CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深（shēn）孔是指孔深（shēn）與（yǔ）孔徑比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（shēn）徑（jìng）比的深孔加工，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（bú）到質量要求（qiú）。

航空發動（dòng）機某噴嘴類零件，孔（kǒng）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難度，為了（le）加工出（chū）合（hé）格孔，需製定合理的加工方案，選擇合（hé）適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工（gōng），選擇合適的加工參數，最終確定了合理（lǐ）的加工方法。

一、零件簡介

某（mǒu）噴嘴類零件，總長為105mm，杆部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深（shēn）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（kǒng）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。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大（dà）;

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

③用普通的鑽（zuàn）削方法難以保（bǎo）證高溫合（hé）金（jīn）孔的精度要求。

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

為了解決（jué）以上加工（gōng）難點，加工（gōng）此深孔（kǒng）時，必須選擇合適的加工設備和刀具，保（bǎo）證零件的加工精度。

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（fāng）式，需加長麻花鑽（zuàn），而且要斷屑加（jiā）工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率（lǜ）低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易（yì）引（yǐn）起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的（de）加工困難，因此刀具（jù）最好選（xuǎn）擇深孔加工專用刀具。

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（pī）量較（jiào）小（xiǎo），不可能購置（zhì）深孔加工專用（yòng）機床，為了更好地保證深孔精（jīng）度要求，結合（hé）工廠實（shí）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

深孔加工的刀（dāo）具（jù）有多種，如槍（qiāng）鑽（zuàn）、噴吸鑽、套料鑽（zuàn）、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（děng）類（lèi）型。

噴吸（xī）鑽適用於（yú）經改裝的車床、臥式加工（gōng）中心，易（yì）加工工件（jiàn）材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽（zuàn）孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金（jīn）可轉位深孔鑽一般最小（xiǎo）鑽（zuàn）削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是利（lì）用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削（xuē）液進行潤滑（huá），需專用的加工設（shè）備。

而槍鑽適用於加工Ф2～Ф20mm、長徑（jìng）比L/D>100、表（biǎo）麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔（kǒng）。

經對上（shàng）述幾種深孔加工刀具（jù）的對比及本（běn）廠的實際情況，研究決（jué）定采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽（zuàn）尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔（kǒng），以加強鑽頭（tóu）冷（lěng）卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌（rèn）性和抗振性均較佳的（de）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（nài）磨性;鑽杆（gǎn）一般選用40Cr無縫鋼管。

其原（yuán）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切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出，故（gù）稱外排（pái）屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏（piān）離軸線，鑽孔時鑽尖前方（fāng）形成小圓錐，可使（shǐ）切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易（yì）排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽（zuàn）削回轉工件中心（xīn）上的孔，加（jiā）工時，通常是工件旋（xuán）轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心（xīn）及配（pèi）備（bèi）高壓（yā）冷（lěng）卻係統的車床與（yǔ）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及公司（sī）現（xiàn）有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工（gōng）中心，此設備（bèi）既可實現零件旋轉，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（héng）的槽形意味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而（ér）本例（lì）所選的車銑加工中心（xīn）不是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無法（fǎ）設計導套。

因此，筆者考慮用鑽（zuàn）削（xuē）引（yǐn）導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度應為1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽（zuàn）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（tú）如圖3所（suǒ）示（shì），由圖可知，用（yòng）軟三爪裝夾，以（yǐ）定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽（zuàn）深孔的順序進行（háng）零件的深孔（kǒng）加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參（cān）數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇（zé）了伊斯（sī）卡的槍鑽，以不同的加工方法和（hé）不同的切削參數進行了多個孔（kǒng）的鑽削試驗。

(1)引導孔（kǒng）加工。

鑽引導孔時，在滿足槍（qiāng）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冷（lěng）合金（jīn）鑽頭（tóu）和國產（chǎn）的四平合金鑽頭進行了試切加工。

經過多（duō）個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高（gāo）許多（duō），轉速（sù）可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較（jiào）高;國產刀具的（de）切削參（cān）數偏低，轉速為600r/min，進給率（lǜ）僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀（dāo）具，費用同樣（yàng）遠遠低於進口刀具的費用。

經試（shì）驗（yàn），兩（liǎng）種刀具（jù）的加工質量相似。因為此零件的批量小（xiǎo）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（shēn）孔加工。

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

一（yī）種是進入導向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進（jìn）行（háng）深孔（kǒng）加工;

另一種是以較低轉數和進（jìn）給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工方（fāng）法。

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工效（xiào）率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法，加工效率高且（qiě）質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進（jìn）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（yīn）異常，於（yú）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（gōng），但（dàn）加工到第6件時，加工到（dào）孔深78mm時（shí），鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進（jìn）給倍率的（de）情況下，1把槍鑽（zuàn）最多加工5件零（líng）件，可防止鑽頭折斷。

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

而且在固定所有因素，如主（zhǔ）軸轉速、進給（gěi）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（zhǔn）”工序，不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一致（zhì）的表現（xiàn）。

它不僅適用於（yú）專用（yòng）槍鑽機床，同（tóng）時在高壓內（nèi）冷和導向滿足的情（qíng）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。