​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深（shēn）孔（kǒng）是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工（gōng），難點在於刀具細長，剛（gāng）性差、強度低，易引（yǐn）起刀具偏斜，且（qiě）散熱困難，排屑不易，經常（cháng）產生直徑變大、出（chū）現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到（dào）質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超（chāo）大（dà）的（de）深徑比（bǐ）更增（zēng）加了此零（líng）件的加工難度，為了加工（gōng）出合（hé）格孔，需製定合理的加工方案，選（xuǎn）擇合適的加工設備和刀具（jù）。筆者經（jīng）過試件的試（shì）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（jiàn）簡介（jiè）

某噴嘴類零件（jiàn），總長為（wéi）105mm，杆（gǎn）部內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵粗糙（cāo）度（dù）為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零（líng）件，其（qí）材料為難加工的GH4169。

這類高溫（wēn）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（lǜ）低，成本高。高溫合金孔加工主（zhǔ）要難（nán）點是：

①切（qiē）削力大，消耗機床功率大;

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

③用普通的鑽削（xuē）方法難以保證高溫合金（jīn）孔的精度要求。

④高溫合金孔加工中，刀（dāo）具（jù）磨損比加工普通鋼材快得多（duō），且（qiě）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（cǐ）深孔時，必須選擇合適的（de）加工設備和刀具，保證零件的加工（gōng）精度。

二、加工工藝（yì）設計和分析

零（líng）件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷（duàn）屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙（cāo）度差,加工效（xiào）率低（dī）、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，造成更大的加工困難，因此刀具最好選（xuǎn）擇深孔加工專（zhuān）用刀具。

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

1.刀具（jù）的（de）選擇（zé）

深孔加工的刀具有多種，如槍（qiāng）鑽、噴吸鑽、套（tào）料鑽、硬質合金可轉位深孔（kǒng）鑽、內排屑深孔鑽和亞幹（gàn）式（shì）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，易加工工（gōng）件（jiàn）材（cái）料;套料鑽、內排屑深（shēn）孔鑽的（de）鑽（zuàn）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（zuàn）一（yī）般最小鑽（zuàn）削直徑為Ф20mm;

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

而槍鑽適用於（yú）加工（gōng）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（kǒng）。

經對上述（shù）幾種深孔加工（gōng）刀（dāo）具的對比及本廠的實際情況，研究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，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和（hé）抗振性均較佳（jiā）的硬質合金作為基體，表麵可塗TiC或（huò）TiN，以提高鑽頭的（de）硬度（dù）和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高（gāo）壓油由鑽杆後部（bù）中孔注入（rù），經腰形孔到達切削區（qū）後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件（jiàn）孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類（lèi）深孔鑽前角一般（bān）為（wéi）0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽（zuàn）尖前方形成小圓錐，可使切屑在（zài）鑽尖處斷離為兩段，使（shǐ）之（zhī）較（jiào）易排出。

2.設備

槍鑽是用（yòng）來（lái）鑽削回轉工件中心（xīn）上的孔，加工時，通常是工件（jiàn）旋轉，鑽頭作直線（xiàn）進給，較適用於加工中心（xīn）及配備高壓冷卻（què）係統的車床（chuáng）與立式（shì）機床、刀具或（huò）工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的（de）應用場合及公司現有設備情況（kuàng），在此零件加工時，筆者選擇了車（chē）銑（xǐ）複合加工中心，此設（shè）備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係（xì）統，滿足槍（qiāng）鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍（qiāng）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削（xuē）力，需（xū）要靠導套或引導（dǎo）孔分擔。

典型的槍（qiāng）鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床（chuáng），沒有配備導套（tào），且沒有夾（jiá）具，無（wú）法設計導套。

因此，筆者考（kǎo）慮用鑽削引導孔（kǒng）的方式（shì）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，直徑應比槍鑽鑽頭（tóu）直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪（zhǎo）裝夾（jiá），以定位，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（zuàn）導向孔時，以不同廠家的鑽（zuàn）頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽（zuàn）深孔時，我們選（xuǎn）擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗（yàn）。

(1)引導（dǎo）孔加工。

鑽引導孔（kǒng）時，在滿足槍鑽引（yǐn）導作用的前提下，筆者也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和國產的四（sì）平合金（jīn）鑽頭進（jìn）行（háng）了試切加工。

經過多個孔的試驗加工（gōng），發現進（jìn）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，進給率為50mm/min，而且較耐磨損（sǔn），但費用較高;國產刀（dāo）具的（de）切（qiē）削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，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（gōng）質量相似。因為此零件的批量小且加工（gōng）件（jiàn）數少，在（zài）滿足加（jiā）工質量的前提下，我們選擇了費用（yòng）較低的（de）四平合金鑽頭。

(2)深孔加（jiā）工。

深孔加工我們采用了兩種加工方案進行試驗加（jiā）工：

一種是進入導向（xiàng）孔和退出（chū）深孔時（shí），均采取小於鑽（zuàn）削時轉數和進給率的方（fāng）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零件表麵（miàn）質量差，而第二種加工方法（fǎ），加工效率（lǜ）高且質量較好。

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行了（le）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（jiàn）時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給倍率為90%，繼續（xù）加工，可（kě）順（shùn）利完成第4件和第5件的加工，但加工到第（dì）6件時，加（jiā）工到孔深（shēn）78mm時，鑽頭折斷。

經過試（shì）驗，在調低進給倍率的情況下（xià），1把槍鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不（bú）能解決的深孔和高精度（dù）孔加工問題，可鑽出一個直線（xiàn）度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻（què）液壓力後，深（shēn）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，隻要是一個高質量（liàng）的槍鑽便可在生產過程中提供一致的表現。

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