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，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是（shì）大深徑（jìng）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、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達（dá）不到質量要求。

航空發動機某（mǒu）噴嘴類零件，孔徑為（wéi）Ф6mm，孔深（shēn）為105mm，深徑比達（dá）17：1。超大的深徑（jìng）比更（gèng）增加（jiā）了此零件的加工難度，為了加工出合格孔，需製定合理的加工方案（àn），選擇合適的加（jiā）工（gōng）設備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡（jiǎn）介

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

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

①切削力大，消耗機床功率（lǜ）大（dà）;

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（shí）排出，遠（yuǎn）離刀（dāo）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孔的精度要求。

④高溫合金孔加工中（zhōng），刀具磨損比加工普通鋼材快得多（duō），且需要切削性能更好的刀具材（cái）料。

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

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工（gōng）選（xuǎn）用常規的（de）鑽削方（fāng）式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操（cāo）作者勞動（dòng）強度大、質量難以保（bǎo）證，而且很容易引（yǐn）起堵屑（xiè）或折斷鑽頭，造成更大（dà）的加工困難，因此刀具（jù）最好選擇深孔加工（gōng）專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型（xíng）多，深孔加工產品結構差異大（dà），且生產批量較小，不可能購置深孔加工專（zhuān）用機（jī）床，為了更好地保證深孔精度要求，結（jié）合工廠實際，選擇（zé）合適的加工設備來滿足深孔加工的（de）技術要求。

1.刀具的選擇

深孔（kǒng）加工的刀（dāo）具有（yǒu）多種，如（rú）槍鑽（zuàn）、噴吸鑽、套料鑽、硬（yìng）質合金可轉（zhuǎn）位深孔鑽、內排屑深孔鑽（zuàn）和亞幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽（zuàn）適用於經改（gǎi）裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料（liào）;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直（zhí）徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質（zhì）合金可轉（zhuǎn）位深孔鑽一般最小鑽削直（zhí）徑為Ф20mm;

而（ér）亞幹式深（shēn）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（yòng）的加工設備。

而（ér）槍鑽適用於加（jiā）工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵粗（cū）糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度（dù）H7～H10級（jí）的深孔。

經對（duì）上述幾種深孔加工刀具（jù）的對比及本（běn）廠的實際情況，研究決定采用槍鑽進行此深孔（kǒng）的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分（fèn）組成。

槍鑽（zuàn）鑽尖上開（kāi）有油（yóu）孔，以加強鑽頭冷卻潤滑（huá）和使切屑順利（lì）排出，並選擇韌性和抗振性均較佳（jiā）的硬質合（hé）金作為基（jī）體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭（tóu）的硬度和耐磨性;鑽杆一般（bān）選用40Cr無縫鋼管。

其原（yuán）理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液（yè）由V型槽與工件（jiàn）孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前（qián）角一般（bān）為0°，以便（biàn）製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽（zuàn）尖前方形（xíng）成小（xiǎo）圓錐，可使切屑（xiè）在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出。

2.設（shè）備

槍鑽（zuàn）是用來鑽削回（huí）轉工件（jiàn）中心上的孔（kǒng），加工時，通常是工件旋轉（zhuǎn），鑽頭作直線進給，較（jiào）適（shì）用於加工中心及配備高壓冷卻係統的車床（chuáng）與立式（shì）機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場合（hé）及公司現有設備情（qíng）況，在此零件加工時，筆者選擇了車（chē）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。可以進行鑽孔加工（gōng）。

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（wèi）著（zhe）切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔（kǒng）分（fèn）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（qiāng）鑽專用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削引導孔（kǒng）的方式來（lái）平衡槍鑽切削力。通（tōng）過大量實驗數據得出：

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

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖（tú）如圖3所（suǒ）示，由圖可知，用軟（ruǎn）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孔加工。

鑽導向孔時，以不同（tóng）廠家的鑽頭按（àn）不同（tóng）切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇（zé）了伊斯卡（kǎ）的（de）槍鑽，以不同的加工（gōng）方法（fǎ）和不同的切削（xuē）參數進（jìn）行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔（kǒng）時（shí），在滿足（zú）槍鑽引導作（zuò）用的前提下，筆者也（yě）兼顧了刀具成本問題，分（fèn）別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和（hé）國產的四平合金鑽（zuàn）頭進行了（le）試切加工。

經過多（duō）個孔的試驗（yàn）加工，發現進口刀具切削參（cān）數（shù）比國（guó）產刀具（jù）要高許多，轉速可以達到2500r/min，進（jìn）給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏（piān）低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠（yuǎn）低於進（jìn）口刀具，費用同樣遠遠低於進（jìn）口刀具的費用。

經（jīng）試驗，兩種刀具（jù）的加工質量（liàng）相似。因為此零件的批量（liàng）小（xiǎo）且加工（gōng）件數（shù）少，在滿足加工質（zhì）量的前提（tí）下（xià），我們選擇了費用（yòng）較低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用（yòng）了（le）兩種加工方（fāng）案進行試驗加工：

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

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

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

因此，在保證（zhèng）足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀（dāo）具壽（shòu）命試驗。

試驗過程中發現，1把（bǎ）槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音（yīn）異常，於是調低進給倍率為（wéi）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（dì）6件時，加工到（dào）孔（kǒng）深78mm時，鑽（zuàn）頭折斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情況下，1把槍（qiāng）鑽最多加工（gōng）5件零件，可防止鑽頭（tóu）折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽（zuàn）能解決麻花鑽（zuàn）不能解決的深孔和高精（jīng）度孔加工問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給（gěi）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的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是一個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（zài）高壓內冷（lěng）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，經濟適用（yòng）性強，有一定的推廣價值。