​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔（kǒng）是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加（jiā）工中（zhōng）的一道（dào）難題（tí），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（qǐ）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（piān）斜等現象（xiàng），從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴（zuǐ）類零件，孔徑為Ф6mm，孔（kǒng）深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零（líng）件的加工難度，為了加工出合格孔，需（xū）製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過（guò）試件的試切加（jiā）工，選擇合（hé）適的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介（jiè）

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆（gǎn）部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為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（lèi）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，且加工效率低，成（chéng）本高。高（gāo）溫合金孔加工（gōng）主要難點是：

①切削力大，消（xiāo）耗（hào）機床功率大（dà）;

②孔加工是半封閉的切（qiē）削，產生的高切削熱（rè）和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨（mó）損更為劇烈;

③用（yòng）普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精（jīng）度要求。

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

為了解（jiě）決以上加工難點，加工（gōng）此深孔（kǒng）時，必須（xū）選擇合適的加工設備和刀具，保證零（líng）件的加工精度。

二、加工工（gōng）藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削（xuē）方式（shì），需加長麻花鑽，而且要斷（duàn）屑加工，不僅加工（gōng）精（jīng）度低、表麵粗糙度差,加工（gōng）效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大（dà）的加工困難，因此刀具最好選擇深孔（kǒng）加工專用刀具。

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

1.刀具的選擇

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

噴吸鑽適用於經改裝的（de）車床、臥式加工中心，易加（jiā）工工件材料;套料鑽、內（nèi）排屑深孔鑽（zuàn）的鑽孔直（zhí）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鑽（zuàn）削直徑為Ф20mm;

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

而槍（qiāng）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。

經對上述幾種深孔加（jiā）工（gōng）刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定采（cǎi）用槍（qiāng）鑽進行此深孔的（de）加（jiā）工。

槍（qiāng）鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和（hé）刀柄三部（bù）分組成。

槍（qiāng）鑽鑽尖上開有油孔，以加強（qiáng）鑽頭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硬質合金作為基體，表麵可塗TiC或（huò）TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼（gāng）管。

其（qí）原理是高（gāo）壓油由鑽（zuàn）杆（gǎn）後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使（shǐ）切屑隨切削液由V型槽與工件（jiàn）孔壁（bì）間空間排出，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（zhóu）線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓（yuán）錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩段（duàn），使之較易排出。

2.設備

槍鑽（zuàn）是用來鑽削回轉工件中（zhōng）心上的孔，加工時，通常（cháng）是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於（yú）加工（gōng）中心及配備高壓冷卻係統的車床與立式機床（chuáng）、刀具或工件旋轉場合。

綜合考（kǎo）慮槍鑽加工的應用場合及公（gōng）司現（xiàn）有設備（bèi）情況，在此零件加工時，筆者選（xuǎn）擇了車銑複（fù）合加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可（kě）以進行鑽孔加工（gōng）。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非（fēi）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，而本例所選的車銑加工中（zhōng）心不（bú）是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無法設計導套。

因（yīn）此，筆者考慮用鑽削引導（dǎo）孔的（de）方式來平衡槍鑽切削力。通過（guò）大量實驗數據得出：

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

4.工藝試驗與分析

深孔加工工（gōng）序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟（ruǎn）三爪裝（zhuāng）夾（jiá），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（dǎo）向孔（kǒng）時，以不同廠家（jiā）的鑽頭按不同（tóng）切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊（yī）斯（sī）卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參數進行了（le）多個（gè）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（yě）兼（jiān）顧了刀具成（chéng）本（běn）問題，分（fèn）別選擇進口的伊斯（sī）卡中（zhōng）空（kōng）內冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了試切加工（gōng）。

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高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費（fèi）用（yòng）較高;國（guó）產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為（wéi）20mm/min，加工效率遠（yuǎn）低於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口（kǒu）刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相（xiàng）似（sì）。因為此零件的批量小且加工件（jiàn）數少，在滿足加工質量的前提下（xià），我們選（xuǎn）擇了費用較低的四平合金鑽頭（tóu）。

(2)深孔加工。

深（shēn）孔加工我們采用了兩種加（jiā）工方案進行試驗加工：

一種（zhǒng）是進（jìn）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（de）方法進行深孔加工（gōng）;

另一種是以較低轉（zhuǎn）數（shù）和（hé）進給（gěi）率（lǜ）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法。

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工效率低且（qiě）零（líng）件表麵質量（liàng）差，而第二種加工方法，加工效（xiào）率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷（lěng）卻壓力的情況下，選擇第二種加（jiā）工（gōng）方法（fǎ）進行了刀（dāo）具壽命試驗。

試驗（yàn）過程中發現，1把槍鑽加工到第4件（jiàn）零件時，加工聲音異常，於是調（diào）低進給倍率（lǜ）為90%，繼續加工，可（kě）順利完成第4件和第（dì）5件的加工，但加工到第6件時（shí），加工（gōng）到孔深（shēn）78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調（diào）低進給倍（bèi）率的（de）情況下（xià），1把槍鑽最多加工5件零件，可防（fáng）止鑽（zuàn）頭折斷。

在某些加工範圍內，槍（qiāng）鑽能解決（jué）麻（má）花鑽（zuàn）不能解決的深孔和（hé）高精度孔加工問（wèn）題，可鑽出（chū）一個直線度高、表麵粗（cū）糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給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”工序，不受操作員技術的影響（xiǎng），隻要是一個（gè）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（chuáng），同時在高壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車（chē）銑複合加工中心和數（shù）控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。