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，深孔加工是機（jī）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，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出（chū）現錐形或孔偏斜等現象，從而達（dá）不（bú）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，深徑比達（dá）17：1。超（chāo）大的深徑比（bǐ）更增加了此零件的加工難度，為（wéi）了加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過（guò）試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了合理的加工方法（fǎ）。

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔（kǒng）加工（gōng）的零件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫（wēn）合金孔加工相對於（yú）一般（bān）鋼材切削（xuē）加工，刀具（jù）壽命要低50%以上，且加工效率低，成本（běn）高。高溫合金孔（kǒng）加工主要難點（diǎn）是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工（gōng）是半封閉的切削，產生的高切削熱和切屑（xiè）難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損（sǔn）更為劇（jù）烈;

③用（yòng）普通的（de）鑽削方法（fǎ）難以保證高溫合金孔的精度要求（qiú）。

④高溫（wēn）合金孔加（jiā）工中，刀具磨損比加工普通鋼材快得多，且需（xū）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（shēn）孔（kǒng）時，必須選擇合適的加工（gōng）設備和刀具，保證零件的（de）加工精度。

二、加工（gōng）工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加（jiā）長麻花鑽，而且要斷屑（xiè）加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加（jiā）工效（xiào）率低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很（hěn）容易引起（qǐ）堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔（kǒng）加工專（zhuān）用刀具。

設備的選用考（kǎo）慮到本公司產品類型多（duō），深孔加工產品（pǐn）結構（gòu）差異大，且生產批（pī）量較小，不可（kě）能購置深孔加工專用機床（chuáng），為了更好地保證深孔精度要求，結合工（gōng）廠實（shí）際，選擇合適的加工設備來滿足深（shēn）孔加工的技術要求（qiú）。

1.刀具的（de）選擇

深（shēn）孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬（yìng）質合金可轉位深（shēn）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（yú）經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽（zuàn）的鑽（zuàn）孔直徑不適合鑽加（jiā）工Ф6mm的小孔;硬質合金可（kě）轉位深孔鑽一（yī）般最（zuì）小鑽削直（zhí）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屑和冷卻（què），使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

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

經（jīng）對上述幾種深孔加工刀（dāo）具的對比及本廠的實際情況，研究決定采用槍（qiāng）鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由（yóu）硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄（bǐng）三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切（qiē）屑順利排出，並選擇韌性和（hé）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（tóu）的硬（yìng）度和耐磨性;鑽杆一般選用（yòng）40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入（rù），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（kōng）間排（pái）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，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成（chéng）小（xiǎo）圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩（liǎng）段（duàn），使之較易排出（chū）。

2.設（shè）備

槍鑽是用來鑽（zuàn）削回轉工件中心上的（de）孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線（xiàn）進（jìn）給（gěi），較適用於（yú）加工中心及配備高壓冷卻係統的車（chē）床與立式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的（de）應用場合及（jí）公司現（xiàn）有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此（cǐ）設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿（mǎn）足槍鑽的應用場合。可以進行鑽（zuàn）孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於（yú）非平（píng）衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不平衡。

為了減少鑽（zuàn）頭周邊的徑向切削（xuē）力，需要靠導套或引導孔分擔。

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

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

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

4.工藝試（shì）驗與分析（xī）

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知（zhī），用軟（ruǎn）三爪裝夾，以定（dìng）位，夾緊，按車（chē）端麵（miàn）→鑽導向孔→鑽深孔（kǒng）的順序進行零件（jiàn）的深（shēn）孔加工。

鑽導向孔時，以不（bú）同廠家的鑽頭按不同切（qiē）削參數（shù）進（jìn）行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍（qiāng）鑽，以不同（tóng）的加工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽（zuàn）削試驗（yàn）。

(1)引（yǐn）導孔加工。

鑽引導孔時（shí），在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題（tí），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金鑽頭進行了試切加工。

經過多（duō）個孔的（de）試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以達到（dào）2500r/min，進給（gěi）率為50mm/min，而且較（jiào）耐磨損，但（dàn）費用較高;國產刀具的切削參數偏低（dī），轉速為600r/min，進給率僅為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具的費用。

經試（shì）驗，兩種刀具的加工（gōng）質量相似。因為此零（líng）件的批量小且加工件數少，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（jīn）鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了（le）兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入（rù）導（dǎo）向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方（fāng）法進行深孔加工;

另（lìng）一種是以較低轉數和進給率反轉進（jìn）入導向孔，以零轉數和（hé）G0的速度快速退出（chū）深孔（kǒng）的加工方法。

經過試驗加工發現：第一種加工方（fāng）法加工效率低且零件表麵質量差，而第二種加（jiā）工方法，加工效率高且（qiě）質（zhì）量較（jiào）好。

因此，在保證足夠（gòu）冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命（mìng）試驗。

試驗過程中（zhōng）發現，1把槍鑽加工到第4件（jiàn）零件時（shí），加工聲音（yīn）異常，於是調低進（jìn）給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第4件和第5件的加工，但加工到第6件時，加工到孔深78mm時（shí），鑽頭折斷。

經過試驗，在調（diào）低（dī）進給倍率的（de）情況下，1把槍鑽最多加（jiā）工5件零件，可防止鑽頭折（shé）斷。

在某（mǒu）些加（jiā）工範圍內，槍鑽能解（jiě）決麻花鑽不能解決的（de）深孔和高精度孔加工問（wèn）題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在（zài）固定所有（yǒu）因素，如（rú）主軸轉（zhuǎn）速、進給速度和冷卻液壓力（lì）後，深孔鑽這個（gè）工序便成為（wéi）一個簡易（yì）的“標準”工序，不受操作員（yuán）技術（shù）的影響，隻要是一（yī）個高質量的槍（qiāng）鑽便可在生產過程中提供一致的表現（xiàn）。

它不僅適用於（yú）專用槍鑽機（jī）床，同時（shí）在高壓內（nèi）冷和導向滿（mǎn）足的情況下也（yě）適用於車銑複合（hé）加工中心和（hé）數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。