CNC數控機床深孔加（jiā）工要訣

什麽叫深孔?

深孔是（shì）指孔深與孔徑比（bǐ）L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比（bǐ）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，排屑不易，經常產生直徑變大、出現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（lèi）零件（jiàn），孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工（gōng）難度，為了加（jiā）工出合格孔，需製（zhì）定合理（lǐ）的加工方案，選擇合（hé）適的加工設備和刀（dāo）具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最（zuì）終確定了合理的加工方（fāng）法。

一、零（líng）件簡介

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

這類高（gāo）溫合金孔加工相對（duì）於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，成（chéng）本高。高溫合金孔加工（gōng）主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封（fēng）閉的切削，產生的（de）高切削熱和切屑難以（yǐ）及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法（fǎ）難以（yǐ）保證高溫合金孔（kǒng）的精度要求。

④高溫合金孔加工（gōng）中，刀具磨損比加工普通鋼（gāng）材（cái）快得多，且需要（yào）切削性能更好（hǎo）的刀具材料。

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

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規（guī）的鑽削方式，需加長麻花鑽（zuàn），而且要斷屑（xiè）加工，不（bú）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（róng）易引起堵屑或（huò）折斷鑽頭，造（zào）成更大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加（jiā）工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品結構差（chà）異大，且生產（chǎn）批量較小，不可能購置深孔（kǒng）加（jiā）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來滿足深孔加工的（de）技（jì）術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的（de）刀具有多種，如槍鑽、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬質（zhì）合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽（zuàn）和亞幹式深孔加工係統等類型。

噴吸（xī）鑽適用（yòng）於（yú）經改裝（zhuāng）的車床、臥式加工中心（xīn），易加工工件材料（liào）;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直（zhí）徑不（bú）適（shì）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利用壓縮（suō）空氣進行排（pái）屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤（rùn）滑，需（xū）專（zhuān）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（de）深孔。

經對上（shàng）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（cǐ）深孔（kǒng）的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有（yǒu）油（yóu）孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇（zé）韌性和抗（kàng）振性均（jun1）較佳的硬質合金（jīn）作為基體，表麵（miàn）可塗TiC或TiN，以提高鑽（zuàn）頭的硬（yìng）度和耐（nài）磨性（xìng）;鑽杆一般選（xuǎn）用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨（suí）切削液由V型槽與工件（jiàn）孔壁間空（kōng）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（zuàn）尖偏（piān）離（lí）軸線（xiàn），鑽孔時鑽尖前方形成小（xiǎo）圓錐，可使（shǐ）切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較（jiào）易排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工（gōng）件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中（zhōng）心（xīn）及（jí）配（pèi）備高壓冷（lěng）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，筆者選擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此設備既可實現零（líng）件旋轉，又配（pèi）備高壓內冷（lěng）係統，滿足槍（qiāng）鑽的應用場合。可以進行（háng）鑽（zuàn）孔（kǒng）加工。

3.槍鑽（zuàn）引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽（cáo）形（xíng）意味著切削力不（bú）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（diǎn）型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工中（zhōng）心（xīn）不是槍鑽專用機床，沒（méi）有配備導套（tào），且沒（méi）有夾具（jù），無法設計導套。

因此（cǐ），筆者考慮用鑽削引（yǐn）導孔的方式來平衡槍鑽（zuàn）切削力。通過大（dà）量實驗數據得出：

槍鑽引導孔（kǒng）的深（shēn）度應為（wéi）1～2倍槍鑽（zuàn）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（yóu）圖（tú）可知，用軟（ruǎn）三爪裝夾，以定位，夾緊（jǐn），按車端（duān）麵→鑽（zuàn）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（tóng）廠家的鑽（zuàn）頭按不同切削（xuē）參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡（kǎ）的槍鑽，以不同的（de）加工方法（fǎ）和不同的切（qiē）削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的（de）前提（tí）下，筆者也兼顧了刀具成（chéng）本（běn）問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內（nèi）冷合金鑽頭（tóu）和國產的四平合（hé）金鑽頭進行了試切加工。

經過多個（gè）孔的試驗加工，發現進口（kǒu）刀具切削參數比國產刀（dāo）具（jù）要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐（nài）磨損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為（wéi）20mm/min，加（jiā）工效率遠低於進口刀具，費用（yòng）同樣遠（yuǎn）遠低於進口刀具的費（fèi）用。

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

(2)深孔加工。

深孔加工我們采（cǎi）用了兩種加工方案進行試驗（yàn）加工：

一種是進入導向孔（kǒng）和退出深孔時，均采（cǎi）取（qǔ）小於鑽削（xuē）時轉數和進給率的方法進（jìn）行深（shēn）孔加工（gōng）;

另一種是以較低（dī）轉數（shù）和進給率反轉進入導向孔，以零轉（zhuǎn）數和G0的速度（dù）快速退出（chū）深孔的加工方法。

經過試驗加工發現（xiàn）：第一種加工方法加（jiā）工效率低且零（líng）件表麵質量差，而第二種加工方（fāng）法，加工效率高且質（zhì）量較好（hǎo）。

因此，在保（bǎo）證足（zú）夠冷卻壓力的（de）情況下，選擇第二種加工（gōng）方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給倍率為90%，繼（jì）續（xù）加工，可順（shùn）利完成第4件和第5件的加（jiā）工，但加工到第6件時，加工到（dào）孔深78mm時，鑽頭折（shé）斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情況（kuàng）下，1把槍鑽最多加（jiā）工5件零件，可（kě）防止鑽頭折斷。

在（zài）某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽（zuàn）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（hǎo）的（de）孔。

而（ér）且在固定所有因素，如主軸（zhóu）轉速、進給（gěi）速（sù）度和冷卻液壓力（lì）後，深孔鑽這個（gè）工序便成為一個簡易的“標準（zhǔn）”工序，不受操（cāo）作員技術的影響，隻要是一（yī）個高質量的槍鑽便（biàn）可在（zài）生產過程中提供一致的表現。

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