​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽（me）叫深孔?

深（shēn）孔是指孔深與孔徑（jìng）比L/d≥5的孔，深孔加工（gōng）是機（jī）械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細（xì）長，剛性差、強度低，易引起刀（dāo）具（jù）偏斜，且散熱困難（nán），排屑不易，經常產生直徑變大、出（chū）現錐形或孔偏斜等現象，從而（ér）達（dá）不（bú）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（dá）17：1。超大的深徑比更增加了此零（líng）件的加工（gōng）難度，為了加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選（xuǎn）擇合（hé）適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加（jiā）工，選擇合適的加工參數，最（zuì）終確（què）定了合理的加工方法。

一、零件簡（jiǎn）介

某噴（pēn）嘴類零件，總長為105mm，杆部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔（kǒng）加工的零件，其材料為難加（jiā）工的GH4169。

這類（lèi）高溫合金孔（kǒng）加（jiā）工相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加（jiā）工（gōng）主（zhǔ）要難點是：

①切削力大（dà），消（xiāo）耗機床功率大;

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

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

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

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

二、加工（gōng）工藝設計和分析

零件深孔加（jiā）工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率（lǜ）低、操作（zuò）者（zhě）勞動強度大（dà）、質量難（nán）以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造（zào）成更大（dà）的加工困難，因此（cǐ）刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工（gōng）產品結構差（chà）異大，且生產（chǎn）批量較（jiào）小，不可能購置深孔加工專用機（jī）床，為了更好地保證深孔（kǒng）精度要求，結（jié）合（hé）工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的技術要求。

1.刀具（jù）的選擇

深孔加（jiā）工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉（zhuǎn）位深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料（liào）;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽（zuàn）孔直徑不適合鑽加工（gōng）Ф6mm的小孔;硬質（zhì）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空氣進行排屑和冷卻，使用霧（wù）化切削液進行潤滑，需專用的加工設備（bèi）。

而槍鑽適用於加工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實際情況，研究決定采用（yòng）槍（qiāng）鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由（yóu）硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部（bù）分組成。

槍鑽鑽尖（jiān）上開有（yǒu）油孔，以（yǐ）加強鑽頭冷卻（què）潤滑和使切屑（xiè）順利排出，並選擇韌性（xìng）和抗振性均較佳的硬質合金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一（yī）般選用40Cr無縫鋼管（guǎn）。

其（qí）原理是高壓油由（yóu）鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到（dào）達切削區後迫使切屑隨切（qiē）削液由V型槽與工件（jiàn）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（wú）橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易（yì）排（pái）出（chū）。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽（zuàn）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（shì）機床、刀具或工件（jiàn）旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應（yīng）用場（chǎng）合（hé）及公司現（xiàn）有設備情況，在此零件加（jiā）工時，筆者選擇了車（chē）銑複合加工中心，此設（shè）備既可實現零件旋轉（zhuǎn），又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用（yòng）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衡。

為了（le）減（jiǎn）少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引（yǐn）導孔分擔。

典型的（de）槍鑽機床（chuáng）上配有槍鑽引導套，而本例所選的（de）車銑（xǐ）加工（gōng）中心不是（shì）槍鑽專（zhuān）用機床，沒有配備導套，且沒（méi）有夾具，無法設計導套。

因（yīn）此，筆（bǐ）者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽（zuàn）切削力（lì）。通過大量實驗數據得（dé）出：

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

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可（kě）知，用軟三爪裝夾，以（yǐ）定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序（xù）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（jìn）行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切（qiē）削參數進行了（le）多（duō）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前提下，筆者也兼顧（gù）了刀具成本問（wèn）題，分別選擇進口的（de）伊（yī）斯卡（kǎ）中空內冷（lěng）合金（jīn）鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過多個（gè）孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具（jù）要高許多，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;國產刀具的切削參數偏低，轉（zhuǎn）速（sù）為600r/min，進給率（lǜ）僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具的（de）費用。

經試驗（yàn），兩（liǎng）種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小（xiǎo）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（jiào）低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工（gōng）。

深孔加工我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退出深孔（kǒng）時，均采取小於（yú）鑽削時轉數和（hé）進給率的方法進行深（shēn）孔加工;

另一種是以較低轉數和進給率（lǜ）反（fǎn）轉進入導向孔（kǒng），以零轉數和G0的速（sù）度快速退出深（shēn）孔的加工方法。

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工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，在保證足夠冷卻壓力（lì）的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗（yàn）。

試驗過程中發（fā）現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第（dì）4件和第5件的加工，但（dàn）加工（gōng）到（dào）第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在（zài）調低進（jìn）給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防（fáng）止鑽頭折斷。

在某（mǒu）些加工範圍（wéi）內，槍鑽能解決麻花鑽不（bú）能解決的深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個直（zhí）線度高、表麵粗糙（cāo）度好的孔。

而且在固（gù）定所有（yǒu）因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深（shēn）孔鑽這個工序便成為一個簡易的（de）“標準”工序，不受操作員技術的（de）影響，隻要（yào）是一個高（gāo）質量的槍鑽便可（kě）在生產過程（chéng）中提供一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情（qíng）況下也（yě）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（dìng）的推廣價值。