​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指（zhǐ）孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工（gōng）是機械加工中（zhōng）的一道難題，尤其是大（dà）深徑比的（de）深孔加工（gōng），難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引（yǐn）起刀具偏（piān）斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大（dà）、出現錐形或孔（kǒng）偏斜等現（xiàn）象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴（zuǐ）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（jiā）工難度（dù），為了（le）加工出合格孔，需製定合（hé）理的加工方案，選擇（zé）合適的加工（gōng）設備和（hé）刀（dāo）具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加工參數（shù），最終確定（dìng）了合理的加工方法。

一（yī）、零件簡介

某噴嘴類零件，總（zǒng）長為105mm，杆部內孔為（wéi）φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深（shēn）孔加工的零件，其（qí）材料為難加（jiā）工（gōng）的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上（shàng），且加工效率低，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（jiā）工是半（bàn）封閉的切削，產生的高切削熱和切屑難以（yǐ）及時排出，遠離刀尖（jiān），刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合（hé）金孔的精度要求。

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

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

二、加工工藝（yì）設計和分（fèn）析

零（líng）件深孔加工選（xuǎn）用常（cháng）規的鑽削方式，需加長（zhǎng）麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動（dòng）強度大、質量難以保證，而（ér）且很容易引起堵（dǔ）屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因（yīn）此刀具最好選擇深孔加工專（zhuān）用（yòng）刀具。

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

1.刀具的選擇

深孔加（jiā）工的刀具有多種，如槍鑽（zuàn）、噴吸鑽、套（tào）料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔（kǒng）加（jiā）工係統（tǒng）等類型。

噴吸（xī）鑽適用於經改裝的車床（chuáng）、臥式加工中心（xīn），易加（jiā）工工件材料;套料（liào）鑽、內排（pái）屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽（zuàn）加工Ф6mm的小孔;硬質（zhì）合金可轉位深孔（kǒng）鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞（yà）幹式深孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排（pái）屑和冷卻，使用霧化切削液進（jìn）行潤滑，需專用的加工設備。

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

經對上（shàng）述幾種深孔加工刀（dāo）具的對比及本廠的實際情況，研究（jiū）決（jué）定采用槍鑽進行此深孔的加（jiā）工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄（bǐng）三部分組（zǔ）成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加（jiā）強（qiáng）鑽（zuàn）頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，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（nài）磨（mó）性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注（zhù）入，經腰（yāo）形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁（bì）間（jiān）空（kōng）間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製（zhì）造。它無橫（héng）刃，鑽尖偏離軸線，鑽（zuàn）孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使（shǐ）切屑在鑽尖處（chù）斷離為兩（liǎng）段，使之較易排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工件中心上（shàng）的孔，加（jiā）工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較（jiào）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（yīng）用場合及公司現有設備（bèi）情況，在（zài）此零件加工時，筆者（zhě）選擇了車銑複合加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高（gāo）壓內冷係統，滿足槍（qiāng）鑽（zuàn）的應用場（chǎng）合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔（kǒng）加（jiā）工

槍鑽（zuàn）屬於非（fēi）平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著（zhe）切削力（lì）不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機（jī）床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工中（zhōng）心不是（shì）槍鑽專用機床（chuáng），沒（méi）有配備（bèi）導套，且沒有夾具，無法設計導套（tào）。

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

槍鑽引導孔的深度應為1～2倍（bèi）槍鑽直徑，直（zhí）徑應比槍鑽鑽頭直徑（jìng）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，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進（jìn）行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠（chǎng）家的鑽頭（tóu）按不同切（qiē）削參數進行試驗加工;鑽（zuàn）深（shēn）孔時，我們選擇了（le）伊斯卡的槍鑽，以不同（tóng）的加工方法和（hé）不同的切削參數進行了多（duō）個孔（kǒng）的鑽削試驗。

(1)引導孔加（jiā）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（jù）成本問題，分（fèn）別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國（guó）產的四平合金鑽頭進行了（le）試切加工。

經過多（duō）個孔的試驗加工，發現進（jìn）口刀具切削參數比國產刀具要（yào）高許多，轉速（sù）可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具（jù）的切削參數偏低，轉速（sù）為600r/min，進（jìn）給率僅為20mm/min，加工（gōng）效率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀（dāo）具的費（fèi）用。

經試驗，兩種刀具的加（jiā）工質（zhì）量相似。因為（wéi）此零件的批量小（xiǎo）且加工件（jiàn）數少，在滿足（zú）加（jiā）工質量的前提（tí）下，我們選（xuǎn）擇了費用較低（dī）的四平合金鑽（zuàn）頭。

(2)深孔加工。

深孔（kǒng）加工（gōng）我們采用了兩種加工方案（àn）進行試驗加工：

一（yī）種是進入（rù）導（dǎo）向孔和退出深孔時，均采取（qǔ）小於鑽削時轉數和進給率的方法進（jìn）行深孔加工;

另一種是以較低轉數和進給率（lǜ）反轉進入導向孔（kǒng），以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加（jiā）工（gōng）方法。

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

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

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，於是調低進給倍（bèi）率為90%，繼（jì）續（xù）加工，可順利完成第（dì）4件和（hé）第5件的加工，但加工（gōng）到第6件時，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（qiāng）鑽最多加（jiā）工5件零件，可（kě）防止鑽頭折斷。

在某些加工範（fàn）圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問題，可鑽（zuàn）出一（yī）個直（zhí）線度高、表麵粗（cū）糙度好的（de）孔。

而且在（zài）固定所有因（yīn）素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成（chéng）為一個簡易的“標準”工序，不受操作員（yuán）技術的影響，隻要是（shì）一個高質量的（de）槍鑽便可在生產（chǎn）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（kuàng）下也適（shì）用於車銑複（fù）合（hé）加工中心（xīn）和數控車床（chuáng），經濟適（shì）用性強，有一定的推廣價值。