​CNC數控機床深孔加（jiā）工要訣

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深與（yǔ）孔徑比L/d≥5的孔（kǒng），深孔（kǒng）加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起（qǐ）刀具偏斜，且散（sàn）熱困難，排屑不易（yì），經常產生直徑變（biàn）大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要（yào）求。

航空發動機（jī）某噴嘴類零件，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（de）加工難度，為了加工出合格（gé）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加工，選（xuǎn）擇合適的加工參數，最終確定了合理的（de）加（jiā）工（gōng）方（fāng）法。

 

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為（wéi）2mm，表麵粗糙度為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（hé）金孔加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（wēn）合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗（hào）機床功率大;

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（jù）磨損更（gèng）為劇烈;

③用普通的鑽削方法（fǎ）難以保證高（gāo）溫合（hé）金孔的精度（dù）要求。

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

為了解（jiě）決以上加工難點，加工此深（shēn）孔（kǒng）時，必須選擇合適的加工設備和刀具，保證（zhèng）零（líng）件的加工精度。

 

二、加工工藝設計和分析

零件深（shēn）孔加工選用常規的鑽削（xuē）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,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度大、質量難以（yǐ）保證，而且很容易引起堵（dǔ）屑或（huò）折斷鑽（zuàn）頭，造成更大的加工困難，因此刀具最（zuì）好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品結（jié）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（gèng）好地保證深孔精度要求，結合工廠（chǎng）實際，選擇合適的加工設備來（lái）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（rú）槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位（wèi）深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔（kǒng）加工係統（tǒng）等類型。

噴吸鑽（zuàn）適用（yòng）於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料;套料鑽、內排屑深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）利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削（xuē）液進行潤滑，需專用的加工設備。

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（zhǒng）深孔加工刀具的對比及（jí）本廠的實際情況，研究決定采（cǎi）用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽（zuàn）由硬質合（hé）金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽（zuàn）鑽（zuàn）尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和抗（kàng）振性均較佳（jiā）的硬質合金作為基體，表麵可塗TiC或（huò）TiN，以提高鑽頭的硬度和（hé）耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫（féng）鋼（gāng）管（guǎn）。

其原理是高（gāo）壓油由鑽（zuàn）杆（gǎn）後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液（yè）由V型槽與工件孔（kǒng）壁間空間排出，故稱外排屑。

此（cǐ）類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓（yuán）錐（zhuī），可使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉（zhuǎn）工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進（jìn）給，較適用於加工中心及配備（bèi）高壓冷（lěng）卻係統的車（chē）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（chǎng）合及公司現（xiàn）有設備情況，在此零件（jiàn）加工時，筆者選擇了（le）車銑複合加工中心，此設（shè）備既可實現零件旋轉，又（yòu）配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場（chǎng）合（hé）。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於（yú）非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不平（píng）衡。

為（wéi）了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要（yào）靠（kào）導套或引導孔（kǒng）分擔。

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

因此，筆者（zhě）考慮用鑽削引導孔的方式來平（píng）衡槍鑽切削（xuē）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（zhí）徑，直徑應（yīng）比槍鑽鑽頭直徑大（dà）0.004～0.012mm較合適（shì）。

 

4.工藝試驗與分析

深孔加（jiā）工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導（dǎo）向孔→鑽深（shēn）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（zuàn）頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊（yī）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試驗。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導（dǎo）孔時，在滿足（zú）槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成（chéng）本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金（jīn）鑽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（jiā）工（gōng），發（fā）現進口（kǒu）刀具切（qiē）削參數比國產刀（dāo）具要高許多，轉速可以（yǐ）達到2500r/min，進給率為50mm/min，而（ér）且較耐磨損，但費用較高;國（guó）產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給（gěi）率僅（jǐn）為20mm/min，加工效率遠低於進（jìn）口刀具，費用同樣遠遠（yuǎn）低於進口刀具的費用。

經試驗，兩（liǎng）種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少（shǎo），在滿足加工質量的前提（tí）下，我（wǒ）們選擇了費用較低的四平合金（jīn）鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加工方案進行（háng）試驗加工：

一種（zhǒng）是進入導（dǎo）向孔和退出深孔（kǒng）時，均采取小於鑽削時轉數和進給（gěi）率的（de）方（fāng）法進行深孔（kǒng）加工;

另一種是以較（jiào）低轉數和進給率反轉進入（rù）導向孔，以零轉數和G0的（de）速度快速退（tuì）出（chū）深孔的加工方法。

 

經過試驗加工發現：第（dì）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（gōng）方（fāng）法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況（kuàng）下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗。

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

經過試（shì）驗，在調低進（jìn）給倍率的情況下，1把槍（qiāng）鑽（zuàn）最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。


在（zài）某（mǒu）些加工範圍內，槍鑽能解決麻（má）花鑽不能解決的（de）深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個直線（xiàn）度高、表麵粗（cū）糙度好的孔。

而且（qiě）在固（gù）定（dìng）所有因素，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”工序，不（bú）受操作員技術的影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可在生產過程中提供（gòng）一致的表現。

它（tā）不僅適用於（yú）專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿（mǎn）足的情況下也適用於車銑複合（hé）加工中心和數控（kòng）車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。