​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔（kǒng）徑比L/d≥5的孔，深孔加工是（shì）機械加工（gōng）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，剛性（xìng）差、強度低，易引起刀具（jù）偏斜，且散熱困難（nán），排屑不易（yì），經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到（dào）質量要（yào）求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔（kǒng）徑為Ф6mm，孔深為（wéi）105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了（le）此零件的加工難度，為了加工出（chū）合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適（shì）的加（jiā）工設備和刀具。筆者經過（guò）試件的試切加（jiā）工（gōng），選擇合適的加工（gōng）參數，最終確定了（le）合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵粗糙度為（wéi）Ra3.2μm，深徑（jìng）比為17：1，屬於深（shēn）孔（kǒng）加工的（de）零件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加（jiā）工相對（duì）於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低（dī）50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔（kǒng）加（jiā）工是半封閉的切削，產生的高切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用（yòng）普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度（dù）要求。

④高溫合金孔加工（gōng）中，刀具磨損比（bǐ）加（jiā）工普通鋼材快得多，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（jiā）工此深孔時，必須選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的加工（gōng）精度。

二、加工工藝（yì）設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽（zuàn）削方式，需加（jiā）長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度（dù）低、表麵粗糙度差,加工（gōng）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（duàn）鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好選（xuǎn）擇（zé）深孔加工專用刀具。

設（shè）備的選用考慮到本（běn）公司產品類型（xíng）多，深（shēn）孔加工產品結構差異大，且生（shēng）產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為（wéi）了更好地保證深孔精度（dù）要求（qiú），結合工廠實際（jì），選擇合適的加工設備來滿足深（shēn）孔加（jiā）工的技（jì）術要求。

1.刀具的選擇

深孔（kǒng）加工的（de）刀具（jù）有多種，如槍鑽、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔（kǒng）鑽和亞幹式深孔（kǒng）加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的（de）車床、臥式加工中心，易（yì）加工工件材料;套料鑽、內排（pái）屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽加工（gōng）Ф6mm的小孔（kǒng）;硬質合金可轉位深孔鑽一般最小鑽（zuàn）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（lěng）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（yòng）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。

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

槍鑽由硬質（zhì）合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔（kǒng），以加強（qiáng）鑽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（yìng）質合金作為基體，表麵可塗（tú）TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度（dù）和耐磨性;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，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽（zuàn）前角一般為0°，以便製造。它無（wú）橫刃（rèn），鑽尖偏離軸線（xiàn），鑽孔時（shí）鑽尖前方形成小圓錐，可使（shǐ）切（qiē）屑在鑽尖（jiān）處斷離為兩段，使之較易排出（chū）。

2.設（shè）備（bèi）

槍鑽是用來（lái）鑽（zuàn）削回轉工件中心上的孔，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壓冷（lěng）卻係統的車床（chuáng）與立式（shì）機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍（qiāng）鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆（bǐ）者選擇了車銑複合加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的（de）應用場合。可以（yǐ）進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力（lì），需要靠導套（tào）或引導孔分擔。

典（diǎn）型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加（jiā）工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮（lǜ）用鑽（zuàn）削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得（dé）出（chū）：

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（tóu）直徑大0.004～0.012mm較（jiào）合適。

4.工藝試驗（yàn）與分析

深（shēn）孔加工工（gōng）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（zuàn）導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠（chǎng）家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加（jiā）工;鑽深孔時，我們選擇（zé）了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方（fāng）法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽（zuàn）削試驗。

(1)引導孔加工（gōng）。

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

經過（guò）多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多（duō），轉（zhuǎn）速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐（nài）磨損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進（jìn）給率僅（jǐn）為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀（dāo）具的費用。

經試驗（yàn），兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少（shǎo），在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深（shēn）孔加工（gōng）我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種（zhǒng）是進入導向孔和退出深孔時，均采（cǎi）取小於鑽（zuàn）削時轉數和進給率的方法進行深孔加工（gōng）;

另一種是以較低轉數（shù）和進給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度（dù）快速退出深（shēn）孔的加工方法（fǎ）。

經過試驗加工發現（xiàn）：第（dì）一種加工方（fāng）法加（jiā）工效率低且零件表麵（miàn）質量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選（xuǎn）擇第二種加工方（fāng）法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發（fā）現，1把槍（qiāng）鑽（zuàn）加工到第（dì）4件零件時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給倍率為90%，繼續加（jiā）工，可順利完成第（dì）4件和第5件的加工，但加工（gōng）到第6件時（shí），加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進（jìn）給倍率的情況下（xià），1把槍鑽最多加工5件（jiàn）零件，可防止鑽（zuàn）頭折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解（jiě）決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工（gōng）問題，可鑽出一（yī）個直（zhí）線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸（zhóu）轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽（zuàn）這個工序（xù）便成為（wéi）一個簡易的“標準”工序（xù），不受操作員技術的影響，隻要（yào）是一個高質量的槍（qiāng）鑽（zuàn）便可（kě）在生產過程中提供一致的表現。

它不僅適（shì）用於專用槍鑽機（jī）床，同時在高（gāo）壓內（nèi）冷和導向滿足的情況（kuàng）下也適用於車銑（xǐ）複合加工（gōng）中心和數（shù）控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價（jià）值。