深孔加工技术最早应用于军工生产领域，主要用于加工枪管、炮管的内孔。随着国民经济的发展和科技创新的推动该技术的应用越来越广泛，几乎涉及到所有的机械制造业，重点是高新技术产业的应用，特别是在航空航天制造业。涉及的领域深孔加工内容越来越多，技术难度也越来越高，如导弹机翼模具上的测温孔、各类飞机上的作动筒内孔等等。这就形成了多行业对现代深孔加工工艺及其关键技术迫切需求的局面，为此，深入开展新型深孔加工技术及其装置的研究与创新，对国民经济发展和国防建设必将产生重大影响。

在机械制造中，孔加工可分为浅孔加工和深孔加工两大类，一般长径比L/D<5（L为孔深，D为孔直径）的孔称为浅孔，L/D>50的孔称为深孔，L/D>100的孔称为超深孔。众所周知，深孔加工是机械加工领域中的一个重要分支，同时深孔加工动力学理论也是机械加工研究的一个重要课题，已被许多国家的学者进行了深入的研究。

本文从钻杆的力学行为、深孔加工过程、深孔钻削的监控等方面综述了深孔加工技术的发展现状，从而介绍了深孔加工机床的发展现状，指出了其中存在的技术问题，并展望了未来的发展趋势。

深孔加工技术的发展现状

最早的深孔加工技术出现在军事工业中枪管、炮管的加工中，后来随着科技的进步和社会的发展，出现了各种新型的深孔加工技术。它们分别是枪钻（图1（a））、BTA钻孔（图1（b））、喷吸钻孔（图1（c））和DF钻孔系统（图1（d））。

枪钻系统主要用于小直径（φ2~ф30 mm）孔的加工，是最常见的深孔钻加工方法，适用于中小型批量生产。

BTA钻削系统主要用于直径ф>12mm的深孔钻削，是大批量、高负荷连续深孔加工的首选。

吸力钻孔系统是一种高效的深孔加工方法，但加工孔的直径不能小于18毫米。

DF钻孔系统综合了BTA钻孔系统和吸力钻孔系统的优点，钻孔直径范围更广（最小可达φ6mm），加工精度和效率更高。

1.钻杆的力学行为

台湾国立交通大学秦继华教授利用哈密顿原理，在考虑切削液及流体中轴向压力影响的Timoshenko及Euler-Bernoulli梁模型基础上，推导出深孔钻杆的运动方程，并对旋转及非旋转钻杆以两种不同方式添加随机激励，研究钻杆的动力学行为，为钻杆动力学研究的国际领先地位之一；对旋转及非旋转钻杆以不同方式添加随机激励，研究钻杆的动态特性，为钻杆动力学研究的国际领先地位。

FUJJ和EMA等观察了深孔钻削过程中钻杆系统的涡流行为，指出这种涡流行为是一种由切削力和摩擦引起的自激振动。

BAYLY等通过理论分析与试验结果对比，对钻杆系统扭转振动进行了分析，详细研究了刀具振动频率的分布范围以及稳定性准则，指出深孔加工过程中钻杆系统存在明显的非线性特性。

首次利用KOVAC-IC建立了深孔加工钻削系统的非线性动力学模型，并对采用不同的刀具前角、剪切角和进给量对刀具颤动进行了理论分析。

2.深孔加工工艺研究

在深孔加工工艺方面，中北大学的王军教授于1980世纪XNUMX年代发明了SIED（单管内排屑喷射钻）技术，解决了内排屑深孔钻无法钻削小直径深孔的问题，并改进了DF钻的容屑槽设计。DF钻的容屑槽设计得到改进，钻头切削部分不设断屑槽，刀具重磨方便，加工性能好。

西安石油大学的彭海、张敏，大连交通大学的史志辉，以及国外的BTASDELENB2、Arup Kuar NANDI、R HEINEMANN9等探讨了孔加工的绿色加工技术(干式或准干式深孔加工)。

随着各种深孔钻在各行业的推广应用，日本、德国、瑞典、美国等国家在深孔加工技术方面处于领先地位。

美国ATI Stellram刀具公司专门从事难加工材料切削刀具的开发，在国际难加工材料切削刀具材料开发领域处于最前线。

瑞典Sandvik-Cotomant公司对直径3mm以上的BTA深孔钻的系列化、其减振刀具也处于世界领先水平。

德国BOTEK公司的枪钻规格已标准化为φ0.9～φ50mm。

3.深孔钻进监测研究

由于深孔加工的长径比很大，且加工属于封闭、半封闭状态，决定了深孔加工过程中刀具状态的变化不能直接观察到，因此通过各种手段对深孔加工过程进行监控已成为深孔加工的一个研究方向。

国内一些院校和研究机构如哈尔滨工业大学、西安工业大学、中北大学、北京理工大学、吉林大学、北京科技大学等对此进行了一些研究。

其中西安理工大学的张超、李岩等四人利用正交小波变换对不同刀具状态的振动信号进行分解重构，得到了不同频带内振动信号的重构分量。

美国的Issam ABU-MAHFOUZ等人通过获取加工过程的振动信号，利用后向算法训练的多层前馈神经网络，成功识别了钻头的五种不同磨损状态。

目前，在深孔钻削力的测量技术方面处于国际领先地位，德国多特蒙德大学的科研工作者WEBBER、THEIS和RAABE等致力于开发用钻头测量元件进行力的测量，利用该测量元件可直接测量切削分量，但该方法尚处于实验室试验阶段，且价格昂贵，设计制造周期长。

日本町田铁工所生产的全自动钻孔机“Micro-ole”装有“扭矩检测器”和“钻头磨损监测系统”，一旦施加在钻头上的扭矩超过预先选定的扭矩值，钻头就会进给到钻头中。一旦施加在钻头上的扭矩超过预先选定的扭矩值，进给系统就会停止进给，使钻头返回到回转位置，然后恢复钻孔，直到加工完整个微孔为止。

综上所述，虽然深孔加工技术经历了一个多世纪的发展，从加工方法上已日趋成熟，但对于微细超长深孔的加工，在理论和实践上尚未形成一套完整而成熟的体系，尤其对于钻削直径lmm以内长径比大于200的微细超长深孔，仍是一个亟待解决的难题。

数控深孔加工工艺技术特点

深孔零件加工不同于一般孔加工，一般孔加工常采用工件不固定，刀具作进给和旋转运动的方式加工；深孔零件常采用工件旋转，刀具作进给成型运动。但由于工件形状：材料性质、工艺限制和需要等原因，深孔钻削运动形式不断开拓，一般有以下几种：。

（1）工件旋转，刀具作进给运动。
（2）工件固定，刀具旋转并做进给运动。
（3）工件与刀具相对旋转，刀具作进给运动。
（4）工件作旋转和进给运动，刀具不动。

深孔加工技术经过长期的发展，在实体钻削中逐渐形成和完善了五种加工体系：。

1）枪钻外部排屑加工系统。
2）BTA内排屑加工系统。
3)吸钻加工系统；4)DF加工系统；
4）DF加工系统；5）SIED加工系统。
5）SIED加工系统。

这五种深孔加工技术在机床结构、刀具、供油、排屑等方面各有特点，加工的适用孔直径、加工精度和表面质量也各有不同。

但其共同的缺点是：在加工精度要求较高的时候，比如飞机上执行器气缸的内孔，这些深孔在钻孔之后，还需要进行相应的精加工工序（如对这些孔进行磨削），从而使制造成本增加。

影响深孔加工工艺的因素

1.加工件材质及其均匀性

在深孔加工过程中，由于加工零件的材料、性能及组织的不均匀等原因，常常会导致冲击力、冲击振动等意外问题的产生，造成刀具损坏，生产过程被迫停止，严重时还会造成零件报废，造成生产过程不稳定、不连续。

2.刀具质量问题

在深孔加工过程中，由于刀具质量的问题，也会产生切削振动等突发问题，使上述现象再次发生。

3.定位及夹紧装置

定位导向不准确，会造成加工孔的直线度超差、孔的位置偏移，工件装夹不稳定、不正确，也会造成加工过程中突发问题，如刀具损坏、加工精度差等。

4.供油装置的供油及减振作用

深孔加工过程中产生的一些冲击力、冲击振动等，会造成工件定位不准确、撞刀和加工过程不稳定，严重影响加工质量和生产率。目前的供油装置及其技术，虽然对刀具有一定的阻尼和减振作用，但其主要作用仍以供油为主，减振效果不明显。

5.负压切屑提取装置的作用

排屑不良一直是影响深孔加工质量和生产效率的主要问题，严重时会出现切屑堵塞、刀具破损和终止生产过程等现象，是深孔加工技术的关键问题，也是目前许多科研院所和大专院校在深孔加工技术发展中关注的重点。为了解决该问题，目前已对负压排屑装置进行了大量改进和自主创新，以提高排屑效果。

深孔加工机床发展现状

大多数企业无法承受深孔加工设备昂贵的价格和过高的使用成本，没有建立专业化的深孔加工设备生产体系，只能通过改造普通车床、镗床来满足基本生产需要。

制造业发达国家不仅有三坐标（三个数控轴）深孔钻机床，而且出现了四轴、五轴，甚至六轴的全自动数控枪钻加工中心或数控钻铣中心（图3），且有自动换刀装置。

为了扩大加工范围，有的深孔钻床除了具有枪钻法钻孔、铣削、刚性攻丝等功能外，还具有内切屑钻孔法（BTA法）钻孔功能。国内虽然也有同类产品，但精度程度、规格品种与国外还存在很大差距。

现在深孔加工机床虽然类型繁多，但不具备通用性，为了解决机床功能少数过剩以及功能转换成本高等问题，美国学者首先提出了可重构制造系统和可重构机床的概念。

1996年，美国密歇根大学在美国国家科学基金会和工业界25家公司的资助下，率先启动了“可重构制造系统研究”。各发达国家也纷纷开展了可重构机床的研究。

例如，德国斯图加特大学的研究人员对制造系统的重新配置、机器模块和运动功能模块的接口提出了理论。

在机床设计和改进中，机床关键部件结构的动静态优化、轻量化设计是实现机床加工性能和加工精度的主要途径之一。

深孔加工技术的发展趋势

虽然自BTA加工方法出现以来，深孔技术并没有发生太大的变化。但一些加工工艺的优化，如新型刀具的开发、导块的优化布置、负压排屑装置的应用等，仍是现阶段提高深孔加工水平的重要手段。

建立在绿色加工技术基础上的准干、干式深孔加工技术将因人们环保意识的增强而受到越来越多的重视。

现代深孔加工机床与其它机床一样，飞速发展，正朝着高效、精密、高可靠、智能化、模块化的方向发展。特别是模块化可重构机床近年来已经做了大量的研究。

然而如同深孔加工工艺一样，近年来在传统深孔加工领域，国际上尚未出现更为先进的加工设备。

由于传统的深孔加工技术无法避免利用切削力去除材料的一致做法和切削力对工艺系统的干扰，不能很好地完成难加工材料、特殊复杂曲面、超小超深孔等加工。

特种加工技术（激光、水射流、电火花加工及电解深孔加工等）也为深孔加工技术开辟了新的发展领域。