​CNC數控機床深孔加工要訣（jué）

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深（shēn）與孔（kǒng）徑比L/d≥5的孔，深（shēn）孔加工是機（jī）械加工中的（de）一道難題，尤其是大深徑比的深孔加（jiā）工，難點在於（yú）刀具細長，剛性差、強度低，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、出現錐形或孔偏斜等現象，從而（ér）達（dá）不（bú）到質量要求（qiú）。

航空發動機（jī）某噴嘴類零件，孔（kǒng）徑為Ф6mm，孔（kǒng）深（shēn）為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工（gōng）出合格孔，需（xū）製定合（hé）理的加工方案，選擇合適的加（jiā）工設（shè）備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇（zé）合適的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

 

一（yī）、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁（bì）厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為（wéi）17：1，屬於深孔加工的零件（jiàn），其材料為難（nán）加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工（gōng）相對於一般（bān）鋼材（cái）切（qiē）削加工（gōng），刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成本高。高溫合（hé）金孔（kǒng）加工主要（yào）難（nán）點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是（shì）半封閉的切削，產（chǎn）生的高切削熱和（hé）切屑難以及時（shí）排出（chū），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（jīn）孔的精度要求。

④高（gāo）溫合金孔加工中，刀具磨損（sǔn）比（bǐ）加工（gōng）普通鋼（gāng）材快得多，且需（xū）要切削性（xìng）能更好的刀（dāo）具材料。

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

 

二、加（jiā）工工藝（yì）設計和分析

零件深孔（kǒng）加工（gōng）選用常規的鑽（zuàn）削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表（biǎo）麵粗（cū）糙度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度大（dà）、質量難以保證，而且（qiě）很容易（yì）引起堵屑或折斷鑽頭，造成更（gèng）大的加工困難，因此刀（dāo）具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產（chǎn）品類（lèi）型多（duō），深孔加工產品結構差異大，且生（shēng）產批（pī）量較（jiào）小，不（bú）可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要（yào）求，結合工廠實際，選擇合適（shì）的加工設備來滿足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（zuàn）、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。

噴吸鑽適用於經改（gǎi）裝的（de）車床（chuáng）、臥式加工中心，易加工工件（jiàn）材料;套料鑽、內排屑深（shēn）孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可（kě）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（pái）屑和冷（lěng）卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

而槍鑽適用於（yú）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。

 

經對上述幾種深孔加工刀具的對比（bǐ）及本廠的實際情況，研（yán）究（jiū）決定采用槍鑽進行此深（shēn）孔的加工。

槍鑽由硬質合（hé）金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽（zuàn）鑽尖上（shàng）開有油孔，以加強鑽（zuàn）頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並（bìng）選擇韌性和抗振性均較佳的硬質合金作為基（jī）體，表麵可塗TiC或（huò）TiN，以提高鑽頭的（de）硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原（yuán）理是高壓油由鑽杆後部中（zhōng）孔注入，經腰（yāo）形孔到達切削區後迫使切屑（xiè）隨切削液由V型槽與工件孔壁間（jiān）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（héng）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（lí）為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用（yòng）來鑽削回轉工件（jiàn）中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配備高（gāo）壓冷卻係統的車床（chuáng）與立（lì）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（zài）此零件加工時，筆（bǐ）者選擇了車銑複合加工（gōng）中（zhōng）心，此設備既可實現（xiàn）零（líng）件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔（kǒng）加工。

 

3.槍鑽引導（dǎo）孔加工

槍（qiāng）鑽屬於非平衡鑽（zuàn）頭，不平衡（héng）的槽形意味（wèi）著切削力不平衡。

為（wéi）了減（jiǎn）少（shǎo）鑽頭周邊的徑向切削力，需（xū）要靠導套或引導孔（kǒng）分擔。

典型（xíng）的槍鑽機（jī）床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑（xǐ）加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且沒有夾（jiá）具，無（wú）法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削引（yǐn）導孔的方式（shì）來平衡槍鑽切削力。通過大（dà）量實驗數（shù）據得出：

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

 

4.工藝試驗（yàn）與分析

深（shēn）孔加工（gōng）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（duān）麵→鑽（zuàn）導向孔→鑽（zuàn）深（shēn）孔的順（shùn）序進行零件的（de）深孔加工。

鑽導向孔（kǒng）時（shí），以不（bú）同廠家的鑽頭（tóu）按不（bú）同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我（wǒ）們選擇了伊斯卡（kǎ）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（zuàn）引導孔時，在滿足（zú）槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼（jiān）顧了刀具成本（běn）問題，分別選擇進口的伊斯卡（kǎ）中空內冷合金鑽頭和國產的四平（píng）合金鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔（kǒng）的試驗加工，發現進口刀具（jù）切削參數比國產刀具要高（gāo）許多，轉速可以達到2500r/min，進給率（lǜ）為50mm/min，而且較（jiào）耐磨損，但費用較高;國產刀具的（de）切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為（wéi）20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，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（sì）。因為此零件的批量小且加工件（jiàn）數少，在滿足（zú）加工質量的前（qián）提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔（kǒng）加工我們采（cǎi）用了兩種加工（gōng）方（fāng）案進（jìn）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（jiā）工;

另一種（zhǒng）是以較低轉數和進給（gěi）率反轉（zhuǎn）進入導向（xiàng）孔，以零轉（zhuǎn）數（shù）和G0的速度（dù）快速退出（chū）深孔的（de）加工方（fāng）法。

 

經過試驗加工發現：第一種（zhǒng）加工方法加工效率低且零件表麵質量（liàng）差，而第二種加工（gōng）方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保（bǎo）證足夠冷卻壓力（lì）的情況下，選（xuǎn）擇第二種加（jiā）工方（fāng）法（fǎ）進行了刀具壽命（mìng）試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工（gōng）到第（dì）4件零（líng）件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工（gōng），可順利完（wán）成第（dì）4件和第5件的加工，但（dàn）加工到第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（bǎ）槍鑽最多加工5件零件（jiàn），可防止鑽頭（tóu）折斷。


在某些加工範圍內，槍鑽能（néng）解決麻花鑽不能解決的深（shēn）孔和高精度孔加工問題，可（kě）鑽出一個直線度高、表麵（miàn）粗糙度（dù）好的孔（kǒng）。

而且在固定所有因素（sù），如主軸轉速、進給速度和（hé）冷卻液壓力後，深孔鑽（zuàn）這個工序便成為一個簡易（yì）的“標準（zhǔn）”工序，不受操作員技術的影響，隻要是（shì）一個高質量的槍鑽便可在生（shēng）產（chǎn）過程中提供一致（zhì）的表現。

它不僅適（shì）用於專用槍鑽機（jī）床，同時在高（gāo）壓（yā）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（jīng）濟適（shì）用性強，有一定的推廣價值。