​CNC數控機床深孔加工要訣

什（shí）麽（me）叫深（shēn）孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機（jī）械加工中的一（yī）道難題，尤其是大（dà）深徑比的深孔加工，難點在於刀具細（xì）長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散（sàn）熱困難（nán），排屑不易，經常產（chǎn）生直徑變大（dà）、出現錐形或（huò）孔（kǒng）偏斜等現象，從（cóng）而達不到質量要求。

航空發動機某（mǒu）噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大（dà）的深徑比更增加了此零件的加工難度，為（wéi）了加工出合格（gé）孔（kǒng），需製定（dìng）合理的加工方案，選擇合（hé）適（shì）的加工設備和刀具。筆者經過試（shì）件（jiàn）的試切加（jiā）工，選擇合適的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類（lèi）零件，總長為105mm，杆（gǎn）部內孔為φ6+0.12mm，壁（bì）厚為2mm，表麵粗（cū）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。

這類高溫合金孔加工相對於一般（bān）鋼材切削加工，刀具壽命要（yào）低50%以上，且加工效率（lǜ）低，成本高。高溫合金孔加工主要（yào）難點是：

①切削（xuē）力大，消耗機床功率大（dà）;

②孔（kǒng）加工是半封閉的切削，產生的高切（qiē）削熱和切（qiē）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（gāo）溫合金孔的精度要求。

④高（gāo）溫合金孔加工中，刀具（jù）磨（mó）損比加工普（pǔ）通鋼材快得多，且（qiě）需要切（qiē）削性能更好的（de）刀具材料。

為了（le）解決以上加工難點，加工此（cǐ）深孔時（shí），必須選擇合適的加工（gōng）設備和刀具，保證（zhèng）零件的加工精（jīng）度。

二、加工工藝設計和分析

零件深（shēn）孔加工選（xuǎn）用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而（ér）且要（yào）斷屑加工，不僅加工（gōng）精度低、表麵粗（cū）糙度差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很（hěn）容易引起堵屑或（huò）折斷鑽頭，造成更大的加（jiā）工困難，因此刀具最好選擇深孔加工（gōng）專用（yòng）刀具。

設備的選用考慮到本公司產（chǎn）品類型多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量（liàng）較（jiào）小（xiǎo），不可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔（kǒng）精度要求，結合工廠實際（jì），選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的技術（shù）要求。

1.刀（dāo）具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸（xī）鑽（zuàn）、套料鑽、硬質合（hé）金（jīn）可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔加（jiā）工係統等類（lèi）型（xíng）。

噴（pēn）吸鑽適用於經改裝的車床、臥（wò）式加工中（zhōng）心，易加（jiā）工工件（jiàn）材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽（zuàn）加工Ф6mm的小孔（kǒng）;硬質合金可轉位深孔鑽一般最小（xiǎo）鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹（gàn）式（shì）深孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤（rùn）滑，需專（zhuān）用的加工設備。

而槍鑽適用於加（jiā）工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵（miàn）粗（cū）糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度（dù）H7～H10級的深（shēn）孔。

經（jīng）對上述幾種深（shēn）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）深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和（hé）刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油（yóu）孔，以加強鑽頭冷卻（què）潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌（rèn）性（xìng）和抗振性均較佳（jiā）的硬質合（hé）金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中（zhōng）孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空（kōng）間（jiān）排出，故稱外排屑（xiè）。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃（rèn），鑽尖（jiān）偏離軸線（xiàn），鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽（zuàn）尖處斷離為兩（liǎng）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（cháng）是工件旋（xuán）轉，鑽頭作直線進給，較適用（yòng）於加工中（zhōng）心及配（pèi）備高壓冷卻係（xì）統的車床與立式（shì）機床、刀（dāo）具或工件（jiàn）旋轉場合。

綜合考慮槍（qiāng）鑽加工的應用（yòng）場合及公司現有設備情況，在此零件加工時（shí），筆者選擇了車銑複合加工中心，此設備既可實現零（líng）件旋轉，又配備高壓內（nèi）冷（lěng）係統，滿（mǎn）足槍（qiāng）鑽的應用場合。可以（yǐ）進行鑽孔加工。

3.槍鑽引（yǐn）導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭（tóu），不平衡的槽形意味著切削力（lì）不平衡。

為（wéi）了（le）減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例（lì）所選（xuǎn）的車銑加工中心不是槍（qiāng）鑽專用機床，沒有配（pèi）備導套，且（qiě）沒有（yǒu）夾具，無法設計導套。

因此（cǐ），筆者（zhě）考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數（shù）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（hé）適。

4.工藝試驗與分析

深（shēn）孔加工工序草圖如圖3所（suǒ）示，由圖可知，用（yòng）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（chǎng）家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊（yī）斯卡的槍鑽，以（yǐ）不同的加（jiā）工方法和不同的切削參數進行（háng）了（le）多個孔（kǒng）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）前提下，筆者也兼（jiān）顧了刀具成（chéng）本問題，分別選擇進口的（de）伊（yī）斯卡中空內冷合金（jīn）鑽頭和國產（chǎn）的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要（yào）高許多，轉（zhuǎn）速可以達到2500r/min，進（jìn）給率為50mm/min，而且（qiě）較耐磨損，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20mm/min，加工效率遠低於（yú）進口刀（dāo）具，費用同樣遠遠（yuǎn）低於進（jìn）口刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的（de）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（zhì）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。

深孔加（jiā）工我們采用了兩種加工（gōng）方案進行試（shì）驗加工：

一種是進入導向（xiàng）孔（kǒng）和退出深孔時，均采（cǎi）取小於鑽削時（shí）轉數和進給（gěi）率的方法進行深孔（kǒng）加工（gōng）;

另一種是以較低轉數和進（jìn）給率反轉進入導向孔，以（yǐ）零（líng）轉數和G0的速度（dù）快速退出深孔的加工（gōng）方法。

經（jīng）過試（shì）驗加工發現：第一種（zhǒng）加工方法加工效率低且零件表麵質量差，而第二種（zhǒng）加工方法，加工效率高且質量（liàng）較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的（de）情況下，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把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調低進（jìn）給（gěi）倍率為（wéi）90%，繼續加（jiā）工，可順利完成第4件和第5件的加工，但加工到（dào）第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折（shé）斷。

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

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

而（ér）且在固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷（lěng）卻液壓（yā）力後，深孔鑽這個工（gōng）序便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是（shì）一個高質量的槍鑽便可在生（shēng）產過程中提供一致的表現。

它不（bú）僅適用於（yú）專用槍（qiāng）鑽機床（chuáng），同時在高（gāo）壓內冷和導（dǎo）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，有一定的推廣價值。