​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與（yǔ）孔（kǒng）徑比L/d≥5的孔，深孔加工是（shì）機（jī）械加工中的一道難題（tí），尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細（xì）長，剛性差、強度（dù）低，易引起（qǐ）刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不（bú）到質量要（yào）求（qiú）。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑（jìng）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，為了加工出合格孔，需製定合理的（de）加工方案，選擇合適的加工設備（bèi）和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加（jiā）工參數，最終確（què）定了合理的加工方法。

一、零件簡介（jiè）

某噴（pēn）嘴（zuǐ）類（lèi）零件，總長（zhǎng）為105mm，杆部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度（dù）為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於（yú）深孔加工的零件，其材（cái）料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成（chéng）本（běn）高。高溫合金孔加工主（zhǔ）要難點是（shì）：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封（fēng）閉的切削，產（chǎn）生的高（gāo）切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損（sǔn）更為劇（jù）烈;

③用普通的鑽削方法難以保（bǎo）證高溫合金孔的精度要求。

④高溫合（hé）金（jīn）孔加工中，刀具磨（mó）損比加工普通鋼材快得（dé）多，且需要切削性能更好的刀具材料（liào）。

為了解決以上（shàng）加工難點，加工此（cǐ）深孔時（shí），必須選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件深（shēn）孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵（miàn）粗糙度差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵（dǔ）屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難（nán），因此刀具最好選擇（zé）深孔加工專用刀（dāo）具。

設備的選用考慮到本公司（sī）產品類型多，深（shēn）孔加工產（chǎn）品結構差異大（dà），且生產批量較（jiào）小，不可能購置深孔加工專用機床，為（wéi）了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備（bèi）來滿足深孔加（jiā）工的技術要求。

1.刀具的選擇

深孔（kǒng）加工的刀具有多種，如槍鑽、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內（nèi）排屑深孔鑽和亞幹式深孔加工係統等類型。

噴（pēn）吸鑽（zuàn）適用於經改裝的車床、臥（wò）式加工中心，易加工工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔（kǒng）鑽一般最（zuì）小鑽削直徑為Ф20mm;

而（ér）亞幹式深孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和（hé）冷卻，使用霧化（huà）切削液（yè）進行潤（rùn）滑（huá），需專用的（de）加工（gōng）設備。

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

經（jīng）對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（yòng）槍（qiāng）鑽進行此深（shēn）孔的加工。

槍鑽由硬質合金（jīn）鑽（zuàn）尖、鑽杆和刀柄三部分組（zǔ）成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以（yǐ）加強鑽頭冷（lěng）卻潤滑和使切屑順利排出，並選（xuǎn）擇韌性和抗振性均較佳的硬質（zhì）合（hé）金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度（dù）和（hé）耐磨性;鑽杆（gǎn）一（yī）般選用40Cr無縫鋼管。

其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切屑隨切削液由V型槽（cáo）與（yǔ）工件孔壁間（jiān）空間排出，故稱外排（pái）屑。

此類深孔鑽（zuàn）前角一般為（wéi）0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖（jiān）偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可（kě）使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出（chū）。

2.設備

槍鑽（zuàn）是用來鑽削回轉（zhuǎn）工件中心上的孔，加工時（shí），通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀（dāo）具或工件旋（xuán）轉場合。

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

3.槍鑽（zuàn）引導孔加工（gōng）

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力（lì），需要（yào）靠導（dǎo）套或引導孔分（fèn）擔。

典型的槍鑽機床（chuáng）上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無（wú）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（tōng）過大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的（de）深度應為1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分析

深孔（kǒng）加工（gōng）工序草圖如圖（tú）3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導（dǎo）向孔（kǒng）→鑽深孔（kǒng）的（de）順序進行（háng）零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不（bú）同（tóng）廠家的鑽頭按不同（tóng）切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯（sī）卡的槍鑽，以不同的加工方（fāng）法和不（bú）同的切削參數進（jìn）行了多個孔（kǒng）的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在（zài）滿足槍鑽引（yǐn）導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成（chéng）本（běn）問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產（chǎn）的四（sì）平合金鑽頭進（jìn）行了（le）試切加工。

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

經試驗，兩（liǎng）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，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加（jiā）工方案（àn）進行試驗加工：

一（yī）種是進（jìn）入導（dǎo）向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行深孔加工;

另一種是以較低（dī）轉（zhuǎn）數（shù）和進給率反轉進入導向孔，以零轉（zhuǎn）數和G0的速度快速退出（chū）深孔的加工方法（fǎ）。

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工（gōng）效率低且（qiě）零件（jiàn）表麵質量差，而第（dì）二種加工方法，加工效率高且質量較好（hǎo）。

因此，在保證（zhèng）足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗（yàn）。

試（shì）驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是（shì）調低（dī）進給倍率為90%，繼續加工，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，鑽頭折斷。

經過試（shì）驗，在調低（dī）進給倍率的情況下（xià），1把（bǎ）槍鑽最多加工5件（jiàn）零件，可防止鑽頭（tóu）折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決（jué）麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工（gōng）問題，可鑽出一個直線度（dù）高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸（zhóu）轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技術的（de）影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可（kě）在生產過程中提供一致的表現（xiàn）。

它不僅適用於專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情況下（xià）也適用於車銑複合（hé）加工中（zhōng）心和數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價（jià）值。