​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（jiā）工是機械加（jiā）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（dù）低，易引（yǐn）起刀具偏斜，且散（sàn）熱困難，排（pái）屑不易，經常產生直（zhí）徑變大、出現錐形或（huò）孔偏斜（xié）等（děng）現象，從而達不到質量要求（qiú）。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為（wéi）105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更（gèng）增加了此零件的加工難度（dù），為（wéi）了加（jiā）工出合格孔，需製定合理的加工方（fāng）案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件（jiàn）的試（shì）切加（jiā）工，選擇合適的加工參數，最終確（què）定了合理的加工方法。

 

一、零件簡介

某噴嘴類零（líng）件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗（cū）糙度（dù）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（kǒng）加工（gōng）相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上（shàng），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（jī）床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高切削熱（rè）和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈（liè）;

③用普（pǔ）通的鑽削方法難以保證（zhèng）高溫合金孔的精度要求。

④高溫合金孔加（jiā）工中，刀具磨損比（bǐ）加工普通鋼材快（kuài）得多，且需要切削性能更好（hǎo）的刀具材料。

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

 

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工（gōng）選用常規的鑽削（xuē）方式，需加（jiā）長麻花鑽，而且要斷屑加工，不（bú）僅加工精度低、表麵粗糙度差,加（jiā）工效率低（dī）、操作者勞動強度（dù）大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更（gèng）大的加工困難，因此刀具最好選（xuǎn）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異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證（zhèng）深孔精（jīng）度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深（shēn）孔加工的技術要求。

 

1.刀具（jù）的選擇（zé）

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽（zuàn）、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔（kǒng）鑽、內排屑深（shēn）孔鑽（zuàn）和亞幹式（shì）深孔加工係統等類型。

噴吸鑽（zuàn）適（shì）用於經改裝的車床、臥式加工中（zhōng）心，易加工工件材料;套料（liào）鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適（shì）合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金（jīn）可轉位深孔鑽一（yī）般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工（gōng）係統主要是利用壓縮空氣進（jìn）行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的（de）加（jiā）工（gōng）設備。

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

 

經對上（shàng）述幾種深孔加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定采用槍鑽進（jìn）行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄三部分組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以（yǐ）加強鑽頭冷卻潤滑和（hé）使切屑順利排出，並（bìng）選（xuǎn）擇韌性和抗振性均較佳的硬（yìng）質合金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般（bān）選用40Cr無（wú）縫鋼管（guǎn）。

其原（yuán）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（xiè）隨切削液由V型（xíng）槽與工件孔壁間（jiān）空間排出，故稱外排屑。

此類深（shēn）孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸（zhóu）線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可（kě）使（shǐ）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中（zhōng）心上的孔，加工時，通常（cháng）是工件旋轉（zhuǎn），鑽頭作直（zhí）線進給，較（jiào）適用於加工中心及（jí）配備高壓冷卻係統的車床（chuáng）與立式機床、刀具（jù）或工件（jiàn）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，在此零件加工時，筆者選（xuǎn）擇了車銑（xǐ）複合（hé）加工中心，此設備既可實現（xiàn）零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍（qiāng）鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡（héng）的槽（cáo）形意味（wèi）著切削力不平衡。

為（wéi）了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分（fèn）擔。

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

因（yīn）此，筆者考（kǎo）慮（lǜ）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：

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

 

4.工藝試驗與分析

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

鑽導向孔（kǒng）時，以不同廠家的鑽頭（tóu）按（àn）不同切削參數進（jìn）行試驗加（jiā）工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽（zuàn），以不同的加工方法和不同的（de）切削參（cān）數進（jìn）行了多個孔的鑽削試驗（yàn）。

 

(1)引導孔加工。

鑽引（yǐn）導孔時，在滿足（zú）槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進（jìn）口的伊斯卡中空內冷合金（jīn）鑽頭和國產的四平合金鑽頭（tóu）進行了（le）試切加工。

經過多個孔的試驗加（jiā）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2500r/min，進給（gěi）率為50mm/min，而且較耐磨損，但費（fèi）用較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口（kǒu）刀具，費用同樣遠遠低於進口（kǒu）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，在滿足加工質量的（de）前提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加（jiā）工。

深孔加工我們采用了兩種加工方案（àn）進（jìn）行試驗加工：

一種是進入導向孔和退出深孔時，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率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的（de）速度快速退出深孔的加工方（fāng）法。

 

經（jīng）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，選擇第二種（zhǒng）加工方法進行（háng）了刀具（jù）壽命試驗。

試（shì）驗（yàn）過程中發現，1把槍鑽加工到第（dì）4件零件（jiàn）時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給倍率為90%，繼續（xù）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，鑽頭折斷。

經過試（shì）驗，在調低進給倍率的情（qíng）況下，1把槍鑽（zuàn）最多加工5件零件，可防止（zhǐ）鑽頭折斷（duàn）。


在（zài）某些加（jiā）工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決（jué）的深孔（kǒng）和高精度孔加工問題，可鑽出一（yī）個直線度高、表麵粗（cū）糙度好的孔。

而且在（zài）固定所有因（yīn）素，如主軸轉速（sù）、進給速度和冷（lěng）卻液壓力（lì）後，深孔鑽這個工序便（biàn）成為一個簡易（yì）的（de）“標準”工序，不受操作員技（jì）術的影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可在生產過（guò）程中提供一致的表現。

它不（bú）僅適用於專用槍鑽機床，同時在（zài）高壓內冷和（hé）導（dǎo）向滿足的情況下也適（shì）用於（yú）車銑複合加（jiā）工中心和數控車床，經濟適用性強，有（yǒu）一定的推廣價值。