CN117817014B - 喷吸钻及深直孔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷吸钻及深直孔加工方法，喷吸钻包括钻头、钻杆、刀柄、壳体和锁紧螺母，钻杆包括内钻管和外钻管，壳体转动安装于刀柄上，刀柄上设有沿其轴向延伸的喷射流通道，喷射流通道与负压产生腔连通，用于增强负压抽吸能力，加快切屑的排出。深直孔加工方法基于落地镗铣加工中心和喷吸钻，用通用的落地镗铣加工中心加工深直孔，代替了专用机床，无需采购专用机床，降低了生产成本，新产品试制进度快，提高了生产效率。

Description

喷吸钻及深直孔加工方法

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，具体地说，涉及一种喷吸钻及深直孔加工方法。

背景技术

大直径超深孔的加工，如船用柴油机的主油道和曲轴中心油孔等，通常采用深孔钻机床加工，这是一种在深孔加工领域中专门使用的机床设备，如枪钻机床、BTA单管钻机床和喷系钻机床等。加工深直孔时，依靠主轴进行加工进给，机床上设有支撑刀具的转动支撑，由于具有转动支撑，不需要在工件上加工引导孔。

上述深孔加工专用机床存在以下问题：

（1）为专用机床，通用性差，而且枪钻用于加工小直径深孔的加工，无法加工大直径深直孔；

（2）如果不能批量进行深直孔作业，则机床闲置时间长，利用率低，造成不必要的浪费；

（3）新机床采购周期长，影响产品试制进度，延长了新产品的上市时间。

发明内容

针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够利用通用的落地镗铣加工中心加工深直孔的喷吸钻及深直孔加工方法，以快速完成深直孔的加工，降低生产成本。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种喷吸钻，包括：钻头、钻杆、刀柄、壳体和锁紧螺母，所述钻杆包括内钻管和套设于所述内钻管上的外钻管，所述钻头设有与所述内钻管和所述外钻管之间的空腔连通的喷液孔，所述钻头设有与所述内钻管的内腔连通的排屑入口，其特征在于，

所述刀柄包括用于与主轴连接的主轴连接部和用于与所述钻杆连接的钻杆连接部，所述钻杆连接部设有负压产生腔和钻杆安装腔，所述负压产生腔位于所述钻杆安装腔的内侧，所述内钻管设有内钻管安装部，所述外钻管设有外钻管安装部，所述内钻管安装部抵接在所述钻杆安装腔的底部，所述外钻管安装部抵接在所述钻杆连接部的端部，所述锁紧螺母套设于所述外钻管上且与所述钻杆连接部螺纹连接，所述壳体转动安装于所述钻杆连接部上；

所述壳体和所述钻杆连接部之间围成环形进液腔和环形排屑腔，所述壳体上设有与所述环形进液腔连通的进液孔和与所述环形排屑腔连通的排屑孔，所述外钻管安装部、所述内钻管、所述内钻管安装部和所述钻杆连接部共同围成环形布液腔，所述钻杆连接部设有连通所述环形进液腔和所述环形布液腔的刀柄进液孔，所述环形布液腔与所述内钻管和所述外钻管之间的空腔连通，所述内钻管上设有连通所述环形布液腔和所述内钻管内腔的喷射流通孔，所述内钻管的内腔与所述负压产生腔连通，所述钻杆连接部设有连通所述负压产生腔和所述环形排屑腔的刀柄排屑孔，所述刀柄上设有沿轴线延伸的喷射流通道，所述喷射流通道与所述负压产生腔连通。

优选地，所述外钻管安装部设有与所述钻杆连接部的端部适配的外钻管定位台阶。

优选地，所述钻杆连接部设有阶梯孔，一个孔为所述负压产生腔，另一孔为所述钻杆安装腔，所述内钻管安装部设有与阶梯孔的台阶面适配的内钻管定位台阶。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

一种深直孔加工方法，该方法基于落地镗铣加工中心和上述的喷吸钻，包括如下步骤：

S1、将工件放置于所述落地镗铣加工中心的工作台上，设定工件坐标系，确定X、Y、Z、W、V轴的零点，Z轴为所述落地镗铣加工中心的主轴，所述Z轴零点在所述工件的端面上，所述落地镗铣加工中心的滑枕为W轴，所述工作台为V轴；

S2、加工引导孔；

S3、将支撑套固定于所述工件上，所述支撑套的中心与所述引导孔同轴或者低于所述引导孔的中心；

S4、重新设定工件坐标系，将Z轴和W轴的零点设定在落地镗铣加工中心的机床零点处，使所述落地镗铣加工中心的滑枕和主轴的伸出长度最短；

S5、将所述刀柄连通所述壳体安装到所述落地镗铣加工中心的主轴上；

S6、将所述落地镗铣加工中心的主机开到工件坐标系X、Y轴的零点位置，并将所述工作台开到预加工位置；

S7、组装所述内钻管和所述外钻管，然后将所述钻头支撑在所述支撑套上，所述内钻管和所述外钻管装配到所述刀柄中，拧紧锁紧螺母，将所述喷吸钻固定到所述刀柄上；

S8、所述工作台手动进给，使所述钻头靠近端面位置处；

S9、重新设定工件坐标系，X、Y、Z、W轴零点位置不变，将所述工作台的当前位置设定为V轴的零点；

S10、执行加工程序，由所述工作台进行加工进给，所述钻头进入所述引导孔中，同时所述主轴开始旋转，按照设定的程序完成深直孔的加工；

S11、所述深直孔加工完成后，所述工作台回到预加工位置；

S12、卸下所述喷吸钻，将所述工件搬运至指定位置。

优选地，步骤S2包括：

S21、所述主轴安装粗镗刀，粗镗所述引导孔；

S22、所述主轴安装半精镗刀，半精镗所述引导孔；

S23、所述主轴安装精镗刀，精镗所述引导孔，将所述引导孔加工到位。

优选地，步骤S23中，所述引导孔的深度为其直径的两倍，所述引导孔的直径比所述喷吸钻的直径大0～0.03mm。

优选地，所述支撑套包括上部开口的半圆形的支撑套本体和固定于所述支撑套本体上的安装板，所述安装板设有用于与所述工件固定连接的安装孔，所述支撑套本体的支撑面的半径与所述引导孔半径相等。

优选地，步骤S3中，所述半圆形的支撑套本体的中心低于所述引导孔的中心0～0.02mm。

优选地，步骤S3还包括：采用与所述支撑套本体直径相同的标准棒调整所述支撑套的位置，以确保所述支撑套的中心与所述引导孔同轴或者略低于所述引导孔的中心。

优选地，步骤S10中，所述钻头进入所述引导孔的深度为所述引导孔直径的1.3倍～1.7倍。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

本申请利用通用的落地镗铣加工中心实现了深直孔的加工，不需要购买专用的深孔钻机床，降低了生产成本，新产品试制进度快，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明喷吸钻的结构示意图；

图2是本发明喷吸钻加工机体时的结构示意图；

图3是图2中支撑套的结构示意图；

图4是图3的侧视结构示意图；

图中：1、钻头；11、喷液孔；12、排屑入口；2、内钻管；21、内钻管安装部；22、喷射流通孔；3、外钻管；31、外钻管安装部；4、锁紧螺母；5、壳体；51、进液孔；52、排屑孔；6、刀柄；61、主轴连接部；611、喷射流通道；62、钻杆连接部；621、负压产生腔；622、环形布液腔；53、环形进液腔；54、环形排屑腔；625、刀柄进液孔；626、刀柄排屑孔；7、机体；71、主油道；8、支撑套；81、支撑套本体；82、安装板；83、安装孔；9、主轴；91、主轴喷射流通道；10、滑枕。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，且不用于限定本发明。

实施例一

如图1和图2共同所示，一种喷吸钻，包括：钻头1、钻杆、刀柄6、壳体5和锁紧螺母4，钻杆包括内钻管2和套设于内钻管2上的外钻管3，钻头1设有与内钻管2和外钻管3之间的空腔连通的喷液孔11，钻头1设有与内钻管2的内腔连通的排屑入口12；

刀柄6包括与用于主轴9连接的主轴连接部61和用于与钻杆连接的钻杆连接部62，钻杆连接部62设有负压产生腔621和钻杆安装腔，负压产生腔621位于钻杆安装腔的内侧，内钻管2设有内钻管安装部21，外钻管3设有外钻管安装部31，内钻管安装部21抵接在钻杆安装腔的底部，外钻管安装部31抵接在钻杆连接部62的端部，锁紧螺母4套设于外钻管3上且与钻杆连接部62螺纹连接，拧紧锁紧螺母4将内钻管2和外钻管3固定安装到刀柄6上，壳体5转动安装于钻杆连接部62上；

壳体5和钻杆连接部62之间围成环形进液腔53和环形排屑腔54，壳体5上设有与环形进液腔53连通的进液孔51和与环形排屑腔54连通的排屑孔52，外钻管安装部31、内钻管2、内钻管安装部21和钻杆连接部62共同围成环形布液腔622，钻杆连接部62设有连通环形进液腔53和环形布液腔622的刀柄进液孔625，环形布液腔622与内钻管2和外钻管3之间的空腔连通，内钻管2上设有连通环形布液腔622和内钻管2内腔的喷射流通孔22，内钻管2的内腔与负压产生腔621连通，钻杆连接部62设有连通负压产生腔621和环形排屑腔54的刀柄排屑孔626，刀柄6上设有沿其轴线延伸的喷射流通道611，喷射流通道611与负压产生腔621连通。

加工工件时，进液孔51和喷射流通道611分别与切削液供给装置连接，一路切削液由进液孔51进入环形进液腔53中，再由刀柄进液孔625进入环形布液腔622中，部分切削液进入内钻管2和外钻管3之间的空腔中流向钻头1，再由喷液孔11向切削位置喷射出，冷却钻头1并带走切削掉的切屑，切削液带动切屑由排屑入口12进入内钻管2的内腔流向负压产生腔621，再由刀柄排屑孔626流入环形排屑腔54中，最后由排屑孔52流出；同时，环形布液腔622中的其余切削液通过喷射流通孔22流入内钻管2的内腔中，再流入负压产生腔621中，顺次经过刀柄排屑孔626、环形排屑腔54和排屑孔52流出，该部分切削液用于在负压产生腔621中产生负压，对切屑位置处的切削液和切屑产生抽吸作用，使得钻头1处的切削液和切屑快速对外排出；同时，另一路切削液由喷射流通道611（如图2所示，喷射流通道611与主轴9上主轴喷射流通道91连通，主轴喷射流通道91与切削液供给装置连接）流入负压产生腔621中，顺次经过刀柄排屑孔626、环形排屑腔54和排屑孔52流出，该路切削液用于增强负压产生腔621中产生负压的能力，进一步加快切屑的排出，满足钻头1快速工作的需求。

外钻管安装部31设有与钻杆连接部62的端部适配的外钻管定位台阶，用于对外钻管3进行轴向定位和径向定位。

钻杆连接部62设有阶梯孔，一个孔为负压产生腔621，另一孔为钻杆安装腔，内钻管安装部21设有与阶梯孔的台阶面适配的内钻管定位台阶，用于对内钻管2进行轴向定位和径向定位。

主轴连接部61采用BT50刀柄结构，其与主轴9采用过定位刚性连接，与主轴9的端面贴合的面为a面，a面与主轴9的端面紧密贴合，可大大提高连接刚性，增强主轴9可承受的倾覆扭矩。

实施例二

如图2所示，一种深直孔加工方法，该方法基于落地镗铣加工中心和实施例一涉及的喷吸钻，本申请以柴油机机体7的主油道71为例来解释说明本发明的深直孔加工方法的工作原理和工作过程，主油道71长度4039mm，直径80mm，方法包括如下步骤：

S1、将柴油机机体7放置于落地镗铣加工中心的工作台上，设定工件坐标系，确定X、Y、Z、W、V轴的零点，Z轴为落地镗铣加工中心的主轴9，X轴沿水平方向设置且与Z轴垂直，Y轴竖向设置，X轴和Y轴零点在待加工的主油道71的中心上，Z轴零点在机体7的端面上，落地镗铣加工中心的滑枕10为W轴，工作台为V轴；

S2、加工引导孔（引导孔与主油道71同轴），用于给喷吸钻定心；

S3、将支撑套8固定于机体7上，支撑套8的中心与引导孔同轴或者略低于引导孔的中心0～0.02mm，以确保钻头顺利进入引导孔中；

S4、重新设定工件坐标系，将Z轴和W轴的零点设定在落地镗铣加工中心的机床零点处（默认滑枕10和主轴9伸出长度最短的位置为W和Z轴的机床零点），其它轴零点位置不变，使落地镗铣加工中心的滑枕10和主轴9的伸出长度最短，主轴9安装喷吸钻后，喷吸钻对主轴9的倾覆力矩降到最低，避免力矩过大对机床造成伤害；

S5、将刀柄6连通壳体5安装到落地镗铣加工中心的主轴9上，进液孔51和喷射流通道611分别与切削液供给装置连接，切削液带动切削由排屑孔52排出；

S6、将落地镗铣加工中心的主机开到工件坐标系X、Y轴的零点位置，并将工作台开到预加工位置，使主轴9与引导孔同轴；

S7、组装内钻管2和外钻管3，然后用行车将钻杆吊起，让钻头1支撑在支撑套8上，再将内钻管2和外钻管3***到钻杆安装腔中，然后拧紧锁紧螺母4，将喷吸钻固定到刀柄6上，此时，钻头1与引导孔同轴，钻头1支撑在支撑套8上，分担喷吸钻的重量，使主轴9受到的力矩小，避免对机床造成损坏；

S8、工作台手动进给，使钻头1靠近端面位置处，距离端面2mm～3mm；

S9、重新设定工件坐标系，X、Y、Z、W轴零点位置不变，将工作台的当前位置设定为V轴的零点；

S10、执行加工程序，由工作台进行加工进给，钻头1进入引导孔中，进入的深度为引导孔直径的1.3倍～1.7倍，主轴9开始旋转，按照设定的程序完成主油道71的加工；

S11、主油道71加工完成后，工作台回到预加工位置；

S12、卸下喷吸钻，将机体7搬运至指定位置。

其中，步骤S2包括：

S21、主轴9安装粗镗刀，粗镗引导孔，将引导孔直径加工至73mm～77mm；

S22、主轴9安装半精镗刀，半精镗引导孔，将引导孔直径加工至79.6mm～79.8mm；

S23、主轴安装精镗刀，精镗引导孔，将引导孔加工至φ80H7，深度为直径的两倍，引导孔的直径比喷吸钻的直径大0～0.03mm，以抑制喷吸钻的圆跳动量，确保加工精度。

如图3和图4共同所示，支撑套8包括上部开口的半圆形的支撑套本体81和固定于支撑套本体81上的安装板82，安装板82设有安装孔83，支撑套8通过穿过安装孔83的螺栓将其固定于机体7上，支撑套本体81的半圆弧支撑面直径为φ80mm，支撑套本体81的半圆弧支撑面用于支撑钻头1。

步骤S3中还包括：将标准棒***引导孔中以精确调整支撑套8的位置，标准棒直径为φ80H7，确保支撑套本体81的中心与引导孔同轴或者低于引导孔的中心0～0.02mm。

本申请利用通用的落地镗铣加工中心实现了深直孔的加工，不需要购买专用的深孔钻机床，降低了生产成本，新产品试制进度快，提高了生产效率。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷吸钻，包括：钻头、钻杆、刀柄、壳体和锁紧螺母，所述钻杆包括内钻管和套设于所述内钻管上的外钻管，所述钻头设有与所述内钻管和所述外钻管之间的空腔连通的喷液孔，所述钻头设有与所述内钻管的内腔连通的排屑入口，其特征在于，

所述刀柄包括用于与主轴连接的主轴连接部和用于与所述钻杆连接的钻杆连接部，所述钻杆连接部设有负压产生腔和钻杆安装腔，所述负压产生腔位于所述钻杆安装腔的内侧，所述内钻管设有内钻管安装部，所述外钻管设有外钻管安装部，所述内钻管安装部抵接在所述钻杆安装腔的底部，所述外钻管安装部抵接在所述钻杆连接部的端部，所述锁紧螺母套设于所述外钻管上且与所述钻杆连接部螺纹连接，所述壳体转动安装于所述钻杆连接部上；

所述壳体和所述钻杆连接部之间围成环形进液腔和环形排屑腔，所述壳体上设有与所述环形进液腔连通的进液孔和与所述环形排屑腔连通的排屑孔，所述外钻管安装部、所述内钻管、所述内钻管安装部和所述钻杆连接部共同围成环形布液腔，所述钻杆连接部设有连通所述环形进液腔和所述环形布液腔的刀柄进液孔，所述环形布液腔与所述内钻管和所述外钻管之间的空腔连通，所述内钻管上设有连通所述环形布液腔和所述内钻管内腔的喷射流通孔，所述内钻管的内腔与所述负压产生腔连通，所述钻杆连接部设有连通所述负压产生腔和所述环形排屑腔的刀柄排屑孔，所述刀柄上设有沿轴线延伸的喷射流通道，所述喷射流通道与所述负压产生腔连通。

2.如权利要求1所述的喷吸钻，其特征在于，所述外钻管安装部设有与所述钻杆连接部的端部适配的外钻管定位台阶。

3.如权利要求1所述的喷吸钻，其特征在于，所述钻杆连接部设有阶梯孔，一个孔为所述负压产生腔，另一孔为所述钻杆安装腔，所述内钻管安装部设有与阶梯孔的台阶面适配的内钻管定位台阶。

4.一种深直孔加工方法，其特征在于，该方法基于落地镗铣加工中心和权利要求1-3任一项所述的喷吸钻，包括如下步骤：

S1、将工件放置于所述落地镗铣加工中心的工作台上，设定工件坐标系，确定X、Y、Z、W、V轴的零点，Z轴为所述落地镗铣加工中心的主轴，所述落地镗铣加工中心的滑枕为W轴，所述工作台为V轴；

S2、加工引导孔；

S3、将支撑套固定于所述工件上，所述支撑套的中心与所述引导孔同轴或者低于所述引导孔的中心；

S4、重新设定工件坐标系，将Z轴和W轴的零点设定在落地镗铣加工中心的机床零点处，使所述落地镗铣加工中心的滑枕和主轴的伸出长度最短；

S5、将所述刀柄连通所述壳体安装到所述落地镗铣加工中心的主轴上；

S6、将所述落地镗铣加工中心的主机开到工件坐标系X、Y轴的零点位置，并将所述工作台开到预加工位置；

S7、组装所述内钻管和所述外钻管，然后将所述钻头支撑在所述支撑套上，所述内钻管和所述外钻管装配到所述刀柄中，拧紧锁紧螺母，将所述喷吸钻固定到所述刀柄上；

S8、所述工作台手动进给，使所述钻头靠近端面位置处；

S9、重新设定工件坐标系，X、Y、Z、W轴零点位置不变，将所述工作台的当前位置设定为V轴的零点；

S10、执行加工程序，由所述工作台进行加工进给，所述钻头进入所述引导孔中，同时所述主轴开始旋转，按照设定的程序完成深直孔的加工；

S11、所述深直孔加工完成后，所述工作台回到预加工位置；

S12、卸下所述喷吸钻，将所述工件搬运至指定位置。

5.如权利要求4所述的一种深直孔加工方法，其特征在于，步骤S2包括：

S21、所述主轴安装粗镗刀，粗镗所述引导孔；

S22、所述主轴安装半精镗刀，半精镗所述引导孔；

S23、所述主轴安装精镗刀，精镗所述引导孔，将所述引导孔加工到位。

6.如权利要求5所述的一种深直孔加工方法，其特征在于，步骤S23中，所述引导孔的深度为其直径的两倍，所述引导孔的直径比所述喷吸钻的直径大0～0.03mm。

7.如权利要求4所述的一种深直孔加工方法，其特征在于，所述支撑套包括上部开口的半圆形的支撑套本体和固定于所述支撑套本体上的安装板，所述安装板设有用于与所述工件固定连接的安装孔，所述支撑套本体的支撑面的半径与所述引导孔半径相等。

8.如权利要求7所述的一种深直孔加工方法，其特征在于，步骤S3中，所述半圆形的支撑套本体的中心低于所述引导孔的中心0～0.02mm。

9.如权利要求8所述的一种深直孔加工方法，其特征在于，步骤S3还包括：采用与所述支撑套本体直径相同的标准棒调整所述支撑套的位置，以确保所述支撑套的中心与所述引导孔同轴或者略低于所述引导孔的中心。

10.如权利要求4所述的一种深直孔加工方法，其特征在于，步骤S10中，所述钻头进入所述引导孔的深度为所述引导孔直径的1.3倍～1.7倍。