​CNC數（shù）控機床深孔加（jiā）工要訣（jué）

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑（jìng）比（bǐ）L/d≥5的（de）孔（kǒng），深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔（kǒng）加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引（yǐn）起（qǐ）刀具偏斜，且散熱困難，排屑不（bú）易，經常產生直徑變大、出現錐（zhuī）形或孔偏（piān）斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機（jī）某（mǒu）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（líng）件的加工難度，為了加（jiā）工出合格孔，需製（zhì）定合理的加工方案（àn），選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇（zé）合適（shì）的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

 

一、零件簡介

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（wéi）17：1，屬於深孔加工的零件（jiàn），其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合（hé）金孔加工相（xiàng）對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成本（běn）高。高溫合金孔加工主要難點是（shì）：

①切削力大，消耗（hào）機（jī）床功率大;

②孔加工是半封閉（bì）的切削，產生的高切削熱和切屑難以（yǐ）及時排出，遠離刀尖，刀（dāo）具磨損更為劇烈;

③用（yòng）普通的鑽削方法（fǎ）難以保證高溫合金孔的精度（dù）要求（qiú）。

④高溫合金孔加工中，刀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材料。

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

 

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用（yòng）常規的鑽削方式，需加（jiā）長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動強度（dù）大、質量難以保證，而且很容（róng）易（yì）引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具（jù）最（zuì）好選擇深孔加工專用刀（dāo）具（jù）。

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（zhì）深孔加工（gōng）專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適（shì）的加工（gōng）設備來滿（mǎn）足深孔加工的技術（shù）要求。

 

1.刀具的（de）選擇

深（shēn）孔加工（gōng）的刀具有（yǒu）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）深孔鑽和亞（yà）幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件（jiàn）材料;套料鑽、內排屑深孔（kǒng）鑽的（de）鑽孔直徑不適合鑽加（jiā）工Ф6mm的小（xiǎo）孔;硬質合金可轉位深孔鑽（zuàn）一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔（kǒng）加工係統主要（yào）是利用壓縮空氣進行排（pái）屑（xiè）和冷卻，使用霧化切削液進（jìn）行潤滑，需專用的加工設備。

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

 

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

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽（zuàn）鑽尖上（shàng）開有油（yóu）孔，以加強鑽頭（tóu）冷卻（què）潤（rùn）滑和（hé）使切屑（xiè）順利排出，並選擇韌性（xìng）和抗振性均較（jiào）佳的硬質合金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽（zuàn）杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注（zhù）入，經腰（yāo）形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與（yǔ）工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽（zuàn）前角一般為0°，以便製造（zào）。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，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，使之較易排出。

 

2.設備（bèi）

槍（qiāng）鑽是用來鑽削回轉工件中心上的孔，加（jiā）工時（shí），通常是（shì）工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中（zhōng）心及配備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀（dāo）具或工件旋轉場合。

綜合考（kǎo）慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備（bèi）情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑（xǐ）複合加工中心，此設備既可實現（xiàn）零件旋轉，又配備高壓內冷（lěng）係統，滿足槍鑽的（de）應用場合。可以（yǐ）進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引（yǐn）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衡。

為了減少鑽頭（tóu）周邊的徑（jìng）向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

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

因此，筆者考慮用鑽削引導孔的方（fāng）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（de）深度應為1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

 

4.工藝（yì）試（shì）驗與分析

深孔加工工（gōng）序草圖如圖3所（suǒ）示，由圖（tú）可知，用（yòng）軟三爪裝夾（jiá），以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔（kǒng）→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工（gōng）。

鑽導向孔時，以不同廠（chǎng）家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔（kǒng）時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同（tóng）的加工方法（fǎ）和不同的切削參數進行了多個（gè）孔的鑽削試驗（yàn）。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的（de）前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選（xuǎn）擇進口的伊斯卡中空（kōng）內冷合金（jīn）鑽頭和國產的四平合金（jīn）鑽頭進行了試切加（jiā）工。

經（jīng）過多個孔的試驗加工，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，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的切（qiē）削參數偏低（dī），轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工（gōng）效率（lǜ）遠低於進口刀具，費用同樣遠（yuǎn）遠低（dī）於進口刀具的費用。

經（jīng）試驗，兩種（zhǒng）刀具的加工（gōng）質量（liàng）相似。因為此零件的批量小且（qiě）加工（gōng）件數少，在滿足加工質量的前（qián）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進行試（shì）驗加工：

一種是進入導向（xiàng）孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數（shù）和（hé）進給率的方法進行深孔加工;

另一種是以較（jiào）低轉（zhuǎn）數和進給率反轉（zhuǎn）進入導（dǎo）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（xiàn）：第一種加工（gōng）方法加工效率低且零（líng）件表麵質量差，而第（dì）二種加工方法，加工效率高且質量較（jiào）好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下（xià），選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽（zuàn）加工到第4件零件時，加（jiā）工（gōng）聲音異常，於是調低進給倍率為（wéi）90%，繼（jì）續加工，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（gōng）到孔深（shēn）78mm時，鑽頭折斷。

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


在某些加工（gōng）範圍內，槍鑽（zuàn）能解決麻花鑽不能（néng）解決的深孔和高精（jīng）度孔（kǒng）加工問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且（qiě）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（xù）便成為（wéi）一個簡易的“標準”工序，不（bú）受操作員技術的（de）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。

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