​CNC數控機床（chuáng）深孔加工要訣

　　


什（shí）麽叫深孔?

深孔是指孔深（shēn）與孔徑比L/d≥5的孔，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（yú）刀具細長，剛性差、強度低，易引起（qǐ）刀具偏（piān）斜，且散熱困難，排屑不易，經（jīng）常（cháng）產生直徑變（biàn）大、出現錐形（xíng）或孔偏斜（xié）等現象，從而達不到質量要求。

航空（kōng）發（fā）動機某（mǒu）噴嘴類零件（jiàn），孔徑為Ф6mm，孔深為（wéi）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，為了加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備（bèi）和刀具。筆者（zhě）經過試件的試切加工，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

某噴嘴類零（líng）件，總長（zhǎng）為105mm，杆（gǎn）部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗（cū）糙度（dù）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（lèi）高溫合金孔加工相對於一般鋼材切削加工（gōng），刀具壽命要低50%以上，且加工效率低（dī），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（lǜ）大;

②孔（kǒng）加（jiā）工是半封閉的切削，產生（shēng）的高切（qiē）削熱和切屑難以及時排出，遠（yuǎn）離刀尖，刀（dāo）具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

④高溫合金孔加工中，刀具磨損比加工普（pǔ）通鋼材快得多（duō），且需要切削性能更好（hǎo）的刀具材（cái）料。

為了解決以上（shàng）加工難點，加工此（cǐ）深孔時，必須選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的加工（gōng）精度。

 

二、加工工藝設計和分析

零（líng）件（jiàn）深孔加工選用常規（guī）的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷（duàn）屑加工，不僅加工精度低（dī）、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動（dòng）強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具（jù）最好選（xuǎn）擇深孔加工專用刀具。

設備（bèi）的選用考慮到本公司產品類（lèi）型多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量較小（xiǎo），不可能購（gòu）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，選擇合適的加工設備（bèi）來滿（mǎn）足深孔加工的技術要（yào）求。

 

1.刀（dāo）具的選擇

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

噴吸鑽（zuàn）適用於經改（gǎi）裝（zhuāng）的車床、臥式（shì）加工中心，易（yì）加工工件材料;套料鑽、內排（pái）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（zuì）小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係（xì）統主要是利用壓縮空氣進行排屑和冷（lěng）卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用（yòng）的加工設備。

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

 

經對上述幾種深孔加工刀具的對比（bǐ）及本廠的實際（jì）情況，研究（jiū）決定（dìng）采用槍鑽進行此深（shēn）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（yóu）孔，以加強鑽（zuàn）頭冷卻潤滑（huá）和使切屑順利排出，並選擇韌性（xìng）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（yìng）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（zuàn）杆後部中孔注入，經腰形孔到（dào）達切（qiē）削區（qū）後迫使切（qiē）屑隨切削液由V型槽與工件孔壁（bì）間（jiān）空間排出，故稱外排屑（xiè）。

此類深孔（kǒng）鑽前（qián）角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時（shí）鑽尖前方形成小（xiǎo）圓錐，可使切屑在鑽尖處斷（duàn）離為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用（yòng）來鑽削回轉工件中心（xīn）上的孔（kǒng），加工時，通常是（shì）工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用（yòng）於加（jiā）工中心及配備（bèi）高壓冷卻係統（tǒng）的車（chē）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，在此零件加（jiā）工時，筆者（zhě）選擇了車銑複合加（jiā）工中心，此設備既可實（shí）現（xiàn）零（líng）件旋轉，又配備高壓（yā）內（nèi）冷係統（tǒng），滿足槍鑽的應用（yòng）場合。可以進（jìn）行鑽孔加工。

 

3.槍鑽（zuàn）引導（dǎo）孔加工（gōng）

槍鑽（zuàn）屬於非平衡鑽（zuàn）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（tào），而本例所選的（de）車銑加工中心不是槍鑽（zuàn）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（dǎo）孔的深度應為1～2倍槍鑽直徑（jìng），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（gōng）工序（xù）草圖如圖3所示，由圖可（kě）知，用軟三（sān）爪裝夾，以定位，夾緊（jǐn），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（dǎo）向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切（qiē）削（xuē）參數進行試驗加工;鑽（zuàn）深孔時，我們選擇了伊斯卡（kǎ）的槍鑽，以不同的加工方（fāng）法和（hé）不同的切（qiē）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（zài）滿足槍（qiāng）鑽引導作用的前提下，筆者也（yě）兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭（tóu）和國產的四（sì）平合金鑽頭（tóu）進行了試（shì）切加工。

經過多個孔的試（shì）驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多（duō），轉速可以達到2500r/min，進（jìn）給率為50mm/min，而且較耐磨損（sǔn），但費用較（jiào）高（gāo）;國產（chǎn）刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅（jǐn）為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口（kǒu）刀具的費用。

經（jīng）試驗（yàn），兩種（zhǒng）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（jiā）工質（zhì）量的（de）前提下（xià），我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔加工我們采（cǎi）用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種（zhǒng）是進入導向孔和退出深孔（kǒng）時，均采取（qǔ）小於鑽削時轉數和進給（gěi）率的方法進行深孔加工;

另一種是以較低轉數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（líng）件表麵質量差，而（ér）第二（èr）種加（jiā）工方法（fǎ），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（fāng）法（fǎ）進行了刀具壽命（mìng）試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零（líng）件時，加工聲音異常，於是調低進給倍（bèi）率為90%，繼續加工，可順利（lì）完成第（dì）4件和第5件的加工，但加工到第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（xià），1把槍鑽最多（duō）加工5件零件，可防止鑽頭折斷。


在某些（xiē）加工範（fàn）圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度（dù）孔（kǒng）加工問題（tí），可鑽出一個（gè）直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且（qiě）在固定所有因素（sù），如主軸（zhóu）轉速（sù）、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽（zuàn）這個工（gōng）序便成為一個簡易（yì）的“標（biāo）準（zhǔn）”工序，不（bú）受操作員技術的影響（xiǎng），隻要是一個高質量的槍鑽便可在生產過程中提供一（yī）致的表現。

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