CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔（kǒng）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，尤其是大深徑（jìng）比的深孔（kǒng）加工（gōng），難（nán）點在於刀具細長，剛性差、強度低，易（yì）引起刀具偏斜，且散（sàn）熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形（xíng）或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求（qiú）。

航空發動（dòng）機某噴嘴類零件，孔徑為（wéi）Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超（chāo）大的（de）深徑比更增加了此零件的（de）加工難（nán）度，為了加工出（chū）合格孔，需製定合理的加工（gōng）方案（àn），選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工（gōng），選擇合適的加工參數，最終確定了合理的加工方法（fǎ）。

一、零（líng）件簡介

某噴嘴類零件，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，屬於深（shēn）孔（kǒng）加工的零件，其材料為難加工的GH4169。

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

①切（qiē）削力大，消耗機床功率大（dà）;

②孔加工是半封閉的切削，產生（shēng）的高切削熱和切屑難（nán）以及時排出，遠離刀尖，刀具磨（mó）損更為劇烈;

③用普通（tōng）的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

④高溫合金孔加工中，刀（dāo）具磨損比加工普通鋼材快得多，且需要切削性能更好的刀具（jù）材料。

為了解決以上加工（gōng）難點，加工此深孔（kǒng）時，必須選擇合適的加工設備（bèi）和刀具，保證（zhèng）零件的加工精（jīng）度。

二、加工工藝設計和分析

零（líng）件深（shēn）孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花（huā）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、操作者勞（láo）動強度大、質量難以（yǐ）保證，而且很（hěn）容易引（yǐn）起堵屑或折斷（duàn）鑽頭，造（zào）成更（gèng）大的加工困難，因（yīn）此刀具最好選擇深孔加工專用刀（dāo）具。

設備的選用考慮到（dào）本公司產品（pǐn）類型多，深孔加（jiā）工產品結構差異大，且生產批（pī）量較（jiào）小，不可能購置深（shēn）孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求（qiú），結（jié）合工（gōng）廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的技（jì）術要求。

1.刀（dāo）具的（de）選擇

深孔加工（gōng）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、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔（kǒng）加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料;套（tào）料（liào）鑽、內排屑深孔鑽的鑽（zuàn）孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔（kǒng）鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要（yào）是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進（jìn）行潤滑，需專（zhuān）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（cū）糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

經對上述幾（jǐ）種深孔加工（gōng）刀具（jù）的（de）對比及本廠的實際情（qíng）況，研究決定采用槍鑽進行（háng）此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖（jiān）、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和抗振性均較佳的硬質（zhì）合金作為基（jī）體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無（wú）縫鋼（gāng）管（guǎn）。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽（cáo）與工件（jiàn）孔壁間空間排出，故稱（chēng）外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製（zhì）造。它無（wú）橫刃，鑽尖偏離軸線（xiàn），鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在（zài）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心上的孔（kǒng），加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直（zhí）線進給（gěi），較適用於加工中心及配（pèi）備高壓（yā）冷卻係統的車床（chuáng）與立式機床、刀具或工件旋（xuán）轉場合。

綜合考（kǎo）慮槍鑽加（jiā）工的應用場合及公司現（xiàn）有設（shè）備情況，在此（cǐ）零件加工時，筆者選（xuǎn）擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此設備既可實現零件旋轉（zhuǎn），又（yòu）配備高壓內（nèi）冷（lěng）係統，滿（mǎn）足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔（kǒng）加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味（wèi）著切削（xuē）力不平衡。

為了減少鑽頭周邊（biān）的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

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

因此，筆者考慮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（chū）：

槍鑽引（yǐn）導孔的深（shēn）度應為1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽（zuàn）鑽（zuàn）頭直徑大0.004～0.012mm較合適（shì）。

4.工藝試驗與（yǔ）分析

深孔加工工序草（cǎo）圖如圖3所示，由圖可知（zhī），用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端（duān）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（jiā）的鑽頭（tóu）按不同切（qiē）削參數進行試驗加工;鑽深孔（kǒng）時，我們選擇了伊斯（sī）卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的（de）切削參數進行了多個孔的（de）鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔（kǒng）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（fèn）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（zuàn）頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗（yàn）加工，發（fā）現進口（kǒu）刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以達（dá）到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的（de）切削參數偏（piān）低，轉（zhuǎn）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（yàng）遠遠低於進（jìn）口刀具的費用。

經試驗，兩種（zhǒng）刀具的加工質量（liàng）相似。因為此（cǐ）零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用較低的四（sì）平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加（jiā）工我們（men）采用了兩種加工方案進行試驗加工：

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的速度快速退出深孔的加工方法。

經過（guò）試驗加工發現：第一種加工方法加工（gōng）效率低且零件表麵（miàn）質量差，而第（dì）二種加工方法，加工效率高且質（zhì）量較好。

因此，在保證足（zú）夠冷卻（què）壓力的情況（kuàng）下，選擇（zé）第二種加工方法進行（háng）了刀（dāo）具壽命（mìng）試驗。

試驗過程中（zhōng）發現，1把槍鑽加工到（dào）第（dì）4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順（shùn）利（lì）完成第（dì）4件和第5件的加工，但（dàn）加工到（dào）第6件時，加工到孔（kǒng）深（shēn）78mm時，鑽頭折斷。

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

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決（jué）的深孔和（hé）高精度孔加工問題，可鑽出（chū）一個直線度（dù）高、表麵粗糙度好的孔（kǒng）。

而且在固定所有因素（sù），如主軸轉速（sù）、進給速（sù）度和（hé）冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為（wéi）一個簡易的“標（biāo）準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是一個高質（zhì）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（yòng）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（xǐ）複合加工中心和數控車床，經濟（jì）適（shì）用性強，有一定的推廣價值。