Deep Hole Drilling Machine Overview

深孔钻机是一种专用于金属加工的机械工具，旨在能够在各种金属上钻出非常深且精确的孔。深孔钻机支持特定的工具，如BTA和枪钻，以优化制造商的深孔钻孔过程。这些机器经过精心设计，以整合这些工具中所使用的技术，优化整个过程的所有环节，从而高效、可靠地钻出深孔。

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深孔钻机非常适合不同大小的深孔和生产水平，尤其是需要深度与直径比大约为20:1或更高的孔。专用的深孔钻机能够提供所需的工具支持、冷却液输送和过程反馈，这使得制造商能够成功实现其深孔钻孔目标。这些特性优化了整个过程，优先考虑深孔钻孔方法，通过减少循环时间、稳定工具、排除切屑，并防止工具断裂和过程失败，与CNC加工中心相比。

阅读更多：什么算深孔？

钻孔长度与直径比高

在制造技术领域，深孔钻孔 指的是高长度与直径比的孔的钻孔。

深孔钻孔的定义

根据VDI标准，深孔钻孔过程是制造过程中用于加工直径在D = 0.2mm的孔，通常其钻探深度大于直径的三倍。对于小直径，长度与直径比例可达到l/D = 100，甚至在特殊情况下可达到l/D = 900。大直径方面，由于深孔钻机的行程或床身的长度限制，l/D比率通常受到限制。

深孔钻孔

深孔钻孔还不同于常规钻孔，取决于钻孔过程和直径，必须以高压将冷却润滑剂大量泵入切削边缘。这确保了良好的冷却，同时也提供了与工件和切削工具接触区域的良好润滑。此外，冷却润滑剂可以持续清除切削区域的切屑，从而不需要耗时的切屑清理过程，因此提升了孔的质量和生产过程的效率。

两种不同的工具类型用于深孔的生产。一方面是带有不对称切削边缘设计的工具，这些深孔钻孔工具包括单唇深孔钻、单管系统（BTA深孔钻）以及双管系统（喷射深孔钻），通常被称为“经典”深孔钻孔过程。另一方面是带有对称切削边缘的工具，这包括螺旋深孔钻和双唇深孔钻，也可以根据其钻探深度归为深孔过程。

上述提到的工具类型在可实现的直径范围、达到的l/D比、表面质量及生产力方面有所不同。对称工具仅能用于小的直径范围（D = 0.2至32mm），其l/D比最大可达85，标准为l/D = 30。使用不对称工具时，能够生产D = 0.5到某个上限，l/D比通常限制为机器尺寸。深孔钻孔方法并不在所有直径范围内相互竞争，对称设计工具在小直径范围内的优势在于可以实现显著更高的进给率，约为单唇深孔钻常规值的六倍。

除了高l/D比，"经典"深孔钻孔方法相较于传统的螺旋钻加工方法，还具备高生产率和高表面质量的特点。高钻孔质量则体现在表面粗糙度低、直径偏差小以及较高的几何精度。工具的不对称设计是优良表面质量的关键。"经典"的单唇深孔钻、BTA深孔钻及喷射深孔钻工具，多数情况下都以不对称设计构建，并配备副切削刃（圆形磨削斜面）和导向垫。由于设计特色，此过程中的某一部分切削力通过导向垫传递到孔壁。因此，深孔钻孔过程期间的力分布与传统钻孔方式不同，在传统方式中，力主要由工具柄和机器主轴承担。由于深孔钻孔通过孔壁承载过程力量，因此工具在孔内自导，进而使过程受益于相对较低的直线度偏差。这种导向措施的另一个益处是，在理想情况下，能够平滑孔壁，从而降低因切削边缘切入所造成的表面粗糙度，减少约70%。因此，借助深孔钻孔过程能够实现非常高的表面质量，并达到孔的IT 9至IT 7的公差。后续步骤提升孔的表面质量的需求往往可以减少或消除完全。

深孔钻孔方法

单唇深孔钻孔

单唇深孔钻孔通常用于生产直径范围在D = 0.5到40mm的孔。这一应用范围的下限受限于制造技术在工具内部实施冷却通道的能力，以及随着工具直径减小所面临的磨削技术的挑战。上限则源于采用其他深孔钻孔方法的更经济性。单唇深孔钻孔的特征是通过一个肾形或两个圆形冷却通道进行内部冷却液供给，切屑和冷却液的混合物通过位于工具上的V形长槽排出。这种冷却流量是移除切屑的唯一运输机制，因而需要进行高压冷却供给。单唇工具的基本结构分为三个部分：钻头、工具柄和夹具套。通常，钻头通过箍焊方式与工具柄连接。夹具套是工具的夹持部件，形成工具夹持器与机床之间的接口。小直径及高性能设计的工具通常使用实心硬质合金。对于这些更强劲的工具，钻头和工具柄由一整根硬质合金杆制成。

工具

单唇深孔钻机由工具夹持器、工具柄和钻头（通常由硬质合金制成）组成。从设计角度上来说，工具柄的直径通常比钻头小约0.1到1毫米。可以看到，约四分之一的工具柄设计有一个槽，冷却流通过该槽将切屑冲洗出钻孔。切削头上设有与孔壁接触的导向面以导引钻头。常规的螺旋钻则通常由机床的轴线来引导。

BTA深孔钻孔

BTA深孔钻孔法的缺点，如切屑与生成孔表面的接触或低扭转力，促使开发出一种改进的深孔钻孔方法，该方法避免了这些问题，同时保留良好的特性。结果是在20世纪初开发出BTA深孔钻孔，该名字代表“Boring and Trepanning Association”，由现已解散的Gabrüder Heller公司在德国不来梅主导。在其领导下，第二次世界大战期间，结合其自有的技术与Burgsmüller和Beisner的其他技术，创建了这一新的过程。Burgsmüller用封闭截面管取代了以前使用的开槽钻杆，提供了更高的扭转刚度，其首次通过管内部输送切屑，Burgsmüller还使用了双刃工具和油气混合物，现代的生产中使用的最小量润滑。Beisner则改善了工具设计并引入油作为冷却润滑剂。Heller公司首次推出了带有硬质合金切削刀片的单唇深孔钻，获得了切削边缘/导向垫的设计专利，随后也应用于BTA工具。

在加工过程中，通过铸造的油供应单元（BOZA），冷却液被输送至切削区域。BOZA同时确保工件与钻管间的密封，为此设计了一个与工件保持高压接触的锥形旋转工件夹持器。这能使工件居中，并创建密封接触表面。大多数情况下BOZA的后方由填料密封，这也引导钻管。BOZA中通常集成了镗套，因此在BTA过程中很少需要使用起始孔。

工具

BTA深孔钻工具的设计与单唇深孔钻工具结构相似。工具周围的额外冷却出口，如插图所示被标出。

喷射深孔钻孔

喷射钻孔主要用于约D =18至250mm的直径范围。这是BTA过程的一种变体，其中所使用的钻头在结构上与BTA工具系统相似，唯一的区别是工具外边缘多出的冷却出口。冷却液通过钻管和内管之间的环形空间供给，使得这个过程也被称为两管法。冷却液从上述冷却出口流出，围绕钻头流动并回流到内管以运输切屑。部分冷却液通过环形喷嘴直接输送进内管。这种方式在切屑入口处形成负压（喷射效果），从而便于内管回流。此系统可通过外部高压泵或机床的内部冷却液供给运行。与BTA过程不同的是，喷射过程不要求与泄漏冷却液的密封，因此也可以使用在常规车床和加工中心上。由于与BTA过程相比，切屑移除所需的管道横截面积较小，因此切削能力会更低，因此通常会选择较低的切削速度。此外，较低的刚性伴随着较差的同心度特性（IT9至IT11）。

实施该过程的一项前提是使用连接件，该连接件插入车床的转塔夹头或加工中心的主轴中。通过此连接件，冷却液从连接的泵单元输送至内外管之间的环形间隙。因此在选择机床时，需考虑所需的安装空间。

工具

喷射深孔钻孔工具的设计与BTA深孔钻孔工具几乎相同。画面中展示的额外冷却出口。

与深孔钻孔相关的方法

除了经典的深孔钻孔方法外，还有多种其他方法用于深孔的后期加工。可以对孔进行后处理，以提升其表面光洁度，或作为加工复杂及非圆柱形轮廓的基础。

内部成型

由于各种原因，有些部件的深孔内部轮廓是旋转对称但不规则的。这种部件可能具有没有缺口的轮廓，例如离心铸造模具或挤出机气缸中的圆锥形孔，或者具有缺口的轮廓，例如螺旋桨轴或起落架。要生产这样的腔体，需要高品质的预钻孔。如果通过NC轴控制径向扩展切削工具持有器，并与深孔钻机的NC孔滑块相连，则几乎可以在一次切削中产生任何孔壁轮廓。切削边缘的位置可以通过轴向位移进行修改，例如使用内部推杆。此外，导向垫也可以按照液压控制进行调节。由于在第一切削阶段后已对导向孔进行加工，因此导向垫必须也能径向调整，以支持更大的腔体。作为这个方法的替代，所谓的短腔体方法不需要扩展导向垫，因为该工具仅在预先钻好的导向孔中固定。

修整和平滑滚轧

修整能够改善孔径的圆度和尺寸精度。此过程会创建开放的表面轮廓，尤其适合后续加工过程，例如光滑滚轧或磨削。在加工液压气缸和气缸衬套的领域，修整和平滑滚轧被视为与深孔钻孔相关的制造过程，尽管该过程具有切削和成型的成分。这是因为组合修整和平滑滚轧工具的广泛使用。

单刃铰刀

另一种提高孔的表面质量和尺寸精度的加工方法是采用单刃铰刀。铰孔是预先钻好的孔的加深，而工具由导向垫本身支撑。因此，这些铰刀的工具几何形状与单唇钻的几何形状非常相似。与低切削深度的单唇深孔钻不同，其通常缺少周围斜面，具有平行于铣削轴线的长侧切削边缘及低的冷却液体积和压力。

深孔钻机

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深孔钻机的设计（示例中指示输入和切削运动）

进行深孔钻孔或与深孔钻孔相关的过程时，主要使用深孔钻机作为标准（多用途）或特殊机床。枪钻便是典型的例子。单唇深孔钻经常在加工中心上用于生产较小深度的孔（最多约为40×D）。喷射钻孔主要在常规机床上使用。由于深孔钻孔具有高生产率，因此通常使用功率相对较强的机器。基本上，需要一个冷却系统，提供相比其他钻孔方法更大的液体流量与高压。

深孔钻系统包括深钻机、冷却液槽及其他用于冷却液准备和切屑处理的周边设备。喷射钻孔过程是作为深孔钻孔技术开发的，可以在常规机床上使用。单唇深孔钻孔在系列生产中尤其常见于加工中心。右侧可以看到常规深孔钻机的示意图。

文献

VDI ' 德国工程师协会指南

• VDI : 使用单唇钻进行深孔钻孔
• VDI : 外部冷却液供给的深孔钻孔（BTA及类似过程）
• VDI : 第2卷 深孔钻孔；关于钻孔和滚轧孔的参考值
• VDI : 第1卷 深孔钻孔方法
• VDI : 在加工中心上的深孔钻孔
• VDI : 关于单轴和多轴深孔钻机的检查条件

个体参考

1. VDI-Richtlinie , 使用单唇钻进行深孔钻孔的参考值，柏林：Beuth-Verlag
2. U. Heisel, R. Eisseler (2023)，"在单唇深孔钻孔中的混合加工。通过振动耦合对切屑长度的影响"，现代深孔钻孔及精密钻孔，VDI报告第1号，杜塞尔多夫：VDI
3. J. Steppan, C. Wangenheim (2023)，"借助替代制造过程降低直径大于500的孔的中间走向"，现代深孔钻孔及精密钻孔，VDI报告第2号，杜塞尔多夫
4. Biermann, D.; Bleicher, F.; Heisel, U.; Klocke, F.; Mörhing, H.-C.; Shih, A. (2023)，"深孔钻孔"。CIRP年鉴，67(2)：673-694.
5. D. Thamke (2023)，"干加工的可能性和界限"，工业与高等教育间的讨论 "现代生产流程中的钻孔与铣削"，杜塞尔多夫
6. P. Müller (2023)，"深孔钻孔用高性能螺旋钻"，现代深孔钻孔及精密钻孔，VDI报告第7号，杜塞尔多夫
7. T. Upmeier (2023)，"深孔钻孔的创新过程设计"，现代深孔钻孔及精密钻孔，VDI报告第8号，杜塞尔多夫
8. VDI-Richtlinie (2023)，外部冷却液供给的深孔钻孔方法（BTA及类似过程），柏林：Beuth-Verlag
9. U. Weber (2023)，深孔钻过程的测量技术研究，阿尔滕多夫：Druck Gräbner
10. O. Weber (2023)，关于BTA深孔钻孔过程中的钻孔深度依赖过程动态的研究，埃森：Vulkan Verlag
11. H. Fuß (2023)，www.Tiefbohren.info
12. W. König, F. Klocke (2023)，制造过程2 – 磨削、磨光、轧制，海德堡：Springer Verlag
13. W. König, F. Klocke (2023)，制造过程1 – 车削、铣削、钻孔，海德堡：Springer Verlag，第163-176页
14. T. Bruchhaus (2023)，使BTA深孔钻具优化的摩擦研究，埃森：Vulkan Verlag
15. botek 精密钻孔技术有限公司，www.botek.de，Riederich
16. M. Eckhardt (2023)，"钻孔位置、走向和同轴性的实际确定"，Technica 10: 678-682
17. Dinglinger, E. (2023)，"关于深孔钻工具的新经验"。车床技术与机械制造。45(8)：361-367。
18. B. Stürenburg (2023)，关于铝合金钻孔切屑生成与减少的研究，卡伊瑟劳滕大学技术学院
19. H. O. Stürenberg (2023)，"关于深孔钻孔的中间走向。第1部分"，金属加工与机床技术，77(6)：34-37
20. F. Bleicher, A. Steininger (2023)，"主动影响深孔钻孔过程以降低孔的中间走向"，VDI现代精密深孔钻孔会议
21. Deng, C.-S.; Chin, J.-H. (2023)，"深孔钻孔中的孔圆度分析采用田口方法"。国际先进制造技术杂志，25(5-6): 420-426.
22. K. D. Enderle (2023)，"通过冷却液脉动降低单唇深钻孔的中间走向"，斯图加特大学工具机械研究所报告，6
23. U. Heisel, T. Stehle, R. Eisseler, P. Jakob (2023)，"更高效的深孔加工 – 通过阻尼实现更高过程稳定性，延长高硬度材料中的刀具使用寿命"，车间与操作，12: 68-71
24. Ishida, T.; Kogure, S.; Miyake, Y.; Takeuchi, Y. (2023)，"通过电火花加工及在管道中移动机械装置创造长弯曲孔". 材料加工技术杂志，149(1-3): 157-164。
25. L. C. Ketter (2023)，《枪钻手册》第4版，北港：Campbell Viking Press
26. B. Greuner (2023)，"SVT深孔钻工艺中的液压缸制造"，机器世界，4.
27. Jung, J.; Ni, J. (2023)，"在枪钻过程中预测冷却液压力和体积流量"。制造科学与工程杂志，125(4)：696-702。
28. F. Pfleghar (2023)，"提升使用单唇深孔钻具时的钻孔质量"，斯图加特大学。