​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔（kǒng）是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔（kǒng）加工（gōng）是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加（jiā）工，難（nán）點在（zài）於刀具細（xì）長，剛性差、強度低（dī），易引（yǐn）起刀具（jù）偏斜（xié），且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現（xiàn）錐形或（huò）孔偏斜等現象（xiàng），從而（ér）達不到質量要求。

航空發動機某噴（pēn）嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深（shēn）徑比更增（zēng）加了此零件的加工難度，為了加工出合格孔，需製定（dìng）合理的加工方案，選擇合適的加工設備（bèi）和刀具（jù）。筆者經過試件（jiàn）的試切加工，選擇合適的加（jiā）工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某（mǒu）噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁（bì）厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零件（jiàn），其材料為難加工（gōng）的GH4169。

這類（lèi）高溫合金孔（kǒng）加（jiā）工（gōng）相對於一般鋼材切削加（jiā）工（gōng），刀具壽（shòu）命要低50%以上，且（qiě）加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗（hào）機（jī）床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高切削（xuē）熱（rè）和切屑難以及時（shí）排（pái）出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔（kǒng）的（de）精度要求。

④高（gāo）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（néng）更好的（de）刀（dāo）具（jù）材料。

為了解決以上加工難點，加（jiā）工此深孔時，必須選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（yì）設（shè）計（jì）和分析

零件深孔加工選用常規的（de）鑽削方式，需（xū）加長麻花（huā）鑽，而且要斷屑加（jiā）工，不（bú）僅（jǐn）加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者（zhě）勞動強（qiáng）度大、質量（liàng）難以保證，而且（qiě）很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造（zào）成更大（dà）的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工（gōng）專用刀具。

設備的選用考（kǎo）慮到本公司產品類型多，深（shēn）孔加工產品結構差異大，且（qiě）生產批量較小，不可能購（gòu）置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深（shēn）孔加工的技術（shù）要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具（jù）有（yǒu）多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深（shēn）孔鑽和亞幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適（shì）用於經改裝的車床、臥式加工中心，易（yì）加工（gōng）工件材料（liào）;套料鑽、內排屑深孔鑽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（yī）般最小鑽削直（zhí）徑為Ф20mm;

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

而槍鑽適用於加工Ф2～Ф20mm、長徑比（bǐ）L/D>100、表麵粗糙（cāo）度（dù）Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級（jí）的深孔。

經對上（shàng）述幾種深（shēn）孔加工刀具的對比及本（běn）廠的實（shí）際情況，研究決定采用槍（qiāng）鑽進（jìn）行此深孔的加工（gōng）。

槍鑽（zuàn）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，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和抗振性（xìng）均較佳的（de）硬質合金作為基體（tǐ），表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性（xìng）;鑽杆一（yī）般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽（zuàn）杆後部中孔注入，經腰（yāo）形孔到（dào）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（gù）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

槍鑽是用來鑽削回轉工件中心上（shàng）的孔，加（jiā）工時，通常是工（gōng）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（de）車床（chuáng）與立式機床、刀具或（huò）工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場合及公司現（xiàn）有設備情況，在此零件（jiàn）加工時，筆者選擇了車銑複合加工中心（xīn），此設備既（jì）可實現零件旋（xuán）轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽（zuàn）的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍（qiāng）鑽引導孔加工

槍鑽（zuàn）屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形（xíng）意味著切削力不平衡（héng）。

為（wéi）了（le）減少鑽頭（tóu）周邊的（de）徑（jìng）向切削力，需（xū）要靠（kào）導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽（zuàn）引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床（chuáng），沒有配（pèi）備（bèi）導套，且沒有夾具，無法設（shè）計導套。

因此，筆者（zhě）考慮用鑽削引導孔的（de）方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）的深度應為1～2倍槍鑽直徑（jìng），直（zhí）徑應比槍鑽鑽頭直徑大（dà）0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分析

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（dǎo）向孔時（shí），以不同廠家的（de）鑽頭按不同切削（xuē）參（cān）數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇（zé）了伊斯卡的槍鑽（zuàn），以不同的加工方法和不同的切削參數進行了多（duō）個孔（kǒng）的鑽削（xuē）試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足（zú）槍鑽引導作用的前提下，筆者也（yě）兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內（nèi）冷合（hé）金鑽頭和國（guó）產的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗（yàn）加（jiā）工，發現（xiàn）進口刀具切（qiē）削參數比國產刀具要高許多，轉速（sù）可以（yǐ）達到2500r/min，進（jìn）給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏低（dī），轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進（jìn）口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具（jù）的費用。

經試驗，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（jiā）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（kǒng）加工（gōng）。

深孔加工我（wǒ）們（men）采用了（le）兩種加工（gōng）方案進行試驗加工：

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

另一種是以較低轉數和進（jìn）給率反轉進（jìn）入導向孔，以零轉數和G0的速度快（kuài）速退出深孔的加（jiā）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（miàn）質量差，而第二種加工方法，加（jiā）工（gōng）效率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓（yā）力的情況下，選擇第（dì）二種（zhǒng）加工方法進行（háng）了刀具壽（shòu）命試驗（yàn）。

試（shì）驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第4件和第5件的加工，但加工（gōng）到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭（tóu）折斷。

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

在某（mǒu）些加（jiā）工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問題，可（kě）鑽出一個直線度（dù）高、表麵粗糙度好的孔（kǒng）。

而且在固（gù）定所有因素，如主（zhǔ）軸轉（zhuǎn）速、進給速度和（hé）冷卻液（yè）壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工（gōng）序，不受操作員技術的影（yǐng）響（xiǎng），隻要（yào）是（shì）一個高（gāo）質（zhì）量的槍鑽便可在（zài）生產（chǎn）過（guò）程中提供一致的表現。

它（tā）不僅適（shì）用於專用槍鑽機床，同時在高（gāo）壓內冷和導向滿足的（de）情況下也適用於（yú）車銑複（fù）合加（jiā）工中心和數控車床，經濟適用性強，有（yǒu）一定的推廣價值。