​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔（kǒng）?

深（shēn）孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔（kǒng），深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其（qí）是大深徑比的深（shēn）孔加工（gōng），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（nán），排屑不（bú）易，經常（cháng）產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜（xié）等現象，從而達（dá）不到質量（liàng）要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑（jìng）比（bǐ）達17：1。超大的深徑（jìng）比更增加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，選擇合適的加工設備和刀具。筆（bǐ）者經過試件的試切加工，選擇合適的加工參（cān）數，最終確定（dìng）了合理（lǐ）的加工（gōng）方法。

一、零件簡（jiǎn）介

某（mǒu）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Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬（shǔ）於深孔加工的零件（jiàn），其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般鋼（gāng）材切削加工（gōng），刀具壽（shòu）命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加（jiā）工主（zhǔ）要難（nán）點是：

①切削力大，消（xiāo）耗機床（chuáng）功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高（gāo）切削熱和切屑難以及時排（pái）出，遠離刀尖，刀具（jù）磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金（jīn）孔的精度要求（qiú）。

④高溫合金孔（kǒng）加工中，刀具磨損比加工普通鋼（gāng）材快得（dé）多，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，加工此深孔時，必須選擇合適的（de）加工設（shè）備和刀具，保證零件的加工精度。

二、加工工藝設計和（hé）分析

零件（jiàn）深孔加工選（xuǎn）用常規的鑽削（xuē）方（fāng）式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度（dù）低（dī）、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動（dòng）強度大、質量難以保證，而且很容易引起（qǐ）堵屑或折斷鑽（zuàn）頭，造成（chéng）更（gèng）大的（de）加（jiā）工困難，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（lèi）型（xíng）多，深孔加工產品結構差異大，且生產批（pī）量較小，不可能（néng）購置深孔加工專用機床，為了更好地保證（zhèng）深（shēn）孔精度（dù）要求，結合工廠實際，選擇合適的（de）加工設備來（lái）滿足深孔加工的技術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽（zuàn）、套料鑽、硬（yìng）質合金可轉（zhuǎn）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（xī）鑽（zuàn）適用於經改裝的車床、臥式加工中心（xīn），易加工工件材料;套料鑽（zuàn）、內排屑深孔鑽的（de）鑽孔直（zhí）徑不適合鑽加工（gōng）Ф6mm的小（xiǎo）孔;硬（yìng）質（zhì）合金（jīn）可轉位深（shēn）孔鑽一般最（zuì）小鑽削直徑（jìng）為Ф20mm;

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

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

經（jīng）對上述幾種深孔加工刀具（jù）的對比及本（běn）廠的（de）實際情（qíng）況，研究決定采用（yòng）槍鑽進行此深孔的加工。

槍（qiāng）鑽由硬（yìng）質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三（sān）部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油（yóu）孔，以加強鑽頭（tóu）冷卻潤滑和使切屑順利（lì）排出，並選（xuǎn）擇韌性和抗振性均較佳的硬質合金作為基體，表麵可（kě）塗TiC或（huò）TiN，以提（tí）高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是（shì）高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰（yāo）形孔到達切削區後（hòu）迫使切屑隨切削液由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°，以便製造。它無橫（héng）刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時（shí）鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為（wéi）兩段（duàn），使之較易排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉（zhuǎn）工件中心上的孔，加（jiā）工時，通常是工件（jiàn）旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心（xīn）及配備高壓冷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（jí）公（gōng）司現有設備情（qíng）況，在（zài）此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔（kǒng）加工（gōng）。

3.槍（qiāng）鑽（zuàn）引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不平（píng）衡。

為了（le）減少（shǎo）鑽頭周邊的徑向切削力，需（xū）要靠（kào）導套或引導孔分擔。

典型的槍（qiāng）鑽機床（chuáng）上配有槍鑽引導套，而（ér）本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備（bèi）導套，且沒有夾具（jù），無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削（xuē）引（yǐn）導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過（guò）大量實驗數（shù）據得出：

槍鑽引（yǐn）導孔的深度應為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（shì）驗與分析

深孔加工工序草（cǎo）圖如圖3所示，由圖可知，用（yòng）軟三（sān）爪裝夾（jiá），以定位，夾緊，按車端麵→鑽（zuàn）導（dǎo）向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參（cān）數進行試驗加工;鑽深孔時（shí），我們選擇（zé）了伊斯卡的槍鑽，以（yǐ）不同的加工（gōng）方法和不同的切（qiē）削參數進行了多個孔的鑽削試（shì）驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用（yòng）的前提下，筆（bǐ）者也（yě）兼顧了刀具成本問（wèn）題，分別（bié）選擇進口（kǒu）的伊斯卡中空（kōng）內冷合金（jīn）鑽頭和國產的（de）四平合金（jīn）鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的（de）試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高（gāo）許多，轉速（sù）可以達到2500r/min，進（jìn）給率（lǜ）為50mm/min，而且較耐磨損（sǔn），但（dàn）費用較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給（gěi）率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀（dāo）具，費用（yòng）同（tóng）樣遠遠低於（yú）進口刀具（jù）的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因（yīn）為此零件的批量小且加工（gōng）件數（shù）少，在滿足加工質（zhì）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。

深孔加（jiā）工我們采用了兩種（zhǒng）加工方案（àn）進行試驗加工（gōng）：

一種是進入導向孔和退出深孔時，均采（cǎi）取小於鑽削（xuē）時轉數和進（jìn）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（líng）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（jiā）工方法加工效率低且零（líng）件（jiàn）表麵質量差，而第二種加工方法，加工效（xiào）率高且質（zhì）量較好。

因此，在（zài）保證足（zú）夠冷卻壓力的情況下，選（xuǎn）擇第二種加工方法進（jìn）行了刀具（jù）壽命試驗（yàn）。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零件（jiàn）時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順（shùn）利完（wán）成第（dì）4件（jiàn）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（duàn）。

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

在某些加工（gōng）範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問題，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（sù）、進（jìn）給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這（zhè）個工（gōng）序便成為一個簡易的“標準”工序，不（bú）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（de）表現。

它不僅適用（yòng）於專用槍鑽機床，同時在高壓內（nèi）冷（lěng）和導向（xiàng）滿足的情況下也適（shì）用於車銑複合加工中心和數控（kòng）車床，經濟適用性強，有一定的（de）推廣價值。