​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，深孔加（jiā）工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛（gāng）性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產（chǎn）生直徑變大、出現錐（zhuī）形或孔偏斜等（děng）現象，從（cóng）而達不到質量要（yào）求。

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（gèng）增加了此零件（jiàn）的加工難度，為了加工出合格孔（kǒng），需製定（dìng）合理的加工（gōng）方案（àn），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（xuǎn）擇合適的加工參數，最終確定了合（hé）理的加工方（fāng）法。

一、零件簡介

某噴（pēn）嘴（zuǐ）類零件，總（zǒng）長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比（bǐ）為（wéi）17：1，屬於深（shēn）孔加工的零件，其材料為難加工的GH4169。

這類（lèi）高溫合金孔（kǒng）加工相對於一般（bān）鋼材（cái）切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點（diǎn）是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半（bàn）封閉的切削，產生的高切（qiē）削熱和切（qiē）屑難以及時排出，遠離（lí）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（hé）金孔的精度要求（qiú）。

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（jù）材料。

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

二、加工工藝設計和分析

零件（jiàn）深孔（kǒng）加工選用常規的鑽削方式，需加（jiā）長（zhǎng）麻（má）花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低（dī）、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞（láo）動強度大、質量難以保證，而（ér）且很容易引（yǐn）起堵屑或折（shé）斷鑽頭，造成更（gèng）大的加工困難，因此刀具最好選擇深（shēn）孔加工專用刀具。

設備的選用考慮（lǜ）到本公司產品類型多，深孔（kǒng）加工產品結構差（chà）異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加工專用（yòng）機床，為了更（gèng）好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工（gōng）的技（jì）術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具（jù）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等類型（xíng）。

噴吸鑽適用於經（jīng）改裝的車床、臥式加（jiā）工中心，易加工工件材料（liào）;套料鑽、內（nèi）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最小鑽削直徑（jìng）為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主（zhǔ）要是（shì）利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，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（jiā）工Ф2～Ф20mm、長徑（jìng）比L/D>100、表麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精（jīng）度H7～H10級的深孔（kǒng）。

經對上述幾種深孔加工刀具的對比及本廠的實際情（qíng）況，研究決定采用槍鑽進行此深孔的加工（gōng）。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽（zuàn）杆和刀柄三部分組（zǔ）成。

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

其原理是高壓（yā）油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切（qiē）削區後迫使切屑隨切削液由V型槽（cáo）與工（gōng）件孔壁（bì）間空間排出，故稱外排（pái）屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以（yǐ）便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，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（shì）用（yòng）來鑽削回轉工件中心上的孔，加工時，通（tōng）常是工件旋轉，鑽頭（tóu）作直（zhí）線進給，較適用於加工（gōng）中心及配備高壓冷（lěng）卻係統的車床與（yǔ）立式機床、刀具或（huò）工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場合及公司（sī）現有設備情況，在此零（líng）件加工時，筆者選擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此設備既可實現（xiàn）零（líng）件旋轉，又（yòu）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。

3.槍（qiāng）鑽引（yǐn）導孔加工

槍鑽屬於非（fēi）平衡鑽頭，不平衡的槽（cáo）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，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍（qiāng）鑽機床上配有槍（qiāng）鑽引導套，而（ér）本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專（zhuān）用機床，沒有（yǒu）配備導套，且沒有夾（jiá）具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽（zuàn）切（qiē）削力。通過大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度應為1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑（jìng）大0.004～0.012mm較合適（shì）。

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→鑽深孔的順序進行零件的深（shēn）孔（kǒng）加工。

鑽導向孔時，以不同廠（chǎng）家的鑽頭按不同切削參（cān）數進行試驗（yàn）加工;鑽深孔時，我們選擇了（le）伊斯卡的槍鑽，以不同的加（jiā）工方法和不同的切削（xuē）參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下（xià），筆者也兼顧了（le）刀具（jù）成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平合（hé）金鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參（cān）數比國產刀具要高許（xǔ）多，轉速（sù）可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較（jiào）耐磨損（sǔn），但費用較高;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（yuǎn）低於（yú）進口刀具，費用同樣遠遠低於進（jìn）口（kǒu）刀具的費用。

經試驗，兩種刀具（jù）的加工質（zhì）量（liàng）相（xiàng）似。因為此零件的批量小且加工（gōng）件數少，在滿足加工（gōng）質量的前提下，我們選擇了費用（yòng）較低的四平合（hé）金鑽頭。

(2)深孔加工。

深（shēn）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，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（lǜ）反轉進（jìn）入導向（xiàng）孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工方法。

經過試驗（yàn）加工發現：第一種加工方法加工效率（lǜ）低且零（líng）件表麵質量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較（jiào）好。

因（yīn）此，在保證足夠冷（lěng）卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法（fǎ）進行了（le）刀（dāo）具壽命試驗。

試驗過程（chéng）中（zhōng）發現，1把（bǎ）槍鑽加工到（dào）第4件零件時，加工聲音異常，於是調（diào）低進給倍率（lǜ）為90%，繼續加工，可順利完成第4件和第5件的加工，但加（jiā）工到第6件（jiàn）時（shí），加工到孔深（shēn）78mm時，鑽（zuàn）頭折斷。

經過試驗，在調低進給倍率的（de）情況（kuàng）下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭（tóu）折斷（duàn）。

在（zài）某些（xiē）加工範（fàn）圍內（nèi），槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問題（tí），可鑽出一個直線度高、表麵粗（cū）糙度好的孔（kǒng）。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給（gěi）速（sù）度和冷（lěng）卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成（chéng）為一個簡易（yì）的“標準”工序，不受（shòu）操作（zuò）員技術的影響，隻（zhī）要是一個（gè）高質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（gāo）壓內冷和導向滿足的情況下也適用（yòng）於車銑（xǐ）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。