CNC數控機床深孔加工要訣

什麽（me）叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比（bǐ）L/d≥5的孔，深孔加工是（shì）機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀（dāo）具細（xì）長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐（zhuī）形或孔偏斜等現象，從（cóng）而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更（gèng）增加了此零件的加工難度，為了加工出合格孔，需製定合理的加工方（fāng）案，選擇合（hé）適的加工（gōng）設備和刀具。筆者（zhě）經（jīng）過試件的試切加工，選擇合（hé）適的（de）加工參數，最終（zhōng）確定了合理的加工方法。

一、零（líng）件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表（biǎo）麵（miàn）粗糙（cāo）度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金（jīn）孔加工相（xiàng）對於一般鋼材切削（xuē）加工，刀具壽命要低50%以上，且加（jiā）工效率低，成本高。高溫合金孔（kǒng）加工主要難點是：

①切削（xuē）力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的切（qiē）削，產生的高（gāo）切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨（mó）損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證（zhèng）高溫合金孔的（de）精度要求。

④高溫合金孔加工中，刀具磨損比加工（gōng）普通鋼材快得多，且需要切削（xuē）性能更好的刀具材料（liào）。

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

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削（xuē）方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅（jǐn）加工（gōng）精度低、表麵粗糙度差（chà）,加工效率低（dī）、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或（huò）折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好選（xuǎn）擇深孔加（jiā）工（gōng）專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多（duō），深孔加工產品結構差異（yì）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（kǒng）精度要求，結合工廠實際，選擇合適（shì）的加（jiā）工設備來滿足深孔加工的技術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有（yǒu）多種，如槍（qiāng）鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和（hé）亞幹式深（shēn）孔加工（gōng）係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中（zhōng）心，易加工工件材料;套（tào）料鑽、內排屑深孔鑽的鑽（zuàn）孔（kǒng）直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金（jīn）可轉位深孔鑽（zuàn）一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔（kǒng）加工係（xì）統主要是利用壓縮空氣進行排屑（xiè）和冷卻，使用霧化（huà）切削液（yè）進行潤滑，需專用的加工設備。

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。

經對上述幾種深孔加（jiā）工刀具（jù）的對比及本廠的實際情況，研（yán）究決定采用槍鑽進行此深（shēn）孔（kǒng）的（de）加工（gōng）。

槍（qiāng）鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開（kāi）有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑（xiè）順利排出，並選擇韌（rèn）性和抗振性均較佳的硬質合金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提（tí）高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是（shì）高（gāo）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（qiē）削液由V型槽（cáo）與工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖（jiān）偏（piān）離（lí）軸線，鑽孔（kǒng）時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖（jiān）處斷離為兩段，使之較易（yì）排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽（zuàn）削回轉（zhuǎn）工件中心上的孔，加工時，通常（cháng）是工件（jiàn）旋（xuán）轉，鑽頭（tóu）作直線進給，較適用（yòng）於加工中心及配備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀具或工件（jiàn）旋轉場合（hé）。

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

3.槍鑽引導孔加工（gōng）

槍鑽（zuàn）屬於非平衡鑽頭（tóu），不平衡的槽形意味著切削力不平衡（héng）。

為了減少（shǎo）鑽頭周邊的（de）徑向切（qiē）削力，需（xū）要靠導套或引導孔分擔。

典型（xíng）的槍鑽機床上配有槍鑽引導套（tào），而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專（zhuān）用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無法設計導套。

因（yīn）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出：

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

4.工藝試驗與分析

深孔加工工（gōng）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→鑽導向孔→鑽深孔的（de）順序進行零件的深孔加工。

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

(1)引導孔加工。

鑽（zuàn）引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀（dāo）具成本問（wèn）題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數（shù）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（qiě）較耐磨損，但費用較高;國產刀（dāo）具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效（xiào）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相似。因為此（cǐ）零件（jiàn）的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下（xià），我們選擇了費用較低的四平合金鑽（zuàn）頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了（le）兩種加（jiā）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（zhuǎn）數和（hé）進給率的（de）方法進行深孔加工;

另一種是以較低轉（zhuǎn）數和進給率反轉進入導向（xiàng）孔，以零（líng）轉數和（hé）G0的速度快速（sù）退（tuì）出深孔的加工（gōng）方法。

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工效率低且零件表麵質量差，而第二種（zhǒng）加工方（fāng）法，加工效率高且質量較好。

因此，在（zài）保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇（zé）第二種加（jiā）工方法進行了刀具壽命試（shì）驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽（zuàn）加工到第4件零件時（shí），加工聲（shēng）音異常，於是調低進給倍率為90%，繼（jì）續加工，可（kě）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（duàn）。

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

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

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

它不僅適用於專用槍（qiāng）鑽機床，同時在高壓內冷和導（dǎo）向滿足的情況下也適用於（yú）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。