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（kǒng）加工是機械加工中的一（yī）道難題，尤其是大深徑（jìng）比的深孔加工，難點在於（yú）刀具細長，剛（gāng）性差（chà）、強度低，易引起刀具偏斜（xié），且散熱困難，排屑不易，經常產生直（zhí）徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

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

一、零件簡介

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

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

①切削力（lì）大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高（gāo）切削熱和（hé）切（qiē）屑難以及時排出，遠離刀（dāo）尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方（fāng）法難以保證高溫合金孔的精度要求。

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

為了解決（jué）以上加工難點，加工（gōng）此深孔時，必須選擇合適的加工設備和（hé）刀具（jù），保證零件的加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件（jiàn）深孔加工選（xuǎn）用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽（zuàn），而且要斷屑加工（gōng），不僅加（jiā）工精度（dù）低（dī）、表麵粗糙度差,加工效（xiào）率低、操作者（zhě）勞動強（qiáng）度（dù）大、質量難以保證，而且很容易引起（qǐ）堵屑或折斷（duàn）鑽頭，造成更大的（de）加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司（sī）產品類型多，深（shēn）孔加工產品（pǐn）結構差異大，且生（shēng）產批量（liàng）較小，不可能（néng）購置深孔加工專用機床，為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來滿足深孔加工的技術要求。

1.刀具（jù）的選擇

深孔（kǒng）加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和（hé）亞幹式深孔加工係（xì）統等類型。

噴吸鑽適用於經改（gǎi）裝的車床、臥（wò）式加（jiā）工中心，易加工（gōng）工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔（kǒng）直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔（kǒng）;硬質合金（jīn）可轉位深（shēn）孔鑽（zuàn）一般最小鑽削直徑為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冷卻，使用霧化切削液（yè）進行潤滑，需專用的加工（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。

經對上述幾種（zhǒng）深（shēn）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行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金（jīn）鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有（yǒu）油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切（qiē）屑順利排出，並選擇韌性和抗振性（xìng）均（jun1）較（jiào）佳的硬（yìng）質合金作為基體，表（biǎo）麵可塗TiC或TiN，以提高（gāo）鑽頭的硬度和耐磨性（xìng）;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理（lǐ）是高壓油由鑽杆後部中孔注入（rù），經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液（yè）由V型槽與工件孔壁間空間（jiān）排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般（bān）為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏（piān）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（shǐ）之（zhī）較易（yì）排出。

2.設備

槍（qiāng）鑽（zuàn）是用來鑽削回轉工件中心（xīn）上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用（yòng）於加（jiā）工中心及配（pèi）備高壓冷卻係統的車床與立（lì）式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了（le）車銑複合加工中心，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（yǐ）進行鑽（zuàn）孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽（zuàn）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（biān）的徑向切削（xuē）力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床（chuáng），沒有配備（bèi）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（héng）槍（qiāng）鑽切削力。通過大量（liàng）實驗數據得出：

槍（qiāng）鑽引導孔的深度（dù）應為1～2倍槍（qiāng）鑽直徑，直徑（jìng）應比槍鑽鑽頭直徑（jìng）大（dà）0.004～0.012mm較合適。

4.工藝（yì）試驗與分析（xī）

深孔加工（gōng）工序（xù）草圖如（rú）圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車（chē）端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件（jiàn）的深孔加工。

鑽導向（xiàng）孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深（shēn）孔時，我們選擇了伊斯卡的（de）槍鑽，以不同的（de）加工方法和不同（tóng）的切削參（cān）數（shù）進行了多個孔的鑽削試驗（yàn）。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在（zài）滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口的（de）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（duō）個孔（kǒng）的試（shì）驗加工，發（fā）現進口刀具切削參數比國產刀（dāo）具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損（sǔn），但費用（yòng）較高;國產刀具的切削（xuē）參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅（jǐn）為20mm/min，加工效（xiào）率遠低於進口刀（dāo）具（jù），費用同樣遠遠低於進口刀具的費用。

經（jīng）試驗，兩種刀具的（de）加工（gōng）質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少，在滿（mǎn）足（zú）加工質量的前提（tí）下，我們選擇了費用較低的四平合金（jīn）鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加（jiā）工方案進（jìn）行試驗加工：

一種是進（jìn）入導向孔和退出深孔時，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）轉數和進給率反轉進入導向孔，以零轉（zhuǎn）數和G0的速度快速退出深孔（kǒng）的加工方法。

經過試驗加工（gōng）發現：第（dì）一種加工方（fāng）法加（jiā）工效率低且零件表麵質量差（chà），而第二（èr）種（zhǒng）加工方法，加（jiā）工效率高且質（zhì）量較好（hǎo）。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況（kuàng）下，選擇第二種加工方法（fǎ）進（jìn）行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把（bǎ）槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低（dī）進給（gěi）倍率為90%，繼續加工（gōng），可順利完成第4件（jiàn）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，在調低進給倍率的情況下，1把槍（qiāng）鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折（shé）斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻（má）花鑽（zuàn）不能解決的深孔和高精度孔加工問（wèn）題，可鑽出一個直線度高、表（biǎo）麵粗糙（cāo）度好的孔（kǒng）。

而且在固定所有因素（sù），如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓（yā）力後，深孔（kǒng）鑽這個工（gōng）序便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是一個（gè）高質量的槍鑽（zuàn）便可在生（shēng）產過程中提供一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽機（jī）床，同時在高壓內冷和導向滿足的（de）情況下也適用（yòng）於車銑複合加工中心和數控車床，經濟適用性強，有一（yī）定（dìng）的推廣價值。