​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深（shēn）孔是（shì）指孔深與孔徑比（bǐ）L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一（yī）道難（nán）題，尤其是大深徑比的（de）深孔（kǒng）加（jiā）工，難點在於刀具細（xì）長，剛性差、強（qiáng）度低，易引起（qǐ）刀具偏（piān）斜，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（jiàn），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（de）加工難度，為了加工出合格孔，需製定合理（lǐ）的加工（gōng）方（fāng）案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件的（de）試切加工，選擇合適的加（jiā）工參數，最終確定了（le）合理的加工方法。

一、零件簡介（jiè）

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內（nèi）孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬（shǔ）於（yú）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）對於一般鋼材切削加工（gōng），刀具壽命（mìng）要低50%以上，且（qiě）加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切（qiē）削力大，消耗機床功率大;

②孔（kǒng）加工是半封閉的（de）切削，產生的高（gāo）切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀（dāo）尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求（qiú）。

④高溫合金孔（kǒng）加工（gōng）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（jù）材料。

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

二、加（jiā）工（gōng）工藝設計和分析

零件（jiàn）深孔加（jiā）工選用常規的鑽削方式，需加長麻（má）花鑽，而且要斷（duàn）屑加工，不僅加（jiā）工精度低、表麵粗（cū）糙度差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造（zào）成更大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工專用（yòng）刀具。

設備的選用考慮到本（běn）公司產品類型多，深孔加（jiā）工（gōng）產品結構差異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加工專用機（jī）床，為了更好（hǎo）地保證（zhèng）深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合（hé）適的（de）加工設備來滿足（zú）深孔加工的技術要（yào）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（liào）鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排（pái）屑（xiè）深孔鑽和亞幹式深孔加工係統等類型。

噴吸（xī）鑽（zuàn）適用於經改裝（zhuāng）的車床、臥式加工中心，易加（jiā）工（gōng）工件（jiàn）材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合（hé）鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔鑽一般（bān）最小鑽削（xuē）直徑（jìng）為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是（shì）利用壓縮空（kōng）氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤（rùn）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（biǎo）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工刀具（jù）的對比（bǐ）及本廠（chǎng）的實際情況，研究（jiū）決定采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍（qiāng）鑽由硬質合金（jīn）鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄三部分組成。

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

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫（pò）使切屑隨切削液由V型槽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，鑽尖偏離軸（zhóu）線，鑽孔時（shí）鑽尖前（qián）方形成小圓錐，可使切屑在（zài）鑽尖處斷離為兩段，使之較易（yì）排出。

2.設備

槍鑽是用來（lái）鑽削回轉工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉（zhuǎn），鑽頭作直線（xiàn）進給，較適用於加（jiā）工中心及配備高（gāo）壓冷（lěng）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（xiàn）有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合（hé）加工中心，此設備既可實現零件（jiàn）旋（xuán）轉，又配備高壓（yā）內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽（zuàn）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（tóu）周邊的徑向切削力，需要靠（kào）導套或（huò）引導孔分擔。

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

因此，筆者考慮（lǜ）用鑽削（xuē）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（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（jiào）合適。

4.工藝試驗與分析（xī）

深孔加工工序草（cǎo）圖如圖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（kǒng）→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽（zuàn）頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時（shí），我（wǒ）們（men）選擇了伊斯（sī）卡的槍鑽，以不同的（de）加工方法和不同的切（qiē）削參數（shù）進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導（dǎo）孔（kǒng）加工。

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

經過多個孔的試驗（yàn）加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可（kě）以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏（piān）低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效（xiào）率遠低（dī）於進口刀具，費用同樣遠遠低（dī）於進口刀具的費用。

經試驗，兩種刀（dāo）具的加（jiā）工質量（liàng）相似。因為此零件的（de）批量小且加工件數少，在滿足加工質量（liàng）的前提下，我們選擇（zé）了費用較低的四（sì）平（píng）合金（jīn）鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工（gōng）我們采用了兩種（zhǒng）加工方案進行試驗加工（gōng）：

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

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

經過試驗加工發現：第（dì）一種加工方法加工效率低且（qiě）零件表麵質量差，而第二種（zhǒng）加工方法，加（jiā）工（gōng）效率高且質量較好（hǎo）。

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（háng）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（líng）件時，加工聲音異常，於是調低進給倍（bèi）率為90%，繼續加（jiā）工，可順利（lì）完成（chéng）第4件和（hé）第5件的加工，但加工到第6件時，加工（gōng）到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調（diào）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。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻（má）花鑽不能解決的深孔和高精（jīng）度孔加（jiā）工問題（tí），可鑽出一個直（zhí）線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定（dìng）所有因（yīn）素，如主軸轉速、進給速度（dù）和冷卻液壓力後，深（shēn）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（shì）一個高質（zhì）量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（zú）的情況下也適用於車銑複合（hé）加工中心和數控車床，經濟適用性強，有（yǒu）一定的推（tuī）廣價（jià）值。