​CNC數（shù）控機床深孔加工要訣

　　


什（shí）麽（me）叫深孔?

深孔是指孔深與（yǔ）孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道（dào）難題，尤其是大深徑比的深（shēn）孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜（xié），且散熱困難，排（pái）屑不易（yì），經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機某（mǒu）噴嘴類（lèi）零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大（dà）的深（shēn）徑比更增加（jiā）了此零件的加工難（nán）度，為了加工出合格孔，需製定合理的（de）加工（gōng）方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆（bǐ）者經過試（shì）件的試（shì）切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了合理的（de）加工（gōng）方法。

 

一、零（líng）件（jiàn）簡（jiǎn）介

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

這類高溫合（hé）金孔加工相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且（qiě）加工效率低，成本（běn）高（gāo）。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孔加工是半封閉的切削，產生的高切削熱和切屑難以及時排（pái）出，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（gāo）溫合金孔（kǒng）的（de）精度要求。

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

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

 

二、加工（gōng）工（gōng）藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要（yào）斷屑（xiè）加工，不僅加工精度（dù）低、表麵（miàn）粗糙度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起（qǐ）堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困（kùn）難，因此刀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品類型多，深孔加工產品結構差（chà）異大，且（qiě）生（shēng）產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為了更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（bèi）來（lái）滿足深孔加工的技術要求。

 

1.刀具的選擇

深（shēn）孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽（zuàn）、套料鑽（zuàn）、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。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易（yì）加（jiā）工工件材料;套料鑽、內排（pái）屑深（shēn）孔鑽的鑽（zuàn）孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位（wèi）深孔鑽一般最小鑽削（xuē）直徑為Ф20mm;

而亞幹（gàn）式深孔加工係統主要是（shì）利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使（shǐ）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（biǎo）麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔（kǒng）。

 

經對上述幾種深（shēn）孔加工刀具（jù）的對比（bǐ）及本廠的實際情況，研究決定（dìng）采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽（zuàn）杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖（jiān）上開有油（yóu）孔，以加強鑽頭（tóu）冷卻潤滑和使切（qiē）屑順利排出，並選擇（zé）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（de）硬度和耐磨性;鑽杆（gǎn）一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是（shì）高壓油由鑽杆後部中孔（kǒng）注入，經腰形孔到達（dá）切削區後迫使切（qiē）屑隨切削液（yè）由V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以（yǐ）便製造。它（tā）無橫刃，鑽尖偏（piān）離軸線，鑽孔時鑽尖（jiān）前方形成小圓錐，可使切屑（xiè）在鑽尖（jiān）處斷離（lí）為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽（zuàn）削回轉工件中（zhōng）心上的孔（kǒng），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（xīn）及配備高壓冷（lěng）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用場合及公司現有設備情況（kuàng），在此零件加工時，筆者選擇了車銑複（fù）合加工中心，此（cǐ）設備既可（kě）實現零件旋轉，又配（pèi）備高壓內冷係（xì）統，滿足槍鑽的應用場合。可以（yǐ）進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加（jiā）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（wéi）了減少鑽頭周邊的徑（jìng）向切削力，需（xū）要靠導套或引導（dǎo）孔分（fèn）擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所（suǒ）選的車銑加工中心（xīn）不是槍鑽專用機床，沒有配（pèi）備導套，且沒有夾具，無法設（shè）計導（dǎo）套。

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

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

 

4.工藝試驗（yàn）與分（fèn）析

深孔加工工序（xù）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（de）順序進行零件（jiàn）的深孔加工。

鑽導向孔時，以（yǐ）不同廠家的鑽頭按不同（tóng）切削參數進行試驗加（jiā）工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的（de）槍鑽，以不同的加工方法和（hé）不同的切削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（de）前提（tí）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（lěng）合金鑽頭和（hé）國產的四平合金鑽頭（tóu）進（jìn）行了試切加工（gōng）。

經過多個孔的試驗加工，發現（xiàn）進（jìn）口刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可（kě）以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國（guó）產刀具的切削參數偏（piān）低，轉（zhuǎn）速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低（dī）於（yú）進口刀具（jù），費用同樣遠遠低於進口刀具（jù）的費用。

經試驗，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，在（zài）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（jiā）工我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入（rù）導向孔（kǒng）和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法（fǎ）進行深孔加工（gōng）;

另一種是以較低轉數和進（jìn）給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速退（tuì）出深孔的加工方法。

 

經過試驗加工發現：第一種加工方法（fǎ）加工效率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法，加工效率（lǜ）高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方（fāng）法進（jìn）行了刀具壽（shòu）命試驗（yàn）。

試驗過程中發現，1把槍鑽（zuàn）加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率（lǜ）為90%，繼續（xù）加工，可順利（lì）完成第4件和第5件的加工（gōng），但加工到第6件時，加工（gōng）到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在（zài）調低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件（jiàn）零件，可防（fáng）止鑽頭折斷。


在某些加工範圍內，槍鑽能（néng）解決（jué）麻花鑽不能解（jiě）決的深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個直（zhí）線度高、表麵粗糙度（dù）好的孔。

而且在固（gù）定所有（yǒu）因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工（gōng）序便成（chéng）為（wéi）一個簡易的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是一個高質量的（de）槍鑽便可在生產過程（chéng）中提供一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽（zuàn）機床，同時在高壓內冷和導（dǎo）向滿足的情況下（xià）也（yě）適用於車銑複合加工中心和（hé）數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。