CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加（jiā）工是機械加工（gōng）中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔（kǒng）加工（gōng），難點（diǎn）在（zài）於刀具細長，剛性差、強度低，易引（yǐn）起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現（xiàn）錐形或（huò）孔偏斜等現象，從而達（dá）不到質量要求（qiú）。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑（jìng）為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超（chāo）大的深徑（jìng）比更增加了此零件的（de）加工難（nán）度，為了加工出（chū）合格孔（kǒng），需製定合理的加工方案（àn），選（xuǎn）擇合適的加工設備（bèi）和刀具。筆者經（jīng）過試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了（le）合理的（de）加工方法。

一、零件簡介

某（mǒu）噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零（líng）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50%以上，且加工（gōng）效率低，成本高。高溫合金孔（kǒng）加工主要難點是：

①切（qiē）削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉（bì）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（sǔn）更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔（kǒng）的精度要求。

④高（gāo）溫合金孔加工中，刀具磨損比加工普通鋼材快得多，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（shēn）孔時，必須選擇（zé）合適的加工設備和刀具，保證零件的加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔（kǒng）加工（gōng）選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且（qiě）要（yào）斷屑加工，不僅加工精（jīng）度低、表麵粗（cū）糙度差,加工效率低、操作者勞動強（qiáng）度（dù）大、質量難（nán）以保證，而且很容易引起堵屑或折（shé）斷鑽頭，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（xíng）多，深孔加（jiā）工產品結（jié）構差異大，且生產（chǎn）批量較小，不（bú）可能（néng）購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適（shì）的加工設備來滿足深（shēn）孔（kǒng）加工（gōng）的技（jì）術要求。

1.刀具（jù）的選（xuǎn）擇（zé）

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可（kě）轉位深孔鑽、內排（pái）屑深孔（kǒng）鑽和亞幹式深孔加工（gōng）係統等類（lèi）型。

噴吸（xī）鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工（gōng）件材（cái）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（kǒng）鑽一般最小鑽（zuàn）削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深（shēn）孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排（pái）屑（xiè）和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

而（ér）槍鑽適用於（yú）加工Ф2～Ф20mm、長（zhǎng）徑（jìng）比（bǐ）L/D>100、表麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

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

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭（tóu）冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌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（gāo）鑽頭的硬度和（hé）耐磨（mó）性;鑽（zuàn）杆一般選用40Cr無縫（féng）鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔（kǒng）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（gōng）件孔壁間空間排出，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（zhóu）線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓（yuán）錐，可使切（qiē）屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出（chū）。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工（gōng）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（yú）加（jiā）工中心及配（pèi）備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀具或工件旋轉場（chǎng）合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此（cǐ）零件加工時（shí），筆者選擇了車銑複合加工中心，此設備既（jì）可（kě）實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工（gōng）。

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削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切（qiē）削力，需要靠（kào）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（běn）例所選的車（chē）銑（xǐ）加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配（pèi）備導套，且沒有夾（jiá）具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽（zuàn）削引導孔的方式來平衡槍（qiāng）鑽切削力。通過大量（liàng）實驗數（shù）據（jù）得出：

槍鑽引導孔的深度應為（wéi）1～2倍槍鑽直（zhí）徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝（yì）試驗與分析（xī）

深孔加（jiā）工工序（xù）草圖（tú）如（rú）圖3所示，由圖（tú）可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序（xù）進行（háng）零件的深孔加（jiā）工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數（shù）進行試驗加工;鑽深孔時，我（wǒ）們選擇了伊（yī）斯卡的槍鑽，以不同的加（jiā）工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加（jiā）工（gōng）。

鑽引導孔時，在（zài）滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼（jiān）顧了刀具（jù）成本問題（tí），分別（bié）選擇（zé）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（jìn）行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發（fā）現進口刀具切削參數比國產（chǎn）刀具要（yào）高（gāo）許多，轉速可以達到（dào）2500r/min，進給率（lǜ）為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的（de）切削參數偏低，轉速（sù）為600r/min，進給率僅為（wéi）20mm/min，加工效（xiào）率遠低於進口刀具，費用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（liàng）相似。因為此零（líng）件的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用較低的四平合（hé）金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加工（gōng）方案進行試驗加工：

一種是進（jìn）入（rù）導向孔和退出深（shēn）孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行深孔加工;

另一種是以較低轉數（shù）和進給率反轉進入導向孔，以零轉數和G0的（de）速度快速退出深孔的（de）加工方法。

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，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足（zú）夠冷（lěng）卻壓（yā）力的情況下，選（xuǎn）擇第二種加工（gōng）方法進行了刀具壽命試驗。

試驗（yàn）過程中發現，1把（bǎ）槍鑽加（jiā）工到第4件零件（jiàn）時，加工聲音（yīn）異常，於（yú）是調低進給倍率為90%，繼續（xù）加工，可順利完（wán）成第4件和第5件的加工，但加工到第（dì）6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件（jiàn）零件，可防止（zhǐ）鑽頭折斷。

在（zài）某（mǒu）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問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的（de）孔。

而（ér）且在固定所有因素，如主軸轉速、進給速度（dù）和冷卻液壓（yā）力後，深孔鑽這個工序便（biàn）成為一個（gè）簡易的“標準”工序（xù），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的表現。

它不僅適用於專用槍鑽機床，同（tóng）時（shí）在高壓內冷和導向滿足的情況下也適（shì）用於車銑複合加工中心和數控車床，經濟（jì）適用性強，有一定的（de）推廣價值。