CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是（shì）指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道（dào）難題，尤其是（shì）大深（shēn）徑比的深孔加工，難點在於刀具細（xì）長，剛性差、強度低，易（yì）引起刀具（jù）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零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超（chāo）大的深徑比更增加了（le）此零（líng）件的加工難度，為了加工出合格孔，需製（zhì）定合理的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過（guò）試件的試切（qiē）加工，選擇合適（shì）的加工參（cān）數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某（mǒu）噴嘴類零件，總（zǒng）長為（wéi）105mm，杆部（bù）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（dī）50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難（nán）點是：

①切削（xuē）力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高切削熱和切屑難以（yǐ）及時（shí）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快得多，且需要切削（xuē）性能更好的刀具材料。

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

二、加（jiā）工（gōng）工（gōng）藝設計（jì）和分析

零件深孔加（jiā）工選用常規（guī）的鑽削方（fāng）式，需加長麻花鑽（zuàn），而且要斷屑（xiè）加（jiā）工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者（zhě）勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起（qǐ）堵（dǔ）屑或折斷鑽頭，造成更（gèng）大（dà）的加工困難，因此刀（dāo）具（jù）最好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（dì）保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足（zú）深孔加工的技術要求。

1.刀具的（de）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（chuáng）、臥式加工中心，易加工工件（jiàn）材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不（bú）適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合（hé）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（xiè）和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需（xū）專用的加（jiā）工設備。

而槍鑽（zuàn）適用於加工（gōng）Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵（miàn）粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

經對上述幾種深孔（kǒng）加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定采用槍（qiāng）鑽進行此深孔的加工。

槍（qiāng）鑽由（yóu）硬（yìng）質合金鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄（bǐng）三部分組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開（kāi）有油孔，以加強鑽頭冷（lěng）卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和抗振性均較佳的硬（yìng）質合金作為基（jī）體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由（yóu）鑽杆後部中孔注入，經腰形孔（kǒng）到達切削區（qū）後迫使切屑隨切削液由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（kǒng）時鑽尖（jiān）前方形成小圓錐，可使切（qiē）屑（xiè）在鑽尖處斷離為兩段，使之（zhī）較易排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉（zhuǎn）工件中心（xīn）上的孔，加（jiā）工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進（jìn）給（gěi），較（jiào）適用於加工中心及配備高壓冷（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（yīng）用場合及公司現（xiàn）有（yǒu）設備情況，在（zài）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（pèi）備高壓內冷係統（tǒng），滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍（qiāng）鑽引導孔加工（gōng）

槍鑽屬（shǔ）於非平衡（héng）鑽頭，不平衡的槽（cáo）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（lì）所選的車銑加工（gōng）中心（xīn）不是槍（qiāng）鑽（zuàn）專（zhuān）用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無（wú）法設計導套。

因此，筆者（zhě）考慮用鑽削引導孔的方式來平衡（héng）槍鑽（zuàn）切削力。通過（guò）大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度應為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。

4.工藝試驗與分（fèn）析

深孔（kǒng）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（xiàng）孔時，以不（bú）同廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工（gōng）;鑽深孔時（shí），我們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，筆者也兼顧了刀具（jù）成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內（nèi）冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試切（qiē）加工。

經過多個孔的試驗（yàn）加工，發現進口刀具切削參數比國產（chǎn）刀具要高（gāo）許多，轉速可以達到2500r/min，進給率（lǜ）為50mm/min，而且較耐磨損（sǔn），但費（fèi）用（yòng）較高;國產刀具的切削參數（shù）偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠（yuǎn）低於（yú）進口刀具（jù），費用同樣（yàng）遠遠低於進口刀具的費用。

經試驗（yàn），兩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，我們選擇了費用較低（dī）的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

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

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

另一（yī）種（zhǒng）是以較（jiào）低轉（zhuǎn）數和進給（gěi）率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工（gōng）方（fāng）法。

經過試驗加（jiā）工發現：第（dì）一種加工方法加工效率低且零件表麵質量（liàng）差，而第二種加工方法，加工效率高且質（zhì）量較好。

因（yīn）此，在（zài）保證（zhèng）足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗。

試（shì）驗過程中發現，1把槍鑽加（jiā）工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低（dī）進給倍率為90%，繼續（xù）加工，可順利（lì）完成（chéng）第4件和（hé）第5件（jiàn）的加工，但加工到第6件時（shí），加工到孔（kǒng）深78mm時，鑽頭折斷。

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

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工（gōng）問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在（zài）固定所有因（yīn）素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工（gōng）序，不受操作員技術的影響（xiǎng），隻要是一個高質量的槍鑽便可（kě）在生產過（guò）程中提供一致的（de）表現。

它不僅（jǐn）適用於專用槍鑽機床（chuáng），同時在高壓內冷和導向滿足的情況下也（yě）適用於（yú）車（chē）銑複合加工（gōng）中心和數控車床，經濟適用（yòng）性強，有（yǒu）一定的推廣價值。