​CNC數（shù）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的孔，深孔加工（gōng）是（shì）機械加工中的一道（dào）難題，尤其是大深徑（jìng）比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引（yǐn）起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現（xiàn）錐形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為（wéi）Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑（jìng）比更增加了此零件的加（jiā）工難度，為了（le）加工（gōng）出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切（qiē）加工，選擇合適的加工（gōng）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，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為（wéi）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相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以（yǐ）上，且加工（gōng）效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率（lǜ）大;

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

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔（kǒng）的（de）精度要（yào）求。

④高（gāo）溫合金孔加工（gōng）中，刀（dāo）具（jù）磨損（sǔn）比加工普通鋼材快得多，且需要切削性能更好的刀具材料。

為了解決以上加工難點，加工（gōng）此深孔時，必須選擇合適的（de）加工（gōng）設備和刀（dāo）具，保證零件的加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需（xū）加長麻花鑽，而且要（yào）斷（duàn）屑加工，不僅加工精度（dù）低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保（bǎo）證，而且很容（róng）易引起（qǐ）堵屑或折斷鑽頭，造（zào）成更大的加（jiā）工困難，因此刀具最（zuì）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（chǎn）品結（jié）構差異大，且（qiě）生產批量較小，不可（kě）能購置深（shēn）孔加工專用機床，為了更好地保證深（shēn）孔精度要求，結合（hé）工廠（chǎng）實（shí）際，選（xuǎn）擇合適的加工（gōng）設備來滿足深孔加（jiā）工的技術要求。

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（zuàn）、硬質合金可轉位深孔鑽、內排（pái）屑（xiè）深孔鑽和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（yì）加工工件材料;套料鑽、內排屑（xiè）深（shēn）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般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是（shì）利用壓縮（suō）空氣進行排屑和冷卻（què），使用霧化切削液進行潤滑，需專用的（de）加工設（shè）備。

而槍鑽適用於加工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵粗糙度（dù）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（de）對比及（jí）本廠的實際情（qíng）況，研究決定采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍（qiāng）鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄（bǐng）三部分組成。

槍鑽鑽（zuàn）尖上開有油孔，以加強鑽（zuàn）頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌（rèn）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（gāo）鑽頭的（de）硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

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

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸（zhóu）線，鑽孔時鑽尖前方形成（chéng）小（xiǎo）圓（yuán）錐，可使切（qiē）屑在鑽尖處斷（duàn）離為兩段（duàn），使（shǐ）之較易排出。

2.設備

槍鑽（zuàn）是用（yòng）來鑽削回轉工（gōng）件中心上的孔，加工時，通常是（shì）工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適（shì）用於加工中（zhōng）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。

綜合考慮槍鑽加工（gōng）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。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不平（píng）衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要（yào）靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導（dǎo）套（tào），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（qiě）沒有夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽（zuàn）削引導孔的方式來平衡（héng）槍鑽切削力。通過大量實驗（yàn）數據得出：

槍鑽（zuàn）引導（dǎo）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（shì）。

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（zhuāng）夾，以定位，夾（jiá）緊，按車端麵→鑽導向（xiàng）孔→鑽深孔的順序進行零（líng）件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠（chǎng）家的鑽頭按不同切削參（cān）數進（jìn）行試驗加工;鑽深孔時，我們選（xuǎn）擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參（cān）數進行了多個孔的鑽削（xuē）試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆（bǐ）者也兼顧了刀具成本問題，分別（bié）選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和（hé）國產的四平合金鑽頭（tóu）進（jìn）行了試切加工。

經過多個（gè）孔的試驗加工，發現（xiàn）進口刀具切削參數比國產刀具要高許（xǔ）多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高（gāo）;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率（lǜ）遠低於進口刀具，費用（yòng）同樣遠遠低於進口刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量（liàng）相似。因為此零件的（de）批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用（yòng）較低（dī）的四平合（hé）金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加（jiā）工我們采用了兩種加工方案進行試驗加（jiā）工（gōng）：

一種是進入導向孔（kǒng）和退出深孔時，均采取小於（yú）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（hé）進給（gěi）率反轉進入導向孔，以零（líng）轉數和G0的速度快速退（tuì）出（chū）深孔（kǒng）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（biǎo）麵質量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證（zhèng）足夠冷（lěng）卻壓力的（de）情況下，選擇第二（èr）種加工方法進行了刀具壽（shòu）命試驗。

試驗過（guò）程中發現，1把槍鑽加（jiā）工到第4件零件時，加工（gōng）聲音（yīn）異常，於是調低（dī）進（jìn）給倍率為90%，繼續加工，可順利完成（chéng）第4件和第（dì）5件（jiàn）的加工（gōng），但加工到第6件時，加工到孔（kǒng）深78mm時（shí），鑽頭（tóu）折斷。

經過（guò）試驗，在調（diào）低進給倍率的情況下，1把槍鑽最（zuì）多加工5件零件（jiàn），可防止鑽頭折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能（néng）解決（jué）麻花鑽不能解（jiě）決的（de）深孔和高精度孔加工問題，可鑽（zuàn）出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔（kǒng）。

而且（qiě）在固定所有因素，如主軸轉速、進給速（sù）度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為（wéi）一個簡易的“標準”工序，不受操作員（yuán）技術的影響，隻要是一個（gè）高質量的槍鑽便可在生產（chǎn）過程（chéng）中提供一致的（de）表（biǎo）現。

它不僅（jǐn）適用（yòng）於專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情況下也適用（yòng）於車銑（xǐ）複合加工中（zhōng）心和數（shù）控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。