枪钻的设计与应用讲解

深孔加工的王者，枪钻！Part11.定义孔加工一般分为浅加工和深加工两类，这个定义没有标准的界定范围。

按照行业专业角度去评测是否属于深孔加工，一般我们定义深度与直径之比L/D＞5，在长径比L/D=5-10时候仍可用一般深孔麻花钻，当L/D≥20的时候就必须用专用深孔刀具。

但是，深度与直径的比越大，深孔加工的难度也就越大，铁屑排出和冷却液流量的选择等一系列问题也会随之产生。

某品牌枪钻2.特点枪钻的特点是一次加工就具备良好的精度和表面粗糙度低。

枪钻比较适合小直径孔的加工，通常情况下，直径小于10mm的孔，用于枪钻加工时比较妥当的。

最有利的是，它可使铁屑顺利排出。

总结如下：1.孔深与直径比较大，钻杆细长，刚性差，工作时候容易产生偏斜和振动。

孔精度和表面质量也难控制。

2.切屑多而排屑通道长，排屑不佳，容易产生堵塞从而折断。

3.钻头是在近似密封闭状态下工作，而且时间长，热量又不易散出，钻头极易磨损。

专机实际应用Part23.结构枪钻是由枪头，枪杆和钻柄构成。

枪头常用的是硬质合金材料，枪杆是有高强度的合金管压制而成，枪柄是将钻头和机床连接起来的部分。

枪钻有两条主切削刃和一跳副切削刃，靠近钻心的叫内刃，另一条称之为外刃，其交点称之为钻尖。

专业名称4.角度钻尖几何参数的选择。

枪钻钻削主要取决于外刃角φ外，内刃角φ内及钻尖的偏心距。

钻尖角2φ[2φ=180°-（φ外+φ内）]，一般来说较硬的材料需要用较小的钻尖角，较软的材料则需要交大的钻尖角，无论钻尖角度如何，外刃角和内刃角的选用必须保证钻头在切削时的径向分离和主切削力能合理的作用在钻头的支撑区上，以便起到挤光孔表面的作用。

切削刃的交点位置距离钻头中心一般为1/4直径。

根据硬质合金枪钻受力平衡分析，要求外刃径向切削力等于内刃径向切削力，但实际加工过程中很难保证。

为了避免钻孔偏心，只有外刃径向切削力大于内刃径向切削力，才能使径向合力始终作用于待加工表面。

枪钻的优化设计与受力分析随着科学技术的进步，深孔加工技术已经运用到各机器制造部门，特别是在重型机械制造中，能否掌握它，运用自如，将对生产起着决定性作用。

本设计介绍了深孔加工刀具中最常见的枪钻，通过对国内外枪钻的比较，分析了枪钻的结构，对枪钻的各个结构进行了系列化设计。

然后对枪钻进行了较为详细的受力分析，。

同时用Pro/E 应用软件作出典型枪钻的三维造型，并用有限元分析软件对枪钻进行分析，得出应力分析结果，对枪钻进行优化设计。

关键词：深孔加工，枪钻，优化设计Optimal design and Stress Analysis of gun drillAbstractWith the progress of science and technology，deep hole processing technology has been applied to the machine-building sector。

Especially in the heavy machinery manufacturing, the ability to master it will play a decisive role in production.This design introduces deep hole machining tool of the most common gun drill。

By comparison of gun drill at home and abroad，we analyzed the structure of the gun drill，and have all the structure of the gun drill a series design。

Then we conducted a drill on the gun more detailed stress analysis，and according to the situation we stress analysis, optimal design of the gun drill。

小直径深孔数控枪钻机床设计摘要:：枪钻机床主要采用的是外排屑深孔钻削技术。

枪钻系统主要由中心架、导向排屑器、钻杆联结器和冷却润滑油路系统组成。

枪钻系统的工作原理是：切削液通过钻杆箱上受油孔进入钻杆内部，到达钻头头部进行冷却润滑，并将切屑从钻头外部的V型槽排出。

该系统主要用于小直径的深孔加工。

数控枪钻机床的主电机通常是交流电机，进给电机选用直流伺服电机，主轴箱的电机选用变频电机。

系统运动方式为直线控制系统，以便进行平行与机床主轴轴线的钻削加工。

主运动系统是钻头的旋转运动，为了合理选择钻削速度，使其换速平稳，实现不停车自动换速，选无极变速系统。

进给运动系统是主轴的直线运动，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠直线导轨传动。

通过枪钻机床设计，阐述了枪钻在数控车床上的深孔应用,包括枪钻的加工原理和枪钻的结构以及机床各部件。

这里包括进给系统设计，主轴箱的设计，授油器的设计，工作台的设计。

这说明：枪钻具有加工精度高，加工时间短，钻头寿命高，排屑好的特点，尤其应用在数控车床上，相对应用专用的枪钻设备来说，所需的工装夹具少，备件少，成本低。

本课题还介绍了D F系统的工作原理及授油器原理，并将DF系统机理应用于外排屑深孔钻削中，设计出了外排屑小直径深孔钻削系统。

本文从经济性、实用性出发，针对小直径深孔钻削系统进行了较为详细的介绍，对外排屑DF系统的主要装置授油器作了详细的设计说明。

关键词：小直径深孔枪钻；数控车床；主轴箱；授油器；钻削系统The Design of Small Diameter Deep Hole Drilling MachineCNC gunAbstract: Gun drill machine is mainly outside the BTA deep hole drilling technique. Gun drill system consists of center frame ,oriented chip conveyor ,drill pipe couplings and cooling lubricating oil system components. Gun drill system works by:cuting fluid through the drill pipe into the drill hole by the boxes within,cooling and lubicationg to reach the head drill,and drill cutings from the discharge outside the V-groove.The syetem is mainly used for small diameter deep hole C gun drill machine are usually AC motor of main motor,feed motor DC servo motoe selction,headstock frequecy electrical motor selection .Mode of motion is linear control syetem for parallel with the axis of the drilling spindle.Main movetment is a bie of rotation syetem for drilling speed to a reasonable choice and to smooth exchange rate,without stopping the automatic change-speeg,infinitely variable speed selection systen.Feed motion is the main axis of linear motion systems,in oder to guarantee the transmission accuracy and smoothness to minimize friction,use ball screw linear guide drive.Thruogh the gun drill machine tool design,demonstrates the application for hole machining of gun drill, contains machining theory,structure and various parts of machine tools.The design has feeding system ,headstock,oil coolet grant and table.It shows that gun drill has characteristic on high precision ,quic machine ,long life ,good chip break,especially application on NC laths,it takes on less tools and spare parts ,low cost.The main topics on the DF system and the principle of Oil granted，and DF system mechanism for debris from outside escape of chips deep hole drilling，designed the small diameter deep hole drilling system. This article from the economic，practical starting, for small diameter deep hole drilling system a more detailed introduction and outside escape of chips DF system's main oil installations award for a detailed description of the design.Key words:small-diameter deep-holes gun drill;NC laths; headstock; oil coolet grant; drilling system目录1 绪论 (1)1.1本课题的背景及研究目的 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3枪钻机床的特点和设计 (2)1.4枪钻的结构 (4)1.5课题的研究方法 (4)1.6深孔加工的类型及特点 (5)1.6.1 深孔加工的特点 (5)1.6.2 深孔加工中要解决的主要问题 (5)2 深孔加工系统的类型及选择 (7)2.1常用深孔加工系统的简介 (7)2.1.1 枪钻系统 (7)2.1.2 BTA系统 (7)2.1.3 DF系统 (8)2.1.4 喷吸钻系统 (8)2.2DF系统的设计理论 (9)2.2.1 外排屑DF系统 (9)2.2.2 DF系统的抽屑机理 (10)3 数控枪钻机床总体方案设计 (12)3.1总体方案的设计 (12)3.2小直径数控枪钻机床钻削系统的设计 (13)3.2.1 授油器的分类及原理 (13)3.2.2 授油器的结构设计 (15)3.2.3 主轴箱的设计 (16)3.2.4 带传动的设计 (20)4 枪钻机床进给系统设计 (24)4.1进给系统的组成及特点 (24)4.2进给系统的电机选择 (25)4.3滚珠丝杠幅的安装 (25)4.4滚珠丝杠幅的计算 (27)4.5滚珠丝杠幅的防护和润滑 (32)4.6滚珠丝杠在高速数控机床上的应用 (32)4.7联轴器的选择 (33)4.8导轨的选择 (34)结论 (38)参考文献 (39)1绪论1.1本课题的背景及研究目的在机械加工过程中，经常会碰到深孔加工的难题，而深孔钻削在核能，航空航天，石油和天然气等行业有着广泛的应用。

用户：郑州煤矿机械集团有限责任公司机型：ZK2130DB/2500使用情况：投入生产已3年多，机床状况优良一：加工零件分析1.工件外径￠50～￠270mm2.工件长度1500～2800mm3.加工孔径Φ16～Φ28（加工深度2500mm）4.偏斜度 1/1000 （长径比100倍以内）5.工件材料27SiMn6工件硬度HB240-2807 .孔位置：同心孔二：加工方法及加工形式：本机床为工件、刀具双旋转的内排屑深孔钻床，适合轴类回转体零件中心深孔的钻削加工。

三：加工效率：每分钟钻孔深度不小于100mm 。

我公司为郑州煤矿机械集团生产的DB系列内排屑深孔钻床，最大钻深2500mm机床布局：该机床卧式布局，结构紧凑，操作简便。

零件装夹部位外主机其余部分采用全防护，因工件均为圆棒材，长度又较长，机床主机分为工件夹持与钻杆主轴导向、刀具进给左右两体。

左右两体的端面用螺钉和定位销联接。

液压滤屑系统与机床主机平行放置。

整体结构紧凑，占地面积小，操作较为方便。

外形整洁美观，并且有效的保证了机床切削液无渗漏。

工件装夹及定位：工件一端采用液压卡盘夹持，另一端用液压中心架支撑。

工件右端面与授油器前端的导向套端面相贴合，起到密封及导向的作用。

电机、减速机带动实现工件定速旋转。

工件长短变更时，工件主轴箱可沿床身导轨前后调整位置。

液压卡盘、液压中心架的夹紧配置两脚踩开关，操作简便。

在工件主轴箱和导向排屑器之间设计有工件辅助支撑，其高度可调，装夹起辅助支撑的作用。

工件装夹流程：先放置在辅助支撑上，左端推入卡盘夹持面内，预夹紧。

右端用中心架夹持，此时，工件离开辅助支撑。

然后液压驱动导向排屑器拖板，使导向套端面顶紧在工件前端面上，完成工件装夹。

工件主轴箱可以手动前后移动，以适应深孔加工零件长短的变化。

移动到位后，应可靠锁紧才可工作。

工件主轴采用电机、减速机带动实现工件定速旋转钻杆主轴旋转采用变频电机驱动，可无级调速，满足不同钻孔直径的需要。

学生姓名：学号：学院、系：专业：机械设计制造及其自动化设计题目：枪钻设计与受力分析指导教师:系主任2013年3月20日毕业设计开题报告1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、概述随着科学技术的进步，深孔加工技术已经运用到各机器制造部门，特别是在重型机械制造中，能否掌握它，运用自如，将对生产起着决定性作用。

深孔加工技术最初广泛应用于国防军工制造业。

随着科学技术的进步，工业的发展深孔加工技术己经运用到各机器制造部门，如石油化工机械，航空工业，造船，冶金，发电设备，橡胶机械等，从而使深孔加工成为机械加工中不可缺少的一种工艺方法。

特别是近几年来随着宇航制造业，原子能工业，电力工业等行业的迅速发展，对机器及机器零部件的综合性能提出了更高的要求。

新型高强度，高硬度的材料如钦合金、不锈钢、难热合金、高锰钢、复合材料等应用越来越多，这些材料具有良好的物理机械性能、抗腐性能、抗磁性能和抗高温氧化性能，在某些方面非常优良，但是它们的切削加工性能一般比较差，表现为切削力大、切削温度高、刀具磨损严重、断屑、排屑困难。

在这类材料上加工长径比大的孔，就显得十分困难[1]。

所以，难加工材料深孔加工问题是否解决好，将直接影响机械产品的生产效率和质量。

特别是在重型机械制造中，能否掌握它，并运用自如，将对生产起着决定性的作用。

深孔加工在各行业应用都比较广泛，如枪炮管深孔加工，发动机输水孔，活塞销，曲轴通油孔，车辆的减震器筒，液压缸，火箭发射装置的精密高强度导管等等。

这是一项具有代表性既关系到产品性能质量，又关系到工艺成本和生产周期的关键技术。

如果能以最小的投入，最快的速度使我国深孔加工技术提高到国际先进水平，对我国制造行业的技术改造和综合国力的提高将有巨大的促进[2]。

二．深孔加工技术的国内外发展现状1.深孔加工技术的国外发展现状深孔钻的发展过程可分为四个阶段:第一阶段在19世纪末20世纪初，为解决枪管的加工，发明了将高压液体通过钻杆内通道送到钻头，带走切削和热量，并在钻头外径上加上导向块，以保证钻孔正确方向的方法枪钻。

枪钻加工原理及参数分析摘要：在金属深孔加工中，排屑及刀具寿命一直是难题，枪钻作为深孔加工的刀具之一，其切削刃参数及断屑排屑能力是影响枪钻使用寿命的主要因素。

本文通过对硬质合金枪钻钻头部分受力、断屑机理以及切削液供给的分析，提出合理的参数，改善枪钻切削条件。

关键词：枪钻断屑切削液枪钻加工系统由深孔钻机、硬质合金枪钻和高压冷却系统组成。

加工时，硬质合金枪钻通过工件自身导孔或导套进入工件，由于枪钻的独特结构，在钻削时能自导向，减少震动。

由于具有高压内冷却系统，枪钻能够连续进给且具有较高的切削速度，无需中途退刀排屑。

冷却液通过内通道到达切削部位，并将切屑带出v形排屑槽，同时能对刀具冷却并在工件切削表面形成润滑膜，降低刀具磨损。

本文主要分析外排屑枪钻的加工参数选择，其适用于加工φ2～φ20mm、长径比大于100、表面粗糙度ra12.5～3.2μm、精度it10～it8级的深孔。

1、硬质合金枪钻的结构硬质合金枪钻由钻头、钻杆、钻杆三部分组成（图1），钻头通常分为整体硬质合金、硬质合金镶片式、切削刃部分焊接cbn刀片整体硬质合金三种系列；钻头有单圆孔、双圆孔和肾形孔三种形式的冷却孔；钻头部分有小倒角，使钻杆外径小于钻头外径0.05～1mm，防止切削时摩擦已加工孔壁。

钻杆一般采用低碳或者低合金无缝钢管轧制成110～120°的v形槽，要求钻杆有足够的强度在小变形下提供钻削所需的扭矩；同时钻杆的有足够的韧性，以便吸收高速旋转所产生的震动。

2、硬质合金枪钻切削原理2.1.1钻头参数枪钻钻头的几何参数如图2所示。

其中α1为外角、α2为内角、α3α4分别为外刃第一、二后角、α5为钻尖后角、α6为内刃后角、α7与α2差值为油隙角、l为外刃宽度、d为钻头外径。

2.1.2受力分析枪钻钻头受力分析图如图3所示。

图3中f1为外刃法相力、f2为内刃法相力、fy1为外刃径向力、fy2为内刃径向力、fx1为外刃轴向力、fx2为内刃轴向力。

基于数控加工中心深孔加工的枪钻应用技术探析摘要：深孔加工在实际生产加工中较为常见，由于要求过高，很多设备都不能满足要求。

枪钻技术凭借诸多优势在此方面颇为适用。

首先对枪钻的构成及工作原理做了简单介绍，然后从应用条件、实例分析以及排屑问题几方面对枪钻的实际应用进行了分析。

排屑在钻孔中极为重要，使用枪钻加工时，务必要做好排屑工作。

关键词：数控加工中心；深孔加工；枪钻；排屑引言深度与直径的比值超过10，即属于深孔加工范围。

在制造行业或生产中，常会遇到细长孔的加工，如结晶器铜板加工中，孔深约1100mm，而直径为10mm—11mm。

若采用传统接长麻花钻的加工方法，在钻进一定深度后就需要排屑，易影响效率和精度，且可能出现钻头折断的现象。

深孔加工技术在航天、核能等诸多领域都有应用，但对形位公差等要求较为严格，操作难度也大。

为提高深孔加工水平，首先应选择合适的钻孔设备。

1.枪钻及其工作原理1.1 介绍枪钻早期用于枪管加工，并因此而得名，在小径深孔加工中十分适用。

随着深孔加工研究力度的加大，枪钻的作用也更为突显。

其一次钻削成功率较高，且质量和精度均有所保障，钻孔的深径比可达100—250，在当前深孔加工中倍受青睐。

枪钻的组成部分如下：①钻尖与钻杆部分焊接在一起，特殊情况下也采用其他连接方式。

主要负责钻削工作，是枪钻的核心部件，所以对其强度、耐磨性等要求很高。

硬质合金和高速钢是较为常用的两种钻尖材料，但前者的综合性能较好，使用也最广泛。

深孔加工需保持孔的高精确度，为此常在其周围设置导向块。

影响钻削水平的因素有很多，如内外刃角、倒锥度、钻尖偏心距等，在实际应用中应根据具体状况进行合理设置。

②钻杆多采用“V”型结构，角度通常设计为120°，高者可达160°。

为提供足够的扭矩，对其强度和刚度有严格限制，所以钻杆经常使用合金钢管材质。

在旋转钻进时，会产生较大的震动，这就要求钻杆还需有足够的韧性。

钻尖部分的排屑和润滑极为重要，因此，尽量保持钻杆中空，并将排屑空间及冷却液孔按最大值设计。

枪钻机床的工作原理枪钻机床是一种用于加工金属材料的机床设备，它以其高效、精确的钻孔能力而被广泛应用于各个行业领域。

枪钻机床的工作原理主要包括以下几个方面：1. 输送系统：枪钻机床通过输送系统将工件送至加工位置。

输送系统通常由工作台、进给装置和紧固装置组成。

工作台上固定着工件，进给装置控制工件的运动，紧固装置用于固定工件。

2. 钻头系统：钻头是枪钻机床的核心部分，通过旋转钻头将金属材料钻孔。

钻头系统通常由主轴、刀片和进给装置组成。

主轴是使钻头旋转的动力来源，刀片是钻头的工作部分，关键影响着钻孔质量和效率，进给装置控制钻头的进给速度。

3. 控制系统：枪钻机床通常配备了先进的控制系统来实现自动控制。

控制系统包括数控装置、编程装置和程序控制器。

数控装置是用于控制机床的动作和工艺参数的设备，而编程装置和程序控制器则用于编写和存储加工程序。

4. 冷却液系统：在加工过程中，金属材料容易发生高温，引起刀具磨损和工件变形。

为此，枪钻机床通常配备冷却液系统。

冷却液通过喷洒在切削区域，起到冷却、润滑和清洁的作用，有效提高加工质量和工具寿命。

枪钻机床的工作过程如下：首先，将待加工工件固定在工作台上，并根据需要调整工件的位置和方向。

然后，通过控制系统选择并加载正确的加工程序。

加工程序通常包括钻孔深度、进给速度和切削参数等信息。

接下来，启动机床，控制系统将指令传递给钻头系统和输送系统。

主轴开始旋转，刀片开始切削金属材料。

同时，输送系统将工件送入加工区域，并通过进给装置控制其进给速度。

冷却液系统开始工作，喷洒冷却液冷却和润滑切削区域。

随着加工的进行，钻头逐渐钻入工件，完成钻孔的加工。

钻孔深度和直径根据加工程序进行控制，直到达到设计要求。

最后，停止机床，并检查加工结果。

根据需要，可以进行补偿调整或进行下一道工序。

总之，枪钻机床是一种高效、精确的金属加工设备，其工作原理通过输送系统、钻头系统、控制系统和冷却液系统的协同作用，实现了金属材料的钻孔加工。

摘要：传统上小直径深孔加工主要采用接长麻花钻，本文论述了应用枪钻在普通镗床上加工深孔的方法。

简述了枪钻的工作原理、组成结构和主要参数，以普通镗床深孔加工为对象，对枪钻和接长麻花钻进行了切削对比试验,论述了枪钻切削加工深孔的主要工装、参数确定过程和加工效果，测量了各切削参数.应用实例表明：枪钻具有加工精度高、加工时间短、钻头寿命高、排屑好的特点，在“小直径深孔加工”方面具有推广价值。

0．引言目前，带有小直径深孔的产品数量越来越多，按传统方法加工，只能采用接长麻花钻，每加工大约1～2倍直径的深度必须退刀排屑，不仅加工精度低、表面粗糙度差，加工效率低、操作劳动强度大，质量难以保证，而且很容易引起“堵屑”或折断钻头，造成更大的加工困难，因此，“大长径比小深孔加工”是困扰很多企业冷加工系统多年的难题，也是工艺人员和操作者的一块“心病”。

如何为传统制造企业何解决好小直径深孔的加工，已成为迫在眉睫的课题。

而枪钻在某传统制造企业的成功应用和推广，很好的解决了这个困扰企业多年的难题。

枪钻因最早用于兵器工业加工枪管而得名，主要用来加工φ2～φ20mm小径深孔，是目前深孔钻削中的一种优质高效工具。

美国钻科公司（DRILLMASTERS）公司作为世界上最主要的孔加工旋转切削刀具供应商之一，在枪钻的研发和制造方面具有多年的成功经验，其所研发的刀具具有切削效率高、加工精度好和刀具寿命长等特点，已广泛应用于汽车工业、航天工业、结构建筑工业、医疗器材工业、模具/刀具/冶金工业及油压、空压工业等制造业领域。

1．枪钻的工作原理专业的枪钻系统由深孔钻机、单刃或双刃的枪钻及高压冷却系统组成（见图1）。

枪钻柄部被夹持在机床主轴上，，钻头通过导引孔或导套进入工件表面，进入后，钻刃的独特结构起到自导向的作用，保证了切削精度。

这时冷却液通过钻头中间的通道到达切削部位，并将切屑从排屑槽带出工件表面，同时对钻刃进行冷却和对背部的支撑凸台进行润滑，从而获良好的加工表面和加工质量。

枪钻几何角度参数及其应用枪钻是一种精密深孔加工刀具，可用于在各种工件材料上钻削加工非常深的孔。

枪钻具有不同于传统麻花钻的独特刀头形状（图1）和贯穿刀具全长的排屑槽。

用枪钻加工时，冷却液通过刀具内部的通道被引入切削区，并通过排屑槽将切屑带出孔外（图2）。

此外，刀头上的钻套（也称为“导套”）在钻削时对孔壁具有挤光作用，因此可获得直径和圆度精度极高的孔。

这种“内冷却，外排屑”的结构特点使枪钻与其他深孔钻削刀具截然不同。

图1 枪钻的刀头形状图2 枪钻加工示意图枪钻最早是为满足加工枪管的需要而研制出来的。

在该工艺问世之前，枪管是用缠绕和焊接在一根芯棒上的金属条来加工的。

这样生产出来的枪管无论是直线度还是强度，都无法与现代枪械相比。

最终，钻削工艺被应用于在整体金属材料上加工枪管。

不过，早先使用的麻花钻需要多次走刀加工，因此孔的圆度和直线度精度都不高。

用枪钻加工成功解决了孔的圆度和直线度问题。

随着这种钻削工艺的不断改进以及枪钻专用加工设备的开发，该工艺被证明在枪械和兵器行业以外的许多其他行业也可以大显身手。

枪钻加工小直径精密深孔的能力使其被广泛应用于能源、汽车、航空、模具等行业。

随着加工技术的不断发展，其应用范围还在不断拓展。

刀具特点现代枪钻的结构型式可分为整体硬质合金式、焊接式和可转位刀片式，加工时不需要使用额外的钻管。

刀具的非切削端有一个供枪钻加工机床使用的标准尺寸驱动柄（图3）。

图3 枪钻结构枪钻通常通过一个圆形孔来输送冷却液，但有时为了增大冷却液流量，也可以采用多个冷却液孔或肾形孔。

排屑槽设计为V形槽，从而使冷却液能高效、干净地将切屑冲出孔外，因此枪钻也被称为单槽钻头。

枪钻具有特定的几何形状，其刃形设计使其能获得最佳的切削能力、加工精度以及成屑和排屑效率。

刀具廓形参数包括磨制的外周和钻尖几何形状、冷却液孔形状、刀头长度、钻套形状及位置。

加工车间主要根据工件材料和精度要求来选择枪钻。

许多标准的枪钻几何形状已通过大量试验，确定了其最佳尺寸参数。