​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫（jiào）深孔?

深孔是指孔深與孔徑比（bǐ）L/d≥5的（de）孔，深孔加工是機械加（jiā）工中的一道（dào）難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低（dī），易引起刀具偏（piān）斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形（xíng）或孔（kǒng）偏斜等現象，從而達不（bú）到（dào）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（shēn）徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度（dù），為了加工出（chū）合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備（bèi）和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合（hé）適的加（jiā）工（gōng）參數（shù），最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴（zuǐ）類零件，總長為（wéi）105mm，杆部內孔（kǒng）為φ6+0.12mm，壁（bì）厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深（shēn）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（wēn）合（hé）金孔加工相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率（lǜ）低，成本高。高溫合金孔（kǒng）加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工（gōng）是半（bàn）封閉的（de）切削，產生的高切削（xuē）熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

④高（gāo）溫合金（jīn）孔加工中，刀具磨（mó）損（sǔn）比加工普（pǔ）通鋼材快得多（duō），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（bì）須選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的加（jiā）工精度。

二、加工工藝設計和（hé）分析

零件深孔加工（gōng）選用常規的鑽削（xuē）方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差（chà）,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以（yǐ）保證，而且很容（róng）易引起堵（dǔ）屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好（hǎo）選（xuǎn）擇（zé）深孔（kǒng）加工專用刀具。

設備的選（xuǎn）用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品結構（gòu）差異大，且生產批量較小，不可能購（gòu）置深孔加工專用機床，為了更好地保（bǎo）證深孔精（jīng）度要求（qiú），結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深（shēn）孔加工的技術要求。

1.刀具的（de）選擇

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

噴吸鑽適用於經（jīng）改裝的車床、臥式（shì）加工中心（xīn），易加工工（gōng）件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑（jìng）不適合鑽加工Ф6mm的（de）小（xiǎo）孔;硬質合金可轉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用壓縮空氣進行排屑和冷卻（què），使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設備（bèi）。

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（jǐ）種深孔加工刀具的對比（bǐ）及本廠的實際（jì）情況（kuàng），研究決定采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽（zuàn）由（yóu）硬質合金（jīn）鑽尖、鑽杆和刀柄三部分（fèn）組成。

槍鑽（zuàn）鑽尖上開（kāi）有油孔，以加強鑽頭冷卻潤（rùn）滑和使切屑順利排（pái）出，並選擇韌性和抗振性（xìng）均較佳的硬質（zhì）合金作為基體，表（biǎo）麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨（mó）性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆（gǎn）後部中孔注入，經腰形孔到達切（qiē）削區後迫使切（qiē）屑隨切削液由V型槽（cáo）與工件（jiàn）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（lí）軸線，鑽孔時鑽尖前方（fāng）形成小圓錐，可使切屑在（zài）鑽尖處斷離為兩段，使之（zhī）較易（yì）排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工（gōng）件中心上的孔，加工（gōng）時，通常（cháng）是工件旋轉，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（de）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（bèi）情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工中心，此設備既可（kě）實現（xiàn）零件旋轉（zhuǎn），又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場（chǎng）合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽（zuàn）頭，不平衡的（de）槽形意味著切削力不平衡。

為了減少（shǎo）鑽（zuàn）頭周邊（biān）的徑向切（qiē）削（xuē）力，需要靠導套（tào）或引導（dǎo）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工中心（xīn）不是槍鑽專用（yòng）機床，沒有配備導（dǎo）套，且沒有夾具，無法設計導（dǎo）套。

因此，筆者考慮用鑽削引導（dǎo）孔的（de）方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得（dé）出：

槍鑽引（yǐn）導孔的深度應為1～2倍槍（qiāng）鑽直（zhí）徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分析

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

鑽（zuàn）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（zuàn）深孔時，我們選擇了伊（yī）斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工（gōng）。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的（de）前提下，筆（bǐ）者也兼顧了刀具成（chéng）本問題（tí），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（jīn）鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試（shì）驗加工，發現進口刀具切削參數（shù）比國產（chǎn）刀具要高許多，轉速可（kě）以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較（jiào）耐磨損，但費用（yòng）較高;國產刀具的切削參數（shù）偏低（dī），轉（zhuǎn）速（sù）為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於（yú）進口（kǒu）刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小（xiǎo）且加工件數少（shǎo），在滿足加工質量的前（qián）提下，我們選擇了費用較低的四（sì）平合金鑽頭。

(2)深孔（kǒng）加工。

深孔加工我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退出深孔時（shí），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的加工（gōng）方法（fǎ）。

經過（guò）試驗加工發（fā）現：第一種加工方法加工效率低且（qiě）零件表麵質量差，而第（dì）二種加工方法，加工效率高且質量（liàng）較好。

因此，在保證足夠冷卻壓（yā）力的情況下，選擇第二（èr）種加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程（chéng）中（zhōng）發現，1把槍鑽加（jiā）工到第4件零件（jiàn）時，加工聲音異常，於是（shì）調低進給倍率（lǜ）為90%，繼續加工，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（kǒng）深78mm時，鑽頭折斷。

經過試（shì）驗（yàn），在調（diào）低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。

在（zài）某些加工範圍內，槍鑽能（néng）解決麻花鑽不能解決的深孔（kǒng）和高精度孔（kǒng）加工問題，可鑽出一個（gè）直線度高（gāo）、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有（yǒu）因素，如主軸（zhóu）轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這（zhè）個工序（xù）便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要（yào）是一個高質（zhì）量（liàng）的槍鑽便（biàn）可在生產過（guò）程（chéng）中提供一（yī）致的表（biǎo）現。

它不僅適用於專用槍鑽（zuàn）機床，同時在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（jì）適用（yòng）性強，有一定的推廣價值。