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（jī）械加工中的一道難題（tí），尤其是大深徑比（bǐ）的深（shēn）孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具（jù）偏斜（xié），且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出（chū）現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴（pēn）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（líng）件的加工難度（dù），為了加工出合格孔，需（xū）製定合理的加工方案，選（xuǎn）擇合適的（de）加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的（de）加工參（cān）數，最終確定了合（hé）理的加工方法。

一、零件簡介

某（mǒu）噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度（dù）為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬（shǔ）於深孔加工的零件，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加工，刀具（jù）壽（shòu）命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點（diǎn）是：

①切削力（lì）大，消耗機床功率（lǜ）大;

②孔加工是半封閉的切（qiē）削，產生的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（tōng）的鑽削方法（fǎ）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（yǐ）上加工難點，加工此深孔時，必須（xū）選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的加工精度。

二、加（jiā）工工藝設計和分析

零件深（shēn）孔加（jiā）工選用常規的（de）鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不（bú）僅加工精度低（dī）、表麵粗糙度（dù）差,加工效率低、操作者勞動強度（dù）大、質量難以保證，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（cǐ）刀具（jù）最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考（kǎo）慮到（dào）本（běn）公司產品類型多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量較小，不可（kě）能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深（shēn）孔精（jīng）度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足（zú）深孔加工的技術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔加工係統（tǒng）等類（lèi）型。

噴吸鑽適用於經改裝（zhuāng）的車床、臥式加工中心，易加工工（gōng）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（hé）金（jīn）可轉位深孔鑽一般最（zuì）小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工（gōng）係統主（zhǔ）要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設（shè）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（dù）H7～H10級的深（shēn）孔（kǒng）。

經對上（shàng）述幾（jǐ）種深孔加工刀（dāo）具（jù）的對比及本廠的實際情況（kuàng），研究決定采用（yòng）槍（qiāng）鑽進行此深孔的加（jiā）工。

槍鑽由硬質合（hé）金鑽尖、鑽杆和（hé）刀柄三部分組成。

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

其（qí）原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經（jīng）腰（yāo）形孔到達切削區（qū）後迫使切屑（xiè）隨切（qiē）削液（yè）由V型槽與（yǔ）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，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽（zuàn）尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽（zuàn）尖（jiān）處斷離（lí）為兩段（duàn），使之較易排出（chū）。

2.設備

槍鑽（zuàn）是用來鑽削回轉工件中心上的孔，加工時，通常是工件（jiàn）旋（xuán）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，筆者選擇了車銑複合加工中心（xīn），此設備既可實現零件（jiàn）旋轉，又配備高（gāo）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（qiē）削力，需（xū）要靠導套（tào）或引導孔分擔。

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

因此（cǐ），筆者考慮用鑽削引導（dǎo）孔的方式來平（píng）衡槍鑽切削力。通（tōng）過大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度應為（wéi）1～2倍槍鑽直徑，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（xī）

深孔加工工序草（cǎo）圖如圖3所（suǒ）示，由圖可（kě）知，用軟三爪（zhǎo）裝夾，以（yǐ）定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽（zuàn）導向孔時，以不同廠家的（de）鑽（zuàn）頭按（àn）不同切（qiē）削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加（jiā）工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試（shì）驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿（mǎn）足（zú）槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀（dāo）具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合（hé）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（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（qiě）較耐磨損，但費用（yòng）較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用（yòng）同樣遠遠低於（yú）進口刀（dāo）具的費（fèi）用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因（yīn）為此零件（jiàn）的批量小且加工件（jiàn）數少，在滿足加工質量的前（qián）提下，我們選（xuǎn）擇了費用較低的四平合金鑽頭。

(2)深（shēn）孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加工方（fāng）案進行（háng）試驗（yàn）加工（gōng）：

一種是進入導向孔和退（tuì）出（chū）深孔時，均采取（qǔ）小於鑽削時轉數和進給率的（de）方法進行深孔加工;

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

經（jīng）過試驗（yàn）加工發現：第一種加工方（fāng）法加（jiā）工效率低且零件表（biǎo）麵質量差，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（jiā）工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍（bèi）率為90%，繼續（xù）加工，可（kě）順（shùn）利完成第4件和第5件的加工，但加工到第6件（jiàn）時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防止（zhǐ）鑽頭折斷。

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

而且在固定所（suǒ）有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工（gōng）序便成為一個簡易的“標準”工序（xù），不受操作員技術的影響，隻要是（shì）一個高質量（liàng）的槍鑽便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下也（yě）適用於車銑複合加工中（zhōng）心和數控車床，經濟適用性強，有一（yī）定的推廣價（jià）值。