CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的（de）孔，深孔加工是機械（xiè）加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深（shēn）孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具（jù）偏（piān）斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現（xiàn）象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更（gèng）增加了（le）此零件的加工難（nán）度，為了加工出合格孔（kǒng），需製定合理的加工方案，選擇合適的（de）加工（gōng）設備（bèi）和刀具。筆者經過試件的（de）試切加工，選擇合適的加工參數，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（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表（biǎo）麵粗糙（cāo）度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零件，其（qí）材料為難加工的（de）GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於（yú）一般鋼（gāng）材切削（xuē）加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加（jiā）工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率（lǜ）大;

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

③用普通的（de）鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

④高溫合金孔（kǒng）加工（gōng）中，刀具磨損比加工（gōng）普（pǔ）通鋼材快得多（duō），且需要（yào）切削性能（néng）更好的刀具材料。

為了解決以上加（jiā）工難（nán）點，加工此深孔時，必須選擇（zé）合適的加工設備和刀具（jù），保證零（líng）件的加工精度（dù）。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方（fāng）式（shì），需加長（zhǎng）麻花鑽，而且要（yào）斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度（dù）差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證（zhèng），而且（qiě）很容易引（yǐn）起堵屑或折斷鑽頭，造成更（gèng）大的加工困難，因此刀具最（zuì）好（hǎo）選擇深孔加（jiā）工（gōng）專用刀具。

設備的選用考慮到本（běn）公司產品類型多，深孔加（jiā）工產品結構（gòu）差異大，且生（shēng）產批量較小，不（bú）可（kě）能購置深孔（kǒng）加工專（zhuān）用機床，為了更好地保證深孔精度要（yào）求，結合工廠實際，選擇合適的加工設（shè）備來滿足深孔加工的技術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀（dāo）具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質（zhì）合金可轉（zhuǎn）位深（shēn）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（yòng）於經（jīng）改裝的車床、臥（wò）式加工中心，易加工工件（jiàn）材料;套料鑽、內排（pái）屑深孔鑽（zuàn）的鑽孔直徑不適合鑽加（jiā）工Ф6mm的小孔;硬質合（hé）金可轉位深孔鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是利用壓縮空（kōng）氣進行排（pái）屑和冷卻，使用霧化切（qiē）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L/D>100、表（biǎo）麵（miàn）粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度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（gǎn）和（hé）刀柄三（sān）部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，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均較（jiào）佳的硬質合（hé）金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提（tí）高鑽（zuàn）頭的硬度和耐磨性;鑽（zuàn）杆一般選（xuǎn）用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔（kǒng）注入，經腰形孔到達切削區後（hòu）迫（pò）使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深孔（kǒng）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（xíng）成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為（wéi）兩（liǎng）段，使之較易排出。

2.設備

槍鑽是用來（lái）鑽削回（huí）轉工件中心上的孔，加（jiā）工時，通常是工件旋（xuán）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車床與立式機床、刀具或工件旋轉場合（hé）。

綜合考慮（lǜ）槍鑽加工的應用場合（hé）及（jí）公司現（xiàn）有設備（bèi）情況，在此零件加工（gōng）時，筆者選擇了車銑複合加工中心，此設備（bèi）既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工（gōng）。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬（shǔ）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（lì），需要靠導套或（huò）引導孔分擔。

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

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

槍鑽引（yǐn）導（dǎo）孔的深度應為1～2倍槍（qiāng）鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較（jiào）合適。

4.工藝（yì）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（chē）端麵→鑽導向孔→鑽（zuàn）深孔的順序進（jìn）行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同（tóng）廠（chǎng）家的鑽頭按不（bú）同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我（wǒ）們選擇了伊斯卡的槍鑽（zuàn），以不同的加（jiā）工方法和不同的切削參數（shù）進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍（qiāng）鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題（tí），分別選擇（zé）進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平（píng）合金鑽頭（tóu）進行（háng）了試切加工。

經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（jìn）給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的（de）切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為（wéi）20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用同樣遠（yuǎn）遠低於（yú）進口刀具的費用。

經試（shì）驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質（zhì）量的前提下，我們選擇了費用較低（dī）的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了（le）兩種加工方案進行試驗加工（gōng）：

一種是（shì）進入導向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進（jìn）給率的方（fāng）法進行深（shēn）孔加工;

另一種是以（yǐ）較低轉數和進給率反轉進入導（dǎo）向孔，以零（líng）轉數（shù）和G0的速度快速退出（chū）深孔的加工方法。

經過試（shì）驗加（jiā）工發現：第一（yī）種加工方法加工（gōng）效率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在（zài）保證足（zú）夠冷卻（què）壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀（dāo）具壽命（mìng）試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第（dì）4件零件時，加（jiā）工聲音異常，於是調低進給倍率（lǜ）為90%，繼續加工，可順利完成第4件和（hé）第5件的加工，但加工到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽（zuàn）頭折斷。

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

在某（mǒu）些（xiē）加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度（dù）孔加工問題（tí），可（kě）鑽出一個直線度高（gāo）、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（dù）和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工序，不（bú）受操（cāo）作員技（jì）術（shù）的影響，隻要是一（yī）個高質量的槍鑽便可在生產過程中提供一致的表（biǎo）現。

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