​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔（kǒng）?

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（yóu）其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性（xìng）差、強（qiáng）度（dù）低，易引（yǐn）起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易（yì），經（jīng）常（cháng）產生直徑變（biàn）大（dà）、出現（xiàn）錐形或孔偏斜等現（xiàn）象，從而達不（bú）到質量要求。

航空發動（dòng）機某噴嘴類零件（jiàn），孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑（jìng）比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工（gōng）出合格孔，需製定合理（lǐ）的加工方案，選擇合適的加工（gōng）設備（bèi）和（hé）刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加（jiā）工（gōng）參數，最終確（què）定了合（hé）理（lǐ）的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類零（líng）件，總長（zhǎng）為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工（gōng）的零件，其材（cái）料為難加（jiā）工（gōng）的GH4169。

這類（lèi）高溫合金孔加（jiā）工相對於一般鋼（gāng）材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且（qiě）加工效率低，成本高（gāo）。高溫合金孔（kǒng）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（bàn）封閉的切削（xuē），產生的高切削熱和切（qiē）屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨（mó）損更（gèng）為劇烈;

③用普通的鑽削方（fāng）法難（nán）以保證高溫合金孔的精度要求。

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

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

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規（guī）的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精（jīng）度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以（yǐ）保證（zhèng），而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造（zào）成更大的加工困難，因此（cǐ）刀具最好選擇（zé）深孔加工專（zhuān）用刀具（jù）。

設備的選（xuǎn）用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產（chǎn）品結（jié）構差異（yì）大，且生（shēng）產（chǎn）批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為了（le）更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇（zé）合適的加工設備來滿（mǎn）足深（shēn）孔（kǒng）加工（gōng）的技術要求。

1.刀具的選擇

深孔（kǒng）加工的刀（dāo）具有多種，如槍（qiāng）鑽、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內（nèi）排屑深（shēn）孔鑽和亞幹式深（shēn）孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用（yòng）於經改裝的車（chē）床、臥式加工中心，易加工（gōng）工件材料（liào）;套料鑽、內排屑深（shēn）孔鑽（zuàn）的鑽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（bān）最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹（gàn）式深孔加（jiā）工係統主要是利（lì）用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行（háng）潤（rùn）滑，需專（zhuān）用的（de）加（jiā）工設備。

而槍鑽適（shì）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。

經對上述幾種深孔加工刀具（jù）的對比及本廠的實際情（qíng）況，研究決定采用槍鑽進行此（cǐ）深孔的加工。

槍鑽（zuàn）由硬質合金鑽（zuàn）尖、鑽杆和刀柄三部分（fèn）組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷（lěng）卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和（hé）抗振性均較佳（jiā）的硬質合金作為基體，表（biǎo）麵可塗（tú）TiC或TiN，以提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）切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件（jiàn）孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類（lèi）深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它（tā）無橫刃，鑽尖偏（piān）離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖（jiān）處斷離為兩段，使之（zhī）較易排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽（zuàn）削回轉工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配備高壓冷卻係統的車床與立式（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及公司現有設備情況，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（tǒng），滿足槍鑽的應用場合。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）的槽形意味著（zhe）切削力（lì）不平衡（héng）。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套（tào）或引導孔分擔。

典（diǎn）型（xíng）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（shì）槍鑽專用機床，沒有配備導套（tào），且沒有夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽（zuàn）削引導孔的方式（shì）來平衡槍鑽（zuàn）切削（xuē）力。通過大量（liàng）實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度（dù）應為（wéi）1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽（zuàn）頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分（fèn）析

深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（jiá）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，以不同廠家的鑽頭按不同切削（xuē）參數（shù）進行（háng）試（shì）驗（yàn）加工;鑽深孔時，我（wǒ）們選擇了伊斯（sī）卡的槍鑽，以不（bú）同的加工方法和不同的切削（xuē）參（cān）數（shù）進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔（kǒng）時，在滿足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（yī）斯卡（kǎ）中空內冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發（fā）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，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀（dāo）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刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具的費用。

經試驗，兩種（zhǒng）刀具的加工質量相似。因為此零件的（de）批量小（xiǎo）且加工件（jiàn）數少（shǎo），在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。

深孔加工我們采用了兩種加工方案進行試（shì）驗加工：

一種是（shì）進入導向孔和退出（chū）深孔（kǒng）時，均采取小於鑽削時轉（zhuǎn）數和進給率的（de）方法進行深孔加工;

另一種是以較（jiào）低轉（zhuǎn）數和進給率反轉進入導（dǎo）向孔（kǒng），以零（líng）轉數和G0的速度快速（sù）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率低且零件表麵質量差，而第二種加工（gōng）方法，加工效率高且質量較好。

因此，在（zài）保證（zhèng）足夠冷卻壓（yā）力的情況下，選擇第二種加工方法進行了（le）刀具壽命試驗。

試驗過程中發（fā）現（xiàn），1把槍鑽加工到第4件零件（jiàn）時，加工（gōng）聲音異常，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。

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

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不（bú）能解決的深孔（kǒng）和高精度孔加工問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗（cū）糙（cāo）度好的孔。

而（ér）且在固定所有因素，如主軸轉速、進給（gěi）速度和冷卻液（yè）壓力後，深孔（kǒng）鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工序，不受（shòu）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（jǐn）適用於專用槍鑽（zuàn）機床，同時在（zài）高壓（yā）內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑複合加（jiā）工中心和數控車床，經濟適（shì）用性強，有一定的推（tuī）廣價值。