CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔（kǒng）?

深（shēn）孔是指孔深與（yǔ）孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機（jī）械加工中的一（yī）道（dào）難題，尤其是大深徑（jìng）比（bǐ）的（de）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，且散熱困難，排屑不易，經常產（chǎn）生直徑變大、出現錐形或孔（kǒng）偏斜等現象，從而達不到（dào）質量要求。

航空發動機某噴嘴（zuǐ）類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑（jìng）比達（dá）17：1。超大的深徑比更增加了此零件（jiàn）的加工難（nán）度，為了加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設（shè）備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加（jiā）工參數（shù），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（wéi）105mm，杆（gǎn）部內孔（kǒng）為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為（wéi）Ra3.2μm，深徑比為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（gōng）相對於（yú）一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加（jiā）工效率低，成本高。高（gāo）溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床（chuáng）功率大;

②孔（kǒng）加（jiā）工是半（bàn）封閉的切（qiē）削，產生的高切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為（wéi）劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

④高溫（wēn）合金孔加工中，刀具磨損比加工普通鋼材快得（dé）多，且需要切削性能更好的刀具材（cái）料。

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

二、加工工藝設計（jì）和分析（xī）

零件深孔加工選用常規的鑽（zuàn）削方式，需加長（zhǎng）麻花鑽（zuàn），而且要斷屑加工（gōng），不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動（dòng）強度（dù）大、質（zhì）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）好選擇深孔加工專用刀具。

設（shè）備的選用（yòng）考慮到本公司產品類型（xíng）多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量較小，不可能購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（shí）際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的（de）技術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種（zhǒng），如槍鑽（zuàn）、噴吸鑽（zuàn）、套料鑽（zuàn）、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑（xiè）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（chuáng）、臥（wò）式加（jiā）工（gōng）中心，易加工工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽（zuàn）孔直徑（jìng）不適合鑽加工（gōng）Ф6mm的（de）小孔;硬質合金可轉位深孔鑽一般（bān）最（zuì）小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主（zhǔ）要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切（qiē）削液進行潤滑，需專用的加（jiā）工設備。

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

經（jīng）對上述幾（jǐ）種深孔加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定采用槍鑽進（jìn）行此深孔的加（jiā）工（gōng）。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖（jiān）上開有油孔，以加強鑽（zuàn）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合金作為（wéi）基體，表麵可塗（tú）TiC或（huò）TiN，以提高鑽頭的硬度和耐（nài）磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆（gǎn）後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削（xuē）液由V型槽與工件孔（kǒng）壁間空間排出，故稱外排屑（xiè）。

此（cǐ）類深孔鑽前角（jiǎo）一（yī）般為（wéi）0°，以便製造（zào）。它無橫刃，鑽（zuàn）尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成（chéng）小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為（wéi）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，加工時，通常是工件旋（xuán）轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工（gōng）中心及配備高壓冷卻（què）係統的車床與立式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應（yīng）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，此設備既可實現零（líng）件旋轉（zhuǎn），又配備（bèi）高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍（qiāng）鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的（de）槽形意味著切削力不平衡。

為了減少（shǎo）鑽頭（tóu）周邊的徑向切削（xuē）力，需要靠導套或（huò）引導（dǎo）孔分擔（dān）。

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

因此（cǐ），筆者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大（dà）量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度應為1～2倍槍（qiāng）鑽直徑（jìng），直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（fèn）析

深孔（kǒng）加工工序草圖如（rú）圖（tú）3所示，由（yóu）圖可（kě）知，用軟三（sān）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（de）深孔加（jiā）工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數（shù）進行試驗加工;鑽深孔時，我們（men）選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和（hé）不同的切削參數進行了多個孔（kǒng）的（de）鑽削試驗。

(1)引（yǐn）導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧（gù）了刀具成本問題（tí），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頭進（jìn）行了試切加工。

經過多（duō）個孔的試（shì）驗加工，發現進口刀（dāo）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（sǔn），但費用（yòng）較高;國產刀具的切削參數（shù）偏低，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（tóng）樣遠遠低於進口刀具（jù）的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加（jiā）工件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選（xuǎn）擇了費用較低的四（sì）平合金（jīn）鑽頭。

(2)深（shēn）孔加（jiā）工。

深孔加工我們采用（yòng）了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退（tuì）出深孔時，均（jun1）采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行（háng）深孔加工;

另一種是以較低轉（zhuǎn）數和進給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速（sù）退出（chū）深孔的加工方法。

經（jīng）過試驗加工發現：第一種加工方法加工效（xiào）率低且零件表麵質量差，而（ér）第二種加工方法，加工效（xiào）率高且質量較（jiào）好。

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

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件（jiàn）零（líng）件時，加（jiā）工（gōng）聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第4件和第（dì）5件的加（jiā）工，但（dàn）加工到第6件時，加工到孔深（shēn）78mm時，鑽頭折斷。

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

在某些加工（gōng）範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深（shēn）孔和高精度孔加工問題，可鑽出（chū）一個直（zhí）線度高（gāo）、表（biǎo）麵粗糙（cāo）度好的孔。

而且在固定所有因（yīn）素（sù），如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個（gè）工序便成為一個簡易的“標（biāo）準”工序，不（bú）受（shòu）操作員技術（shù）的影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可在生產（chǎn）過程中提供（gòng）一致的表（biǎo）現。

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