​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深（shēn）孔?

深孔是指（zhǐ）孔深與孔徑比L/d≥5的（de）孔，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（bú）易，經（jīng）常產生直徑（jìng）變大（dà）、出現錐形或孔（kǒng）偏（piān）斜等（děng）現象，從而達不到質量要（yào）求。

航（háng）空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為（wéi）105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的（de）加工難度，為了加工出合（hé）格（gé）孔，需製定合（hé）理的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合（hé）適的加工參（cān）數，最終確（què）定了（le）合理的加工（gōng）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（hòu）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，其材料為（wéi）難（nán）加（jiā）工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於（yú）一般鋼材切削加工，刀具壽命要（yào）低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點（diǎn）是：

①切削力（lì）大，消（xiāo）耗機床功率大;

②孔（kǒng）加工（gōng）是半封閉的切削，產（chǎn）生的（de）高切削熱（rè）和切屑難以及時排出，遠離（lí）刀尖，刀具磨損更為（wéi）劇烈;

③用普通的鑽削方法（fǎ）難以保證高溫合金孔的精度要求。

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（wéi）了解決（jué）以上加工難點，加工此深孔時（shí），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（gōng）工藝設計和分析

零件深孔（kǒng）加工選用常（cháng）規的鑽削方式，需加長麻花鑽，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、操作者勞動強度大、質（zhì）量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更（gèng）大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到（dào）本公司產品（pǐn）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（gòu）置深孔加工專用機床，為了更（gèng）好地保證深孔精度要求，結合工（gōng）廠實際（jì），選擇合適的加工設備來（lái）滿足深孔加工的技術（shù）要求。

1.刀具的選擇

深孔加工（gōng）的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽（zuàn）、硬質合金（jīn）可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和（hé）亞幹式深孔加工係統等類型（xíng）。

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）料鑽、內排屑深孔（kǒng）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（zuì）小鑽（zuàn）削直徑為（wéi）Ф20mm;

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

經對上述幾種深孔（kǒng）加（jiā）工刀具的對比及本廠（chǎng）的實際情況，研（yán）究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。

槍鑽鑽尖上開有油（yóu）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基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬（yìng）度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽（zuàn）杆後（hòu）部（bù）中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切（qiē）削液由（yóu）V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深（shēn）孔鑽前角（jiǎo）一般為0°，以便製造。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兩段，使之較易排出。

2.設（shè）備

槍鑽是用來鑽削回（huí）轉工件中心上的孔，加工時，通常（cháng）是工件旋轉（zhuǎn），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車（chē）床與立式機床、刀具或工件旋轉（zhuǎn）場合。

綜合考慮槍鑽加工（gōng）的應用場合及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆者（zhě）選擇了車銑複合加工中心（xīn），此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內（nèi）冷（lěng）係統，滿足槍鑽的應用（yòng）場合。可以（yǐ）進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味（wèi）著切削力不平衡。

為（wéi）了減（jiǎn）少鑽頭周邊的徑向（xiàng）切削力，需要靠導套或（huò）引導孔分擔。

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

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

槍鑽引導孔的深度應為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.工藝試驗與（yǔ）分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三（sān）爪裝夾，以定位，夾緊，按（àn）車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔（kǒng）時，以不（bú）同廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的（de）槍（qiāng）鑽，以不同的加工方法和不同（tóng）的（de）切削參數（shù）進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

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

經過多個孔（kǒng）的試（shì）驗加工，發現進口刀具切（qiē）削參數比國產（chǎn）刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給（gěi）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（piān）低（dī），轉速為600r/min，進給率僅為（wéi）20mm/min，加工（gōng）效率遠低（dī）於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具（jù）的費用。

經試驗，兩種刀具的加工（gōng）質量相似。因為此零件（jiàn）的批量小且加工件數少（shǎo），在滿足加工質量（liàng）的前提下，我（wǒ）們選擇了費用較低的（de）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（gōng）方案進行試驗加工：

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

另一種是以較低轉數和進（jìn）給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的（de）速度快速退出深孔的加工方法。

經過試驗加工發現：第一種加（jiā）工方法加工效率低且零件表麵質量差，而第二（èr）種（zhǒng）加工方法，加工效率高（gāo）且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻（què）壓力的情況下，選（xuǎn）擇第二種加工方（fāng）法進行（háng）了刀具壽命試驗（yàn）。

試驗過程中發現，1把槍鑽加（jiā）工到第4件零（líng）件時，加工聲音異常，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（dàn）加工到第6件時，加工到（dào）孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調（diào）低進給倍率的情（qíng）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（má）花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工（gōng）序便成為（wéi）一個簡易的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是一個高（gāo）質量的槍鑽（zuàn）便可在生產過程中提供一致的表現。

它不僅適用（yòng）於專用（yòng）槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向（xiàng）滿足的情況下（xià）也適用於車銑複（fù）合加工中（zhōng）心和數控車床（chuáng），經濟（jì）適用性強，有一定的推廣價值。