​CNC數控機床深孔加工要訣

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深（shēn）與孔徑比L/d≥5的（de）孔，深孔（kǒng）加工是機械加工中的一道（dào）難題，尤其是大深徑比（bǐ）的深孔加工，難點在於刀具細（xì）長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變（biàn）大、出現錐形或孔偏斜等現象，從（cóng）而達不到質量要求。

航空發動（dòng）機某噴嘴類零件，孔徑（jìng）為Ф6mm，孔（kǒng）深（shēn）為105mm，深徑比達17：1。超大的（de）深徑（jìng）比更增加了此零件的加工難度，為了加（jiā）工出合格孔，需製定合理的加工（gōng）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，選擇合適的加工參數，最終確（què）定了合理的加（jiā）工方法。

 

一、零件（jiàn）簡介

某噴（pēn）嘴類零件（jiàn），總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深（shēn）徑比為17：1，屬於深（shēn）孔（kǒng）加工的零件，其材料為（wéi）難加工的GH4169。

這類高溫合（hé）金孔加工（gōng）相對於一般鋼材切削加工，刀具（jù）壽命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗（hào）機床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的（de）高切削（xuē）熱和切屑難以（yǐ）及時排（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的精度要求。

④高溫合金孔加（jiā）工中，刀具磨損比加工普通鋼材（cái）快得多，且（qiě）需要切削性能更（gèng）好的刀具材料。

為了解決（jué）以上加工難點，加工此深（shēn）孔時，必須選擇合適（shì）的加工設備和刀具，保證零（líng）件的加工精度。

 

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的（de）鑽削方式，需加長麻花鑽，而且（qiě）要斷屑加工，不僅加工精度低、表（biǎo）麵粗糙度差,加工（gōng）效率低、操作者勞（láo）動強度大、質量難以保證，而（ér）且很容易（yì）引起堵屑或（huò）折斷鑽（zuàn）頭，造成更大的加工困難，因此刀（dāo）具最好（hǎo）選擇深孔加工專用刀具。

設備的選（xuǎn）用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（shēng）產批量（liàng）較小，不可能購置深孔（kǒng）加工（gōng）專用機床，為了更好地保證（zhèng）深孔精度要求，結合工（gōng）廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加（jiā）工的技術（shù）要求。

 

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可（kě）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（xī）鑽（zuàn）適用於經改裝的（de）車床、臥式（shì）加工中心，易加工工件材料;套料鑽、內排屑（xiè）深孔鑽的鑽孔直徑（jìng）不（bú）適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質（zhì）合金可轉位（wèi）深孔鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加（jiā）工係統主要是利用壓縮空（kōng）氣（qì）進行排屑和冷卻，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（zhǎng）徑比L/D>100、表麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

 

經對上述幾種深孔加工刀具的對（duì）比及本廠（chǎng）的實際情況，研究決定采用槍鑽進行（háng）此深孔的加工（gōng）。

槍（qiāng）鑽由（yóu）硬質合金鑽尖、鑽杆（gǎn）和刀柄三部分組成。

槍（qiāng）鑽鑽尖上開有油孔，以加（jiā）強鑽頭冷卻潤滑和（hé）使切屑順（shùn）利排出，並選（xuǎn）擇韌性和（hé）抗振性均較（jiào）佳的硬質合金作為基體，表（biǎo）麵可塗TiC或TiN，以提高鑽（zuàn）頭的硬度（dù）和耐磨（mó）性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油（yóu）由鑽杆後部中孔注入，經（jīng）腰形孔到達（dá）切削區後迫使切（qiē）屑隨切削液（yè）由V型槽與工件孔壁間空間排（pái）出，故稱外排屑。

此類深（shēn）孔鑽前角一（yī）般為0°，以（yǐ）便製造。它無橫刃，鑽尖偏離（lí）軸線，鑽孔（kǒng）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

槍鑽是用來鑽削（xuē）回（huí）轉（zhuǎn）工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進（jìn）給，較適用於加工中心及配備高壓冷卻係統的車床與立（lì）式機床、刀具或工件（jiàn）旋轉場合。

綜合考（kǎo）慮槍鑽（zuàn）加（jiā）工的應用場合（hé）及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了（le）車銑複合加工中心，此設（shè）備既可實現零件旋轉，又配備（bèi）高壓內（nèi）冷係（xì）統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導（dǎo）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。

為了減少鑽頭周（zhōu）邊的徑向切（qiē）削力，需要靠導套或引（yǐn）導孔分擔。

典型（xíng）的槍鑽機床上配有槍鑽（zuàn）引（yǐn）導套，而本例所選（xuǎn）的車銑加工中心不是槍（qiāng）鑽專用機床（chuáng），沒有配備導套，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（fāng）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，直（zhí）徑應（yīng）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（shēn）孔加（jiā）工（gōng）工序草圖如圖3所示（shì），由圖（tú）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。

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

 

(1)引（yǐn）導孔加（jiā）工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提（tí）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冷合金鑽頭和國產（chǎn）的四平合金鑽頭進（jìn）行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發現（xiàn）進口刀具切削（xuē）參數比國產刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為（wéi）50mm/min，而且較耐磨損，但費（fèi）用較高（gāo）;國產刀具（jù）的切削參數偏低（dī），轉速為（wéi）600r/min，進給率僅為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的費用。

經試驗，兩種（zhǒng）刀具的加工質量相似。因為此零件（jiàn）的批量小且加工件數少（shǎo），在滿足加工質量的前提（tí）下，我們選擇了費（fèi）用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深（shēn）孔加工我們（men）采用了兩種加工方（fāng）案進行試驗加工：

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

另一種是以較低轉數和進給率反轉進（jìn）入（rù）導向孔，以零轉數（shù）和G0的速度快速退出深孔的加工方法。

 

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工（gōng）效率低且零件表麵質量差，而第（dì）二種加工方（fāng）法，加（jiā）工效（xiào）率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工（gōng）方法進行了（le）刀具壽命試驗。

試（shì）驗過（guò）程中發現，1把槍（qiāng）鑽加工到（dào）第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼（jì）續加工，可順利完成第4件和第5件的（de）加工，但加工（gōng）到第（dì）6件時，加工到（dào）孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進（jìn）給（gěi）倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折（shé）斷。


在（zài）某些加（jiā）工範圍內，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，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

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

它（tā）不僅適用於專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情（qíng）況（kuàng）下（xià）也適用（yòng）於車銑複合加工（gōng）中心和數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。