Что нужно знать о станках глубокого сверления: конструкция, параметры, ошибки

Глубокое сверление — не просто «ещё один вид обработки», а целая технологическая дисциплина. При работе с длинными и точными отверстиями обычное оборудование быстро теряет жёсткость, инструмент уводит, СОЖ не успевает охлаждать зону резания, а стружка забивает канал. Всё это приводит к браку и потере дорогостоящих заготовок.

Именно поэтому без специализированных станков глубокого сверления не обходятся ни машиностроение, ни энергетика, ни авиация. Эти машины обеспечивают прямолинейность и точность даже при длине отверстия в сотни диаметров.

В продолжении статьи — о том, как устроены такие станки, какие бывают системы (Gun Drilling, BTA, Ejector), на что обратить внимание при выборе и какие ошибки допускают даже опытные технологи.

Как устроен станок глубокого сверления: конструкция, особенности, сферы применения

Глубокое сверление — это технологический процесс, требующий применения специального оборудования, которое гарантирует прямолинейность при отношении длины отверстия к диаметру (L/D) свыше 100:1. В то время как на универсальных станках точность обработки существенно снижается уже при L/D > 3, специализированные станки для глубокого сверления уверенно работают с экстремальными соотношениями.

Основные технологические сложности — увод оси, затрудненный вывод стружки и недостаточное охлаждение инструмента — приводят к характерным дефектам. Наиболее критичными из них в продольном сечении являются увод и непрямолинейность оси отверстия.

Решение этих технологических задач требует применения специализированного оборудования, такого как современные станки для глубокого сверления, оснащенные системами точной подачи охлаждающей жидкости и эффективного удаления стружки.

Классификация станков глубокого сверления

Станки глубокого сверления относятся к классу специализированных металлорежущих станков. По виду выполняемых операций они классифицируются как сверлильные, однако конструктивно и технологически представляют собой две основные отдельные группы — станки ружейного (пушечного) сверления (gun drilling) или BTA-станки. Большинство современных моделей имеют горизонтальное исполнение и обязательную оснастку ЧПУ для точной регулировки подачи инструмента, скорости вращения шпинделя и калибровки эксцентриситета. 

На практике обработка отверстий осуществляется несколькими способами: 

• с вращением и подачей сверла; 

• с вращением детали и подачей сверла; 

• со встречным вращением детали и сверла. 

Основным недостатком первого метода является увод сверла, вызванный несимметричной заточкой режущих кромок или неоднородностью обрабатываемого материала. Для удаления стружки и предотвращения поломки инструмента требуется его периодический вывод из отверстия, что негативно сказывается на производительности.

Увод сверла существенно уменьшается при сверлении на горизонтально-сверлильных станках, где вращается деталь, а подача осуществляется сверлом. Еще более высокая точность оси достигается при встречном вращении инструмента и детали, что особенно эффективно для глубоких отверстий.

Для получения глубоких отверстий (свыше 10D) применяются специальные методы, такие как глубинное сверление. Эти системы используют инструменты специальной конструкции, обеспечивающие дробление стружки, ее эффективное удаление и внутреннее охлаждение потоком СОЖ.

Выбор конкретного инструмента и системы сверления — например,

Ружейного (Gun drilling, ELB)

Эжекторного (DTS)

Системы STS (BTA) 

Метод	Диаметр, мм	Отношение L\D	Принцип	Особенности
Gun Drilling (Однотрубная, «пушечное» сверление ELB)	2–50	До 300×D	СОЖ подаётся через канал в теле сверла, стружка выходит вдоль канавки наружу.	Высокая точность, прямолинейность, подходит для небольших отверстий.
BTA (Boring & Trepanning Association или STS)	20–400	До 400×D	СОЖ подаётся снаружи, стружка выходит через внутренний канал трубы.	Высокая производительность, применяют для отверстий большого диаметра.
Ejector (двухтрубная система DTS)	10–200	До 300×D	СОЖ подаётся в кольцевой зазор, часть возвращается по внутренней трубе, создавая разряжение.	Подходит для модернизации обычных станков, не требует герметичности шпинделя.

Что такое станок глубокого сверления

Станок глубокого сверления — специализированная машина, предназначенная для высокоточной обработки отверстий большой глубины в металлических заготовках. В отличие от обычных сверлильных станков, здесь реализованы особые кинематические и конструктивные решения, которые обеспечивают стабильность процесса, эффективное удаление стружки и сохранение геометрии отверстия даже на больших глубинах.

Основные работы, которые выполняет станок:

• Сверление центральных сквозных и глухих отверстий;

• Сверление эксцентричных (смещённых) отверстий;

• Координатное сверление с высокой точностью расположения;

• Развертывание отверстий для повышения качества поверхности и соблюдения размеров.

Пусконаладочные работы станка глубокого сверления от GSM (Китай)

Особенности конструкции классических станков глубокого сверления

• Массивная станина. Изготавливается из высокопрочного чугуна (например, HT300), проходит искусственное старение для снятия напряжений. Масса станка 12 тонн и более гарантирует виброустойчивость и стабильность процесса.

• Высокоточные направляющие. Направляющие качения для подачи инструмента и прямоугольные для заготовки обеспечивают жёсткость при обработке тяжёлых и длинных деталей.

• Гидравлическая система зажима и поддержки. Гидропатрон фиксирует заготовку, центральная рама компенсирует прогиб и поддерживает геометрию при вращении и подаче. Люнеты и опоры – роликовые, самоцентрирующиеся, удерживают сверлильную штангу или заготовку на всем пути инструмента.

• Инструментальный узел. Подача и вращение ружейного сверла через шпиндель с высокоточной регулировкой подачи, винтовые передачи и вспомогательные опоры.

• Система охлаждения высокого давления. Подача СОЖ через сверло под давлением( 30-200 бар) для эффективного удаления стружки и охлаждения режущей зоны. Стандартно оснащено системой фильтрации, охладителем и обратной циркуляцией. 

• Современная ЧПУ-система. Станки оснащаются ЧПУ FANUC 0i TF(5) с сервоприводами FANUC для точного управления подачей, вращением шпинделя и зажимом.

Привычная и наиболее популярная система управления FANUC 0i-TF plus

Технические параметры обработки, на которые нужно обратить внимание ( на примере станка ZK2150 в нашем каталоге)

• Диаметр сверления: 4,9–40 мм (сверление), до 50 мм (развертывание);

• Длина заготовок: до 4500 мм;

• Диапазон зажима: Ø50–500 мм;

• Обрабатываемые материалы: углеродистые, легированные стали (HB365–425);

• Отношение длина/диаметр: до 100:1.

Рабочая зона станка глубокого сверления GSM

Какие изделия можно обрабатывать

• Поршневые штоки гидроцилиндров;

• Оси, валы, бурильные трубы;

• Блоки цилиндров, насосные валы;

• Длинномерные элементы турбин, теплообменников;

• Элементы авиационных и космических конструкций;

• Комплексные детали пресс-форм.

Кому будет интересно

Станки глубокого сверления востребованы в:

• Машиностроении;

• Энергетике;

• Авиационно-космической промышленности;

• Нефтегазовой отрасли;

• Гидравлическом оборудовании;

• Автомобилестроении.

Особенности настройки и эксплуатации станков глубокого сверления

Станок глубокого сверления открытого типа ( без кабинетной защиты)

Глубокое сверление требует тонкой настройки оборудования и грамотной эксплуатации. Вот ключевые особенности:

• Настройка эксцентриситета. Даже минимальное смещение оси заготовки приводит к отклонению отверстия. Для компенсации используют ЧПУ-коррекцию и оптические линейки высокой точности.
  
  Проверка биения шпинделя – не более 0.005 мм


• Подбор инструмента. Инструменты глубокого сверления (ружейные сверла) критичны к условиям работы: малейшее биение — причина разрушения сверла или выхода отверстия за допуски.
  
  Необходимо ответственно подойти к выбору производителя инструмента, приобретать проверенные бренды (типа Sandvik).


• Контроль СОЖ. При недостаточном давлении охлаждающей жидкости или засоре фильтров возникает перегрев режущей кромки, снижение стойкости инструмента и дефекты стенок отверстий (рифление, задиры).
  
  В зависимости от диаметра, например Ø10 мм — 60 бар, Ø30 мм — 100 бар
  
  Контроль за температурой СОЖ — допуск ±3°C
  
  Фильтры СОЖ должны быть чистыми.

Полноценная система подачи сож под давлением с охладителем и системой фильтрации

• Балансировка подачи и скорости вращения. Несогласованность параметров подачи и оборотов шпинделя вызывает нестабильность процесса: вибрации, разрывы стружки, повышенный износ.

Процесс формообразования при глубоком сверлении. Инструмент.

Основной инструмент  – сверло, обычно однотрубное с каналом подачи СОЖ и одной режущей кромкой)

Состоит:

1. Тело сверла – стальная труба с внутренним каналом

2. Режущая часть – напайная или цельно твердосплавная или головка с СМП с геометрией (стружколомом)  под конкретный материал обработки

3. Направляющая площадка – обеспечивает центрирование и минимизирует отклонение от оси отверстия. 

4. Подвод СОЖ – через гибкий шланг или быстро разъемное соединение.

При больших диаметрах ( 20-25 мм) применяют BTA - головки с 3-5 режущими кромками (частями) сменными пластинами и центральным отверстием для стружки.

Процесс резания:

Инструмент (головка со сменными пластинами) обычно просто продольно подается, а вращается заготовка (или наоборот, в зависимости от системы). Это обеспечивает относительное движение резания.

Ключевые элементы формообразования:

• Асимметричная режущая головка: Режущие пластины расположены асимметрично. Это позволяет стружке проходить свободно и дробиться на мелкие части.

• Направляющие пластины: Расположены сразу за режущими кромками. Они скользят по обработанной поверхности, не давая инструменту отклониться от оси, и калибруют стенки отверстия, обеспечивая высокую чистоту и точность.

• Система подвода СОЖ: СОЖ под высоким давлением (20-100 бар) поступает через отверстие в державке/трубке, охлаждает резец и выталкивает стружку наружу по пространству между трубкой и стенкой отверстия. Потоки стружки и СОЖ РАЗДЕЛЕНЫ, что является главным преимуществом.

Типичные ошибки при выборе и эксплуатации

При выборе станка обратить внимание

Экономию на ЧПУ- системе. Использование устаревших систем управления затрудняет точную настройку процессов сверления, повышает риск брака.

Игнорирование системы СОЖ. Некачественная или недостаточная по мощности система охлаждения ведёт к перегреву инструмента, снижению стойкости и дефектам обработки.

Выбор инструмента. Попытки использовать стандартные сверла для глубокой обработки без специальной геометрии заканчиваются поломкой инструмента или заготовки.

Ошибки при установке заготовки. Плохая центровка и закрепление вызывают биение и неконтролируемое отклонение отверстия.

Станки

Станок глубокого сверления с ЧПУ ZK21100, SGSM, Китай

Диаметр зажима гидравлической опорой:

Ø60-500 мм

Диапазон диаметров сверления:

Ø20-80 мм

Макс. длина заготовки:

6000 мм

Мощность привода шпинделя:

5 кВт

Мощность главного привода:

37 кВт

Подробнее

Узнать стоимость

Станок глубокого сверления с ЧПУ ZK2150, SGSM, Китай

Диаметр зажима гидравлической опорой:

Ø60-500 мм

Диапазон диаметров сверления:

Ø4,9-50 мм

Макс. длина заготовки:

4500 мм

Система ЧПУ:

Fanuc 0i-TF Plus

Шероховатость после обработки:

1.6-6.3 мкм

Подробнее

Узнать стоимость

Как избежать ошибок при работе

Оценивайте наличие современных ЧПУ-систем и сервоприводов (лучше FANUC или Siemens).

Требуйте данные о системе подачи СОЖ: давление, фильтрация, объём бака.

Используйте только специализированный инструмент с правильной заточкой и канальной системой отвода стружки.

Регулярно обслуживайте систему охлаждения и следите за чистотой фильтров.

Тщательно центрируйте заготовку с помощью измерительных систем перед началом работы.

Производители станков и инструментов для глубокого сверления

На рынке сегодня присутствуют несколько направлений:

• Европейские бренды – TIBO - станки ( Германия) Mollart  - производство инструмента (Великобритания)

• Китайские производители - SGSM, Dezhou Precision, Zonjet, Weihai Huadong, ZK серия (ZK2135F, ZK2180D).

Современные станки оснащаются популярными системами ЧПУ – типа FANUC, Siemens и др., системами мониторинга давления СОЖ и температуры, а также датчиками перегрузки по оси подачи. 

Заключение

Станок глубокого сверления — это не просто операция сверления, а высокоточный процесс с применением специализированного оборудования, инструмента, технологии, требующее правильного подхода -  настройки и эксплуатации. 

Грамотный выбор станка и соблюдение технологических рекомендаций позволяют добиться высоких результатов: точных отверстий на больших глубинах, высокой производительности и стабильного качества при серийной и единичной обработке сложных деталей. Вы можете выбрать такого типа станки в нашем каталоге в разделе Станков для глубокого сверления.