​CNC數控機床深孔加工要訣

　　


什麽叫深孔?

深孔（kǒng）是指孔深與（yǔ）孔徑比L/d≥5的孔，深（shēn）孔加工是機械加工中（zhōng）的一道難（nán）題，尤（yóu）其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差（chà）、強度低，易引起刀具偏斜，且散熱困（kùn）難，排屑不易，經（jīng）常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不（bú）到質量要求。

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

 

一、零件簡介

某噴嘴類（lèi）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17：1，屬於深孔加工的零件，其材料為難（nán）加工的GH4169。

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

①切削力大，消耗機床（chuáng）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出，遠離刀尖，刀具（jù）磨（mó）損更為（wéi）劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的（de）精度要求。

④高溫合金孔（kǒng）加工中，刀具磨損（sǔn）比加工普（pǔ）通鋼材快得多，且需（xū）要切削性能更好的刀具材料。

為（wéi）了解（jiě）決以上加工難點，加工此深（shēn）孔時，必（bì）須選（xuǎn）擇（zé）合適的加工設備和刀具，保證零件的加工精（jīng）度。

 

二（èr）、加工工（gōng）藝設計（jì）和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅（jǐn）加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率（lǜ）低、操作（zuò）者勞動（dòng）強度大（dà）、質量難以保證，而且（qiě）很容易（yì）引（yǐn）起堵屑或折斷鑽頭（tóu），造成（chéng）更大的加工困難，因此（cǐ）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（gōng）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用機（jī）床，為了更好地保證深孔（kǒng）精度要求，結合工廠實（shí）際，選（xuǎn）擇合適的（de）加工設備來（lái）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（yǒu）多種，如槍鑽、噴吸鑽（zuàn）、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排（pái）屑深孔鑽和亞幹式深孔加工（gōng）係統（tǒng）等（děng）類型。

噴吸鑽適用於經改（gǎi）裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料;套料鑽、內（nèi）排屑深（shēn）孔鑽的（de）鑽（zuàn）孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔鑽一般最小鑽削（xuē）直徑為Ф20mm;

而亞幹式深（shēn）孔加工係統主要是利用壓縮（suō）空氣進行（háng）排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

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

 

經對上述幾種深孔加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定采用槍鑽（zuàn）進行（háng）此（cǐ）深孔的加工。

槍鑽由硬質合金（jīn）鑽尖、鑽杆和刀柄三部分（fèn）組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以（yǐ）加強鑽頭（tóu）冷卻潤滑和使切（qiē）屑順利排（pái）出，並選（xuǎn）擇（zé）韌性和抗振性均較佳的硬質合金作（zuò）為基體（tǐ），表麵可塗TiC或TiN，以提高（gāo）鑽頭的硬度和耐（nài）磨（mó）性;鑽杆一般選用40Cr無（wú）縫鋼管。

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

此類深孔鑽前角一般為（wéi）0°，以便（biàn）製造。它無橫刃，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為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工件（jiàn）中心（xīn）上的孔，加工時，通常是（shì）工件旋轉，鑽頭作直（zhí）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）與立式（shì）機床（chuáng）、刀具或工（gōng）件旋轉場合（hé）。

綜合考慮槍鑽加工（gōng）的應用場合及公司現有設備情況（kuàng），在此零件加工時（shí），筆者選擇了車銑複（fù）合加工中心，此（cǐ）設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內（nèi）冷（lěng）係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行（háng）鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭（tóu），不平衡的槽形意味著（zhe）切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的（de）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（yòng）鑽削引導孔的方（fāng）式來平衡槍鑽切削（xuē）力。通過大量實驗數據得（dé）出：

槍（qiāng）鑽引導孔的深度應為1～2倍（bèi）槍鑽直徑，直徑應比（bǐ）槍鑽鑽頭直（zhí）徑（jìng）大0.004～0.012mm較合適。

 

4.工藝（yì）試（shì）驗（yàn）與分析

深（shēn）孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工（gōng）。

鑽導（dǎo）向孔時，以不同廠（chǎng）家（jiā）的（de）鑽頭按不同切削參數進行試驗加（jiā）工;鑽深孔（kǒng）時，我（wǒ）們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法（fǎ）和（hé）不（bú）同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

 

(1)引導（dǎo）孔加工。

鑽引導孔時（shí），在滿足槍鑽引導作用的前提（tí）下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金（jīn）鑽頭和國產的（de）四平（píng）合金鑽頭進行了試切加工。

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

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（zú）加工（gōng）質量的前提下，我們選擇了費用較（jiào）低的四平合金鑽頭（tóu）。

 

(2)深孔（kǒng）加工。

深孔加工我們采用（yòng）了兩（liǎng）種加工方案（àn）進行試（shì）驗加工：

一種是進入導向孔和（hé）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工;

另一種是以較低轉數和進給（gěi）率反轉（zhuǎn）進入導向孔，以零（líng）轉數和G0的速度快速退出深孔（kǒng）的加工方法。

 

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工效率低且零（líng）件表麵質量差，而（ér）第二種加工（gōng）方法，加工效率高且（qiě）質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第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，可順利完成第4件和第5件（jiàn）的加工，但加工到第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（lǜ）的情況下，1把槍（qiāng）鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。


在某（mǒu）些加工範圍內，槍鑽能（néng）解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加（jiā）工（gōng）問題，可鑽出一個直線度高、表麵（miàn）粗糙度好的孔。

而且在固定（dìng）所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的（de）“標準”工序，不受操作（zuò）員技（jì）術的影響，隻要是一（yī）個（gè）高質量的槍鑽便可在生產過程中提供（gòng）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（xiàng）滿足（zú）的情況下也適用於車（chē）銑複合加工中心和數控車床，經濟適用性強，有一定的（de）推廣價值。