CNC數控機床深孔加工（gōng）要訣

什麽叫深孔（kǒng）?

深孔是指孔深與孔（kǒng）徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑（jìng）比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散（sàn）熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等（děng）現象，從而達不到質量要求（qiú）。

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。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工出合格孔（kǒng），需製定合理（lǐ）的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件（jiàn）的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了合（hé）理的加工方法（fǎ）。

一、零件（jiàn）簡介（jiè）

某噴嘴類零件，總長（zhǎng）為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工（gōng）的零件（jiàn），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加（jiā）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（jiā）工主要難點是：

①切削力大，消耗機床（chuáng）功率大;

②孔加工（gōng）是半封閉的切削，產生的高切削熱和切屑難以及時排出，遠離（lí）刀尖（jiān），刀具磨損更為劇（jù）烈;

③用普通的鑽削方（fāng）法難以保證高溫合金孔的精度（dù）要求。

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

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

二（èr）、加工工藝設計和分析

零件（jiàn）深孔（kǒng）加工選（xuǎn）用常（cháng）規的鑽削方式，需（xū）加（jiā）長（zhǎng）麻花鑽（zuàn），而且要斷屑加工，不僅（jǐn）加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度大、質量難以保證（zhèng），而且很容易引（yǐn）起堵（dǔ）屑或（huò）折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設（shè）備的選（xuǎn）用考慮到本公（gōng）司產品類型多，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（kǒng）加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求（qiú），結合工廠實際，選擇合（hé）適的加工設（shè）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（rú）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）亞幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改（gǎi）裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料;套料（liào）鑽、內排（pái）屑深孔（kǒng）鑽（zuàn）的（de）鑽孔直徑不適合（hé）鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉（zhuǎn）位深孔鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是利（lì）用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使（shǐ）用霧（wù）化（huà）切削液（yè）進行潤滑，需專用的加工設備（bèi）。

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

經對（duì）上述幾種深孔加工刀具的對比及（jí）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（yìng）質合金鑽尖（jiān）、鑽杆和刀柄三部分組成。

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

其原理是（shì）高壓油由鑽杆後部中（zhōng）孔注入，經（jīng）腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削（xuē）液由V型槽與（yǔ）工件孔壁間空間（jiān）排（pái）出，故稱外排屑（xiè）。

此類深孔（kǒng）鑽前角一般為0°，以便製造（zào）。它（tā）無橫刃，鑽尖偏離軸（zhóu）線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出。

2.設備

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

綜（zōng）合考慮槍鑽（zuàn）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（zé）了車銑複合加工中心（xīn），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（yòng）場合。可以進行鑽孔加工（gōng）。

3.槍鑽（zuàn）引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的（de）槽形意味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的（de）徑向切削力，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，沒有配備導套，且沒有夾具，無法設（shè）計導套（tào）。

因此（cǐ），筆者（zhě）考慮用鑽削（xuē）引導孔的方（fāng）式（shì）來平衡槍鑽切（qiē）削力。通過大量實驗數（shù）據得出：

槍鑽引導孔的深度應（yīng）為1～2倍槍鑽直（zhí）徑，直徑應比槍鑽（zuàn）鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分析

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

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;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不（bú）同的加工方法和不（bú）同的切削參數進行了多（duō）個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引（yǐn）導作用的前提下（xià），筆（bǐ）者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡（kǎ）中空內冷合金鑽頭（tóu）和國產的四（sì）平（píng）合金鑽頭進行（háng）了試切加工。

經過多個孔的（de）試驗加工，發現進口（kǒu）刀具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（ér）且較耐磨（mó）損，但（dàn）費用較高;國產刀具的切削參數偏低（dī），轉速（sù）為600r/min，進（jìn）給率僅為20mm/min，加工效率遠低（dī）於進口刀具，費用同樣遠遠低於（yú）進口刀具的（de）費用。

經試驗，兩（liǎng）種刀具的加工質量相（xiàng）似。因（yīn）為此零件的（de）批（pī）量小且加工件數（shù）少，在滿（mǎn）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工方（fāng）案進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退（tuì）出深孔（kǒng）時，均采取小於（yú）鑽削時轉數和（hé）進給率的方法（fǎ）進行（háng）深孔加工;

另一種是以較低轉數（shù）和進給率反轉進（jìn）入導向孔，以零轉（zhuǎn）數和G0的速度快速退出深孔的加工方法。

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

因此，在保證足（zú）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。

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

經（jīng）過試驗，在調低進給倍（bèi）率的情況下，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，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加（jiā）工問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗（cū）糙（cāo）度好的孔。

而且在固定所有因素，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（chéng）為一個簡易的“標準”工（gōng）序，不受（shòu）操作員技術的影響，隻要是一個高質量的（de）槍鑽便可在生（shēng）產過程中提供（gòng）一致的表現。

它不僅適用於專用槍（qiāng）鑽（zuàn）機（jī）床，同時（shí）在（zài）高壓內冷和導向滿足的情況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。