​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工（gōng）是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於（yú）刀具細長（zhǎng），剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且（qiě）散熱困難，排（pái）屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象（xiàng），從而達不到（dào）質量要（yào）求。

航空發動機某（mǒu）噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工出（chū）合格孔，需製定合理的加工方案（àn），選擇合適的加工設備和刀具。筆者經（jīng）過試件的試切加工，選擇（zé）合適的（de）加工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件（jiàn）簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內（nèi）孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔（kǒng）加工的零件，其材料為難（nán）加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相（xiàng）對於一般鋼材切削加工（gōng），刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成（chéng）本高。高溫合金孔加工主要（yào）難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔（kǒng）加工是（shì）半封閉的切削，產生的高切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀（dāo）具磨（mó）損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

④高溫合金孔加工中，刀具磨損比（bǐ）加工（gōng）普通鋼材快得多，且（qiě）需要切削性（xìng）能（néng）更好的刀具材（cái）料（liào）。

為了解決以上加工難點，加（jiā）工此（cǐ）深孔時（shí），必須選（xuǎn）擇（zé）合適的加（jiā）工設備和刀具，保證零件的加（jiā）工精度。

二、加工工藝設計和分析（xī）

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻（má）花鑽，而且（qiě）要斷屑（xiè）加工（gōng），不僅加（jiā）工精度低（dī）、表麵（miàn）粗糙度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度大、質（zhì）量難以保證，而且很容易引起（qǐ）堵（dǔ）屑或折斷鑽頭，造成（chéng）更大的加（jiā）工困難，因此刀具最（zuì）好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多（duō），深孔加工產品結（jié）構差異（yì）大（dà），且（qiě）生產批量較小（xiǎo），不可能購置深孔加工專用機床，為（wéi）了更好地保（bǎo）證深孔（kǒng）精度要（yào）求，結合工廠（chǎng）實際，選擇合適的加工設（shè）備來滿足深（shēn）孔加工的技術要求。

1.刀具（jù）的選（xuǎn）擇

深孔加工的刀具有（yǒu）多種，如（rú）槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可（kě）轉位深孔（kǒng）鑽、內排屑深孔鑽和亞幹（gàn）式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車（chē）床、臥式加工中（zhōng）心，易加工工件（jiàn）材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合（hé）鑽加工Ф6mm的小（xiǎo）孔;硬質合金（jīn）可轉位深孔鑽一般最小鑽削直（zhí）徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是利用（yòng）壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的（de）加工設備。

而槍鑽適用（yòng）於加工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表（biǎo）麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔（kǒng）。

經對（duì）上述幾種深孔加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定采用槍鑽進（jìn）行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有油（yóu）孔，以（yǐ）加（jiā）強（qiáng）鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和（hé）抗振性均較佳的硬質合金作為基體（tǐ），表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和（hé）耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其（qí）原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使（shǐ）切（qiē）屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外排（pái）屑。

此類（lèi）深（shēn）孔鑽前（qián）角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽（zuàn）尖偏離軸線，鑽孔（kǒng）時鑽尖前方（fāng）形成小圓（yuán）錐，可使切（qiē）屑在鑽尖處斷離為兩段，使（shǐ）之較易排出。

2.設備（bèi）

槍鑽是用來（lái）鑽削回轉工件中（zhōng）心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工（gōng）中心及配備高壓（yā）冷卻係統的車床與立式機床、刀具或工件旋轉（zhuǎn）場合。

綜合考慮槍（qiāng）鑽加工的應用場合及公司現（xiàn）有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又（yòu）配備高壓內冷係統，滿足槍鑽（zuàn）的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引（yǐn）導（dǎo）孔加（jiā）工

槍鑽屬於非平衡鑽頭（tóu），不平衡的槽形意味著切削（xuē）力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要（yào）靠導（dǎo）套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導（dǎo）套，而本例所選的車銑加工中心不是槍（qiāng）鑽（zuàn）專用機（jī）床，沒（méi）有配備（bèi）導套，且沒有夾具（jù），無法設計（jì）導套。

因此，筆者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得（dé）出：

槍鑽引導孔的深度應為1～2倍槍鑽直徑，直（zhí）徑應比槍鑽（zuàn）鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合（hé）適。

4.工藝試驗與（yǔ）分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖（tú）可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾（jiá）緊，按車（chē）端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工（gōng）。

鑽導向孔時，以不（bú）同廠家的鑽頭按不同切削（xuē）參數進行試驗（yàn）加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽（zuàn），以不同（tóng）的加工方法和不同的切削參數進（jìn）行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加（jiā）工（gōng）。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也（yě）兼顧了刀具成本（běn）問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和（hé）國產的四平合金鑽頭（tóu）進行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具（jù）切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨（mó）損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費（fèi）用同樣遠遠低於（yú）進口刀具（jù）的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質（zhì）量的前提下，我們選擇了費用（yòng）較低的四（sì）平合金（jīn）鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工（gōng）我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退出深孔時，均采取小於（yú）鑽削時轉數和進給率的方法進行深孔加工;

另一（yī）種是以較低轉數和進（jìn）給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度（dù）快速退出深孔的加工方法（fǎ）。

經過試驗加工發現：第一種加工方法（fǎ）加工效率低且零（líng）件表（biǎo）麵質量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因（yīn）此，在保證足夠冷（lěng）卻壓力的（de）情況下，選擇第二種（zhǒng）加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零件（jiàn）時，加工聲（shēng）音異常（cháng），於是調低進給倍率為90%，繼續（xù）加工（gōng），可順利完成第4件和第5件的加工，但加工到第6件時，加工到孔深78mm時（shí），鑽頭折斷。

經（jīng）過試驗，在調（diào）低進給倍率（lǜ）的情（qíng）況（kuàng）下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。

在某些（xiē）加工範圍內，槍鑽能解決麻（má）花鑽不能解決的（de）深孔和高精度孔（kǒng）加工問題，可鑽出一個直線度高、表（biǎo）麵粗糙度（dù）好的孔。

而且（qiě）在固定所有因（yīn）素，如主（zhǔ）軸轉速、進（jìn）給速度和冷卻液（yè）壓力（lì）後，深孔鑽這個工（gōng）序便成為一個簡易的“標準”工序，不受（shòu）操作員技術的影響，隻要是一個（gè）高（gāo）質量的槍鑽便可在生產過程中（zhōng）提供一致的表現。

它不僅適用於（yú）專用槍鑽機床，同時在高壓內冷（lěng）和導向滿（mǎn）足的情況下也適用於車銑複合加工中心和數控車床（chuáng），經濟適用（yòng）性強，有一定的推廣價值。