​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，深孔加工是機械加工中的一道（dào）難題，尤其是大（dà）深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起（qǐ）刀具（jù）偏斜，且散熱（rè）困難，排屑不易，經常產（chǎn）生直徑變大、出現錐形（xíng）或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機（jī）某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了（le）此零件的加工難度，為了加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適（shì）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（de）加工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為（wéi）105mm，杆部內孔（kǒng）為φ6+0.12mm，壁（bì）厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔（kǒng）加（jiā）工的零件，其材料為難加工的（de）GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般（bān）鋼材切削加工（gōng），刀具壽命要（yào）低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大（dà），消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉（bì）的切削，產生的（de）高切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求（qiú）。

④高（gāo）溫合金孔（kǒng）加工中，刀具磨損比加工普通鋼材快得多，且（qiě）需要切（qiē）削性能更好的刀具材料（liào）。

為了解決以上加工難（nán）點，加工（gōng）此深孔時，必須（xū）選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的加工（gōng）精（jīng）度。

二、加工工藝（yì）設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方（fāng）式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操（cāo）作者勞動強度大、質（zhì）量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具（jù）最好（hǎo）選擇深孔加工專（zhuān）用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品結構（gòu）差異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結（jié）合（hé）工廠實際，選擇合（hé）適的加（jiā）工（gōng）設備來滿足深孔（kǒng）加工的技術要求。

1.刀具的選擇

深（shēn）孔加工的刀具有多種，如（rú）槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深（shēn）孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔加工係統等類型（xíng）。

噴吸鑽適用於經改裝的車床（chuáng）、臥式加工中心，易加工工件材料;套料鑽、內排（pái）屑深孔（kǒng）鑽的（de）鑽孔直（zhí）徑不適合鑽加工Ф6mm的小（xiǎo）孔;硬質合金可（kě）轉位深孔鑽一般最小鑽削直（zhí）徑為Ф20mm;

而（ér）亞幹式深孔加工係統主要（yào）是利用壓縮空氣進（jìn）行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行（háng）潤滑，需專用的加工設備。

而槍鑽適（shì）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（jí）的深孔。

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

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有油孔（kǒng），以加強（qiáng）鑽頭冷卻潤滑和使切屑（xiè）順利排出，並（bìng）選擇（zé）韌性和抗振性均較佳（jiā）的硬質合金作為基體，表麵（miàn）可塗（tú）TiC或TiN，以提（tí）高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫（féng）鋼管。

其原理（lǐ）是高壓油由鑽杆後（hòu）部中孔注入，經腰形孔到達切削（xuē）區（qū）後迫使切（qiē）屑隨（suí）切削液由V型槽與工（gōng）件孔壁間空間排出，故稱（chēng）外（wài）排屑。

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

2.設備

槍鑽是（shì）用來鑽削回轉工件中心上（shàng）的（de）孔，加工時，通常是（shì）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、刀具或工（gōng）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（xuǎn）擇了車銑複合加工（gōng）中心，此設備既可（kě）實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍（qiāng）鑽的應（yīng）用場合。可（kě）以進（jìn）行鑽孔加工。

3.槍鑽引（yǐn）導孔加工

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（xiàng）切削力，需要靠導套或引（yǐn）導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有（yǒu）槍鑽引導（dǎo）套，而本例所選的車銑加工中心（xīn）不是（shì）槍鑽專用（yòng）機床，沒有配備導套，且（qiě）沒有夾具，無法設計導（dǎo）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（zuàn）引導孔的深度應為（wéi）1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭（tóu）直徑大0.004～0.012mm較合適（shì）。

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由（yóu）圖可（kě）知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序（xù）進行（háng）零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗（yàn）加工;鑽深（shēn）孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同（tóng）的加工方法和不同（tóng）的切削參（cān）數進行了（le）多個（gè）孔的鑽削試（shì）驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍（qiāng）鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇（zé）進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭（tóu）和國產的四平合金鑽（zuàn）頭進行了（le）試切加工。

經過多個孔的（de）試驗加工，發現（xiàn）進口（kǒu）刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉（zhuǎn）速可以達到2500r/min，進給（gěi）率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國（guó）產刀具（jù）的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率（lǜ）僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用同樣遠（yuǎn）遠低於進口刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量（liàng）相似。因為此零件的（de）批量小且加（jiā）工件數少，在滿足加工（gōng）質量的前提下（xià），我們選擇了費用較（jiào）低的四平合金鑽（zuàn）頭。

(2)深（shēn）孔加工。

深孔加工我（wǒ）們（men）采用了兩（liǎng）種加工方案進行試（shì）驗加工：

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

另（lìng）一種是以較低轉數和進給（gěi）率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工方法。

經過試驗加工（gōng）發現（xiàn）：第一種加工方法加工效率低（dī）且零件表麵質量（liàng）差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足（zú）夠冷卻壓力的情況下（xià），選擇第二種加工（gōng）方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中（zhōng）發現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為（wéi）90%，繼續加（jiā）工，可順利完成第4件和第5件的（de）加工，但（dàn）加工到第6件時，加工到孔深78mm時（shí），鑽頭折斷（duàn）。

經過試驗，在調低進給倍率的情況（kuàng）下（xià），1把（bǎ）槍鑽最多加工5件零件（jiàn），可防止鑽頭折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能（néng）解決麻花鑽不能解決的深孔和高精（jīng）度孔加工問題，可鑽出（chū）一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

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

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（kuàng）下也適用於車銑複合加工中心和數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值（zhí）。