

图4 授油箱图

此装置通过基座上的四个内六角螺钉固定在机床床身，以便整套装置的简单、快速更换;两个销孔起定位作用，确保装置快速更换过程中的整套装置的位置精度。注意，此定位销孔也是枪钻机床排屑箱在机床上的位置定位基准。

2.3 钻杆箱体模块设计

钻杆箱体模块主要有两个作用，一是夹持刀具，给刀具驱动力，通过ER弹簧夹头1，把动力头的扭矩和丝杠上的轴向进给力传动到钻杆2上;二是排屑，切屑和液压油在高压下沿着钻杆排到钻刚箱体部分，使得切屑及其液压油通过夹持轴10中间部分的孔流出，夹持轴10上的孔为φ30mm，供切屑和液压油顺利排出到过滤箱。

1.弹簧夹头2.钻杆 3.圆螺母 4.轴承端盖 5.轴承 6.骨架密封圈7.钻杆箱体8.孔挡圈9.密封套10.夹持轴

图5 钻杆箱图

钻杆箱体模块通过螺钉固定在滑块幅上，可随滑块副在导轨上滑动;图中箭头指向的平面为定位面，确保钻杆箱体模块的轴心与刀具夹头的中心高度在要求的公差范围内。若换回枪钻机床，此套模块拆除即可。

两套模块组装在机床上，就构成了外冷内排屑的单管钻系统，其局部装配图如图6所示。

图6 机床改装后整体布局

加工时，工件1应顶紧钻套2，前端通过压紧钻套上的密封圈来达到密封效果，后端用密封端盖4里面的密封圈来密封。高压液油经油嘴3打入，通过授油箱的内腔到达钻头切削部分，然后把产生的切屑压入空心钻杆5，切削油以及切屑沿着钻杆到达钻杆箱部分并排出。增加联轴器的目的是为了保证机床夹头与钻杆箱中心轴线存在一定误差的时候，不影响机床的正常工作。组装的时候，一定保证授油箱和钻杆箱的中心水平同轴，这样机床才能正常有效的工作。

3 试验

机床改装调试成功后，分别钻削Cr28不锈钢工件的冷却孔，进行对比切削试验，结合山特维克推荐的加工参数［3］和机床实际的加工条件，最终确定加工参数，试验结果如表1。

表1 切削试验结果

实际切削试验证明，枪钻钻床改装成BTA机床后，效果明显，BTA刀具大进给量钻削加工非常平稳，可提高加工效率2倍以上，同时加工质量明显提高。

［1］王世清.深孔加工技术［M］.西安：西北工业大学出版社，2003.

［2］Gessesse.Y B，Latinovic.V N，Osman.M O M.On the problem of spiralling in BTA deep-hole machining［J］.Journal of Engineering for Industry，1994，116(2)：161 －165.

［3］SANDVIK CoromantDeep hole drilling Product catalogue and application guide［M］.Metalworking products，2009：124.