CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫（jiào）深孔?

深孔是指孔深（shēn）與孔徑（jìng）比L/d≥5的孔，深孔加工是（shì）機械加工（gōng）中的一（yī）道難題，尤其（qí）是大（dà）深徑（jìng）比的深孔加工，難點在於刀具細（xì）長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜（xié），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象，從而達（dá）不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑（jìng）為Ф6mm，孔（kǒng）深為105mm，深（shēn）徑比達17：1。超大（dà）的深徑比更增加（jiā）了此零件的加工難度，為了加（jiā）工出（chū）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（shì）切加工，選擇合適的（de）加工（gōng）參數，最終（zhōng）確（què）定了合理的加工方法。

一、零件簡介（jiè）

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

這類高溫合金孔加工相（xiàng）對於一般鋼材切削加工（gōng），刀具壽（shòu）命要（yào）低50%以上，且加工效率低，成本（běn）高。高溫合金孔加工（gōng）主要難點是：

①切削力大（dà），消耗機床功率大（dà）;

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

③用普（pǔ）通的鑽削方（fāng）法難以保證（zhèng）高溫合金（jīn）孔（kǒng）的精度要求。

④高溫合金孔加工中，刀具（jù）磨損比加工普通鋼材快得多，且需要切削（xuē）性能更好的刀具材料（liào）。

為了解決以上加工難點，加（jiā）工此深孔時，必須選擇合適（shì）的加工設備和刀具（jù），保證（zhèng）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（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（miàn）粗糙度差,加工（gōng）效率低、操作者（zhě）勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或折（shé）斷鑽頭，造成（chéng）更大的加工困難（nán），因此（cǐ）刀具最（zuì）好選擇深（shēn）孔加工（gōng）專用（yòng）刀具。

設備的選用考（kǎo）慮（lǜ）到本公司（sī）產品類型多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合（hé）工廠實際，選擇合適的加工設備（bèi）來滿足深孔加（jiā）工的（de）技術要（yào）求。

1.刀具的選擇

深孔（kǒng）加工的刀具有多（duō）種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深（shēn）孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹（gàn）式深孔加工係統等（děng）類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工（gōng）工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽（zuàn）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（gōng）係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和（hé）冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需（xū）專用（yòng）的加工設備。

而槍鑽（zuàn）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。

經對上述幾種深孔加（jiā）工刀具的對比及本廠的（de）實際情況，研（yán）究決定（dìng）采用槍鑽進行此深（shēn）孔的（de）加工。

槍鑽由硬質合金（jīn）鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以（yǐ）加強鑽頭冷（lěng）卻潤滑和使切屑順利排出，並（bìng）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（de）硬度和（hé）耐磨（mó）性;鑽（zuàn）杆一般選用40Cr無縫鋼管。

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

此類（lèi）深孔鑽前角一般為0°，以便製造（zào）。它（tā）無橫刃（rèn），鑽尖偏離（lí）軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切（qiē）屑在鑽尖處斷離（lí）為兩段（duàn），使之較易排（pái）出（chū）。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工件中（zhōng）心上的孔，加工時，通常是工（gōng）件旋轉，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（de）車床與立式機床、刀具或工件（jiàn）旋轉場（chǎng）合（hé）。

綜合（hé）考慮槍鑽（zuàn）加工的應用（yòng）場合及（jí）公司現（xiàn）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（zhuǎn），又配備高壓內冷（lěng）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（kǒng）加工

槍（qiāng）鑽（zuàn）屬於非平衡鑽（zuàn）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，需要靠導套或引導（dǎo）孔分擔。

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

因此，筆者考慮用鑽削引導孔的（de）方式來平衡槍鑽切削（xuē）力。通過大（dà）量實（shí）驗數（shù）據得出：

槍鑽引導孔的深度應為（wéi）1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直（zhí）徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝（yì）試驗與分析

深孔加工（gōng）工序草圖如圖3所（suǒ）示，由圖可知，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削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇（zé）了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參數進行了多個（gè）孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工（gōng）。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作（zuò）用的（de）前提下，筆者也兼顧了刀具成本（běn）問題，分別選擇進（jìn）口的伊斯卡中空內冷合金鑽（zuàn）頭和國產的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過（guò）多個孔的試驗加工，發現進口刀（dāo）具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以（yǐ）達（dá）到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較（jiào）耐磨損（sǔn），但費用較高;國產刀具的切（qiē）削參數偏低，轉速為600r/min，進給率（lǜ）僅為20mm/min，加工效率遠低（dī）於進口刀（dāo）具，費用同樣遠遠低於進（jìn）口刀（dāo）具的費（fèi）用。

經（jīng）試驗，兩種刀具（jù）的加工質量相似。因為此零件的批（pī）量小且加（jiā）工件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工（gōng）。

深孔加工我們采（cǎi）用（yòng）了兩種加工（gōng）方案進行試驗加工：

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

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

經（jīng）過試驗加工發（fā）現：第一種加工方（fāng）法加工效率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法（fǎ），加工效率高且（qiě）質量較好。

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

試驗過程中發現，1把（bǎ）槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進（jìn）給倍率為90%，繼續加工，可（kě）順利完成第4件和第5件的（de）加工，但加工到第6件時，加工到（dào）孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情況下（xià），1把槍鑽最多加工5件（jiàn）零件，可防止鑽頭折斷。

在某些加工範（fàn）圍內，槍（qiāng）鑽能（néng）解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔（kǒng）加工問題，可鑽出一個直線度（dù）高、表麵粗糙度好的孔。

而且（qiě）在（zài）固定所有因素，如主軸轉速、進給（gěi）速度和（hé）冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序（xù）便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技（jì）術的影（yǐng）響，隻要是一個高（gāo）質量的槍（qiāng）鑽便可在生產過程（chéng）中提供一致的表現。

它不僅適（shì）用於專（zhuān）用槍（qiāng）鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑複合加工中心和數控車床，經濟適用性強，有一定的推（tuī）廣價值（zhí）。