CNC數控機床深孔加工要訣

什麽（me）叫深（shēn）孔?

深孔（kǒng）是指（zhǐ）孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加（jiā）工是機械加工中（zhōng）的一道難題，尤其（qí）是大深徑比（bǐ）的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散（sàn）熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑（jìng）為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達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（gōng）出合格孔（kǒng），需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設（shè）備和（hé）刀具（jù）。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加工（gōng）參數，最終確定了合理的加工方（fāng）法（fǎ）。

一（yī）、零件簡介

某噴嘴類零件，總（zǒng）長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為（wéi）2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為（wéi）17：1，屬於深孔加工的零件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相（xiàng）對於一般鋼材切削加工，刀具（jù）壽命要（yào）低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主（zhǔ）要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高切削熱和切屑難以及時（shí）排出，遠離刀尖（jiān），刀具磨損（sǔn）更為劇烈（liè）;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

④高（gāo）溫合金孔加工（gōng）中，刀具磨損比加工普通鋼材快得多，且需要切削性能更（gèng）好的刀具材料（liào）。

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

二、加工工藝設計和分析

零（líng）件深（shēn）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（bú）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、質量難以保證（zhèng），而且很（hěn）容易引起堵屑或折斷鑽（zuàn）頭，造成更大的（de）加工困難，因此（cǐ）刀具最好選擇深孔加（jiā）工專用刀具（jù）。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產（chǎn）品結構差異大，且生產批（pī）量較小（xiǎo），不可能購置深（shēn）孔加工專用機床，為了更好地保證深孔（kǒng）精度要求（qiú），結合工廠實際，選擇合適的加工設（shè）備來滿足深孔加工（gōng）的技術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種（zhǒng），如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排（pái）屑深孔鑽和亞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（gōng）工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑（jìng）不適合鑽加工（gōng）Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔（kǒng）鑽一般最小鑽削（xuē）直徑為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（shǐ）用霧化切削液進行潤滑，需（xū）專用的加工設備。

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

經對上述幾種深（shēn）孔加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定（dìng）采用槍鑽（zuàn）進（jìn）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。

槍鑽鑽尖上開有油（yóu）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（yìng）質合金（jīn）作為（wéi）基體，表麵可塗TiC或（huò）TiN，以提高鑽頭的硬度和（hé）耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無（wú）縫鋼管。

其原理是高（gāo）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型槽與工件孔壁間空間排出，故稱（chēng）外排屑。

此類（lèi）深孔鑽前角一般為0°，以便（biàn）製造。它無橫刃，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（bèi）

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（jiàn）旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加（jiā）工中（zhōng）心及配備高壓冷卻係（xì）統的車床與立式機床、刀具或工件旋轉（zhuǎn）場合。

綜合（hé）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，筆者選擇了車銑複合加工中心（xīn），此設備既可實現零件旋轉，又配備高（gāo）壓內冷係統，滿足槍鑽（zuàn）的應用場合。可以進行鑽孔（kǒng）加工。

3.槍鑽（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衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需（xū）要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍（qiāng）鑽引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍（qiāng）鑽（zuàn）專用機床，沒（méi）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（kǒng）的方式來（lái）平衡槍鑽切削力。通（tōng）過大量實驗數據得出（chū）：

槍鑽引導孔的（de）深度應為1～2倍槍鑽直徑，直（zhí）徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分析（xī）

深孔加工（gōng）工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟（ruǎn）三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工（gōng）。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不（bú）同切削參數進行（háng）試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡（kǎ）的槍鑽，以不（bú）同的加工（gōng）方法和不同的（de）切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時（shí），在滿（mǎn）足（zú）槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成（chéng）本問題（tí），分別選擇進口的伊斯卡中空（kōng）內冷合（hé）金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試（shì）切加工。

經過（guò）多個孔的試驗加工，發現進口（kǒu）刀具切削參數比國產刀具要（yào）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（gāo）;國產刀具的切削參（cān）數偏低，轉（zhuǎn）速為600r/min，進（jìn）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（shì）驗，兩種（zhǒng）刀具的加工質量（liàng）相似。因為此零件的批量小且加工件數少（shǎo），在滿足加工質量的前提下，我們選（xuǎn）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驗加工：

一種是（shì）進入（rù）導向孔（kǒng）和退出深孔時，均采（cǎi）取小於（yú）鑽削時轉數和進給率的方（fāng）法進行深孔加工;

另（lìng）一種是以較低轉數和進給（gěi）率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速（sù）度快速（sù）退出深孔的加工方法。

經過試驗加工發現：第一（yī）種（zhǒng）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（xiào）率高（gāo）且質量較好。

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

試驗過程中發現（xiàn），1把槍鑽加工到第4件（jiàn）零件時，加工（gōng）聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完（wán）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（yàn），在（zài）調低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。

在某些加工範圍（wéi）內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高（gāo）精度孔加工問題，可鑽出（chū）一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如（rú）主軸轉（zhuǎn）速、進給速度和（hé）冷卻液壓力後，深孔鑽這個（gè）工（gōng）序便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技（jì）術的影響，隻要是一（yī）個高質量（liàng）的槍鑽便可在生（shēng）產過程中提供一致的表現。

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