​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（gōng）中的一道難題，尤其是大深徑比（bǐ）的深孔加工，難點在於刀具細長，剛（gāng）性差、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（zhuī）形或（huò）孔偏斜等現象，從而達不到質量要（yào）求。

航空發動（dòng）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難（nán）度，為了（le）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。筆者經過試件的試切加工，選擇合適（shì）的加工參數，最終（zhōng）確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類零件（jiàn），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，屬於深孔加工（gōng）的零件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔（kǒng）加工相對於一（yī）般鋼材切削加工，刀具壽命要低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：

①切削力大，消耗機床功率大（dà）;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高切削熱和切（qiē）屑難以（yǐ）及時排出（chū），遠離刀尖，刀具磨損更為劇（jù）烈;

③用（yòng）普（pǔ）通的鑽（zuàn）削方法難以保證高溫合金孔的精度要求（qiú）。

④高溫合金（jīn）孔加工中，刀具磨（mó）損比（bǐ）加工普通鋼材快得多，且需要切削性能更好（hǎo）的刀具（jù）材料。

為了解決以上加工難（nán）點，加工此深孔時，必須選擇合適的加工設備和刀具，保證零（líng）件的加工精度。

二、加工（gōng）工藝設計和分析

零件深孔加（jiā）工（gōng）選用常規（guī）的鑽削方式，需加長麻花鑽（zuàn），而（ér）且要斷（duàn）屑加工，不僅加工精度低、表麵（miàn）粗糙度差,加工效率低、操作者勞動強（qiáng）度大、質量難以保證，而且很容易引（yǐn）起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最（zuì）好選擇深（shēn）孔加工專用（yòng）刀具。

設（shè）備（bèi）的（de）選用考慮到本公司產品類型多，深孔（kǒng）加工產品結構差異大，且生產批量較小（xiǎo），不可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保（bǎo）證深孔精度要求，結合工廠（chǎng）實際，選擇（zé）合適的加工設（shè）備來滿足（zú）深（shēn）孔加工（gōng）的技術要求（qiú）。

1.刀（dāo）具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑（xiè）深孔鑽和（hé）亞幹式深孔（kǒng）加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工（gōng）中（zhōng）心，易加工工件材料;套（tào）料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不（bú）適合鑽（zuàn）加工Ф6mm的小（xiǎo）孔;硬質合金可轉位深孔（kǒng）鑽一般最小鑽削（xuē）直徑為Ф20mm;

而（ér）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，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

而槍（qiāng）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（dù）H7～H10級的深孔。

經對上述幾種深孔（kǒng）加工刀具的對比及本廠的實際（jì）情況，研究決定采用槍鑽進行此深（shēn）孔的加工。

槍（qiāng）鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽（zuàn）尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤（rùn）滑（huá）和（hé）使切屑順利排出，並選擇韌性和抗（kàng）振性均（jun1）較佳的硬質合金作為基體，表（biǎo）麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭（tóu）的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理（lǐ）是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削（xuē）區（qū）後迫使切屑隨切削液由V型槽與工（gōng）件孔壁間（jiān）空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸（zhóu）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（jiào）易排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉（zhuǎn）工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給（gěi），較適用於加（jiā）工中心及（jí）配備高壓冷卻（què）係統的車床（chuáng）與立式機床、刀具（jù）或工件旋轉場合。

綜合考慮（lǜ）槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此零件（jiàn）加工時，筆者選擇了車銑複合（hé）加工中心（xīn），此設備既可實現零件旋轉，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（tóu），不平衡（héng）的槽形意（yì）味著切削力不平衡。

為了減少（shǎo）鑽頭周（zhōu）邊（biān）的徑向切削力（lì），需要靠導套或引導孔（kǒng）分擔。

典型（xíng）的槍鑽機床（chuáng）上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑（xǐ）加工中心不是槍鑽專用機床，沒有（yǒu）配備導套（tào），且沒有（yǒu）夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削（xuē）引導孔的方式（shì）來平衡槍鑽切（qiē）削力。通過大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度應（yīng）為1～2倍槍鑽直（zhí）徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合（hé）適。

4.工藝試驗（yàn）與分析

深孔加工（gōng）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（xiàng）孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以（yǐ）不（bú）同廠家的鑽（zuàn）頭按（àn）不（bú）同（tóng）切削（xuē）參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊（yī）斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參（cān）數進（jìn）行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽（zuàn）引導作用（yòng）的前提下，筆者也（yě）兼顧了刀（dāo）具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試（shì）切加工。

經過多個孔（kǒng）的試驗加工，發現進口刀具切削參數（shù）比國產刀具要高許多，轉速（sù）可以達（dá）到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨（mó）損，但費用較高;國（guó）產刀具的切削（xuē）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（fèi）用同樣（yàng）遠遠低於進口刀具的費用。

經試驗（yàn），兩種刀（dāo）具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加工（gōng）件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用較低的四平合（hé）金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔（kǒng）加工我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導（dǎo）向孔（kǒng）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（kǒng）加工;

另一種是以較低轉數和（hé）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（gōng）發現：第一種加工方法加工效率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的（de）情況下，選擇第（dì）二種加工（gōng）方法進行了刀具壽命（mìng）試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽（zuàn）加工到第4件零件時，加工聲音異常（cháng），於是調低進給倍率為90%，繼續加（jiā）工，可順利完成第（dì）4件和第5件的加（jiā）工，但加工到第6件時，加工到孔（kǒng）深78mm時，鑽頭折斷。

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

在某些加工範圍內，槍鑽能解決（jué）麻花鑽不能解決的深孔和高精度（dù）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、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工序（xù），不受操作員技術的影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可（kě）在生產過程中提供（gòng）一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑複合加工中心和數（shù）控車床，經濟適（shì）用性強，有一定的推廣價值。