CNC數控機（jī）床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的（de）孔，深孔加工是（shì）機械加工（gōng）中的一（yī）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，易引起刀具偏（piān）斜，且散熱困難（nán），排（pái）屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔（kǒng）偏（piān）斜等現象，從而（ér）達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類（lèi）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加工難度，為了加工（gōng）出合格孔，需製定合理的加工方案（àn），選擇合適（shì）的加工設備（bèi）和刀具（jù）。筆者經過試件的試切加工，選擇合（hé）適的加工參數，最終確定了合理的加（jiā）工方法。

一、零件簡（jiǎn）介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為（wéi）φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗（cū）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（gōng）的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般（bān）鋼材切削加工，刀（dāo）具壽命要低50%以上（shàng），且加工效率低，成本（běn）高。高溫合金孔加工主（zhǔ）要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔（kǒng）加工是半封閉的切削，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（jù）烈（liè）;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金（jīn）孔的精度要求。

④高溫合金（jīn）孔加工中，刀具磨損比加工普通（tōng）鋼材快得多，且需要切削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（shì）的加工設備和（hé）刀具，保證零件的加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的（de）鑽削方式，需加長麻（má）花鑽，而且要斷屑加工（gōng），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（hěn）容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好（hǎo）選擇（zé）深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品（pǐn）類型多，深（shēn）孔加工產品（pǐn）結構差異大，且（qiě）生產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精（jīng）度要求，結合工廠實際，選擇合適的加（jiā）工設備來滿足深孔加工的技（jì）術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工（gōng）的刀（dāo）具（jù）有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內（nèi）排屑深（shēn）孔鑽和亞（yà）幹式深孔加工係統等類（lèi）型。

噴吸鑽適用於（yú）經改裝的車（chē）床、臥式加工中心，易加工工件材料;套料（liào）鑽、內排屑深孔（kǒng）鑽的鑽孔直徑不適（shì）合（hé）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（shēn）孔（kǒng）加工係統主要是利用壓縮空氣進行（háng）排屑（xiè）和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工（gōng）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。

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

槍鑽（zuàn）由硬質合金鑽尖、鑽杆（gǎn）和刀柄三部分（fèn）組成。

槍（qiāng）鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑（xiè）順利排出，並選擇韌性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。

其原理是高壓（yā）油由鑽（zuàn）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（pái）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（liǎng）段，使之較易排出。

2.設備

槍（qiāng）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，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配（pèi）備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀具或（huò）工件旋轉場合。

綜合考（kǎo）慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情（qíng）況，在此零件加工時（shí），筆者選擇了車（chē）銑複合加工中心，此設備（bèi）既（jì）可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽（zuàn）的應用場合。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（qiē）削力不平（píng）衡。

為（wéi）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（xíng）的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所（suǒ）選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備導（dǎo）套，且沒有夾具，無法設（shè）計導套。

因此，筆者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量（liàng）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（qiāng）鑽鑽頭直徑大（dà）0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分（fèn）析

深孔加工（gōng）工序（xù）草圖如（rú）圖3所示，由（yóu）圖可知，用軟三爪裝夾，以定（dìng）位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順（shùn）序進行零件的深孔加工。

鑽導（dǎo）向孔時，以（yǐ）不同廠家的鑽（zuàn）頭按（àn）不（bú）同切削參數（shù）進行試驗加工;鑽深孔時，我（wǒ）們選擇了伊斯卡的槍（qiāng）鑽，以（yǐ）不同的加工方法和不（bú）同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選（xuǎn）擇進口的伊斯卡中空（kōng）內冷合金鑽頭和國（guó）產的四平合金鑽頭進行了（le）試切（qiē）加工。

經過多個孔的試驗加工（gōng），發現進口刀具切削參數比國產（chǎn）刀具要高許多（duō），轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費（fèi）用較高（gāo）;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（yuǎn）低於進口刀具，費用（yòng）同樣遠遠低於進口刀具的費用。

經試驗，兩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，在滿足加工質量（liàng）的前提下，我們選擇了費（fèi）用較低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我（wǒ）們采（cǎi）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時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進（jìn）行深孔加工;

另一種是以較低轉數和進給（gěi）率反轉進入導向孔，以零轉數和（hé）G0的速度快速退出深（shēn）孔的加工方法（fǎ）。

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（jiā）工方法，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（xuǎn）擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中（zhōng）發現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給（gěi）倍率為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（kǒng）深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情（qíng）況下，1把槍鑽最多加工5件零（líng）件，可防止鑽頭折（shé）斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻（má）花鑽不能解決的深孔和高（gāo）精度孔加工問題，可鑽出一個（gè）直線度高、表麵粗糙度好的（de）孔。

而且在固定（dìng）所有因素，如主軸轉速、進給速度（dù）和冷卻液壓力（lì）後，深孔鑽這個工序便成為一個（gè）簡易的“標準”工序，不受操作員技術的（de）影響，隻要是一（yī）個高（gāo）質量的槍鑽便可在生（shēng）產過程中提供（gòng）一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽（zuàn）機床，同時在高壓內冷（lěng）和（hé）導向滿足的情況下也適用（yòng）於車銑（xǐ）複合加工（gōng）中心和數控車床，經濟適用（yòng）性強，有一定的推廣價值。