​CNC數控機床深孔加工要訣

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深（shēn）與孔徑比（bǐ）L/d≥5的孔（kǒng），深孔加工是機械加工中的一道難題（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（xíng）或孔偏（piān）斜等現象，從而（ér）達不到質量要求。

航空發動機某噴（pēn）嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的（de）深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工出（chū）合格孔，需製定合理的加工（gōng）方案，選（xuǎn）擇合（hé）適（shì）的加（jiā）工設備和刀具。筆者經過（guò）試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了（le）合理的加工方法。

 

一（yī）、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於（yú）深孔加工的零件，其材料為難加（jiā）工的GH4169。

這類高（gāo）溫合金孔加工相對於一（yī）般鋼材切削（xuē）加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高（gāo）溫合金孔加工主要難點是：

①切削（xuē）力大，消耗機床功率大;

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

③用普（pǔ）通的鑽削方法難以保證高溫合（hé）金孔的精度要求。

④高溫合金孔加工（gōng）中，刀具磨損比加工普（pǔ）通鋼材快得多，且需（xū）要切削性能（néng）更好的刀具材料。

為了解決以上加工難點，加（jiā）工此深孔時，必須選擇合適的加工設備和刀具（jù），保證（zhèng）零件的加工精度。

 

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選（xuǎn）用常規的鑽削（xuē）方式，需加長（zhǎng）麻（má）花鑽（zuàn），而且要斷屑加工（gōng），不僅加（jiā）工精度低、表麵粗（cū）糙度差,加工效率低、操作者勞動強度（dù）大、質量難以（yǐ）保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成（chéng）更大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備（bèi）的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量較小（xiǎo），不（bú）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，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的技術要求。

 

1.刀具的選擇

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（zhuǎn）位深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞（yà）幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適（shì）用（yòng）於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料;套料鑽、內（nèi）排（pái）屑深孔鑽的鑽孔直徑（jìng）不適合（hé）鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合（hé）金可轉位深孔鑽一般最小鑽削直徑（jìng）為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和（hé）冷卻（què），使（shǐ）用霧（wù）化切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

而槍鑽適（shì）用於加工（gōng）Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級（jí）的深（shēn）孔。

 

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

槍鑽由（yóu）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（qiáng）鑽（zuàn）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TiN，以提高鑽（zuàn）頭的硬度和耐磨（mó）性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是（shì）高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切（qiē）屑（xiè）隨切削液由（yóu）V型槽與工件孔壁間（jiān）空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便（biàn）製（zhì）造。它無橫刃（rèn），鑽尖偏離軸（zhóu）線，鑽孔（kǒng）時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為（wéi）兩段，使之較易排出。

 

2.設備（bèi）

槍鑽是用（yòng）來（lái）鑽削回轉工件中心上的孔（kǒng），加工時，通常是工件旋（xuán）轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配備高壓冷卻係統的車床與（yǔ）立式（shì）機床、刀（dāo）具或工件旋轉場合。

綜合考慮（lǜ）槍鑽加（jiā）工的應用（yòng）場（chǎng）合（hé）及公司（sī）現有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工（gōng）中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備（bèi）高壓（yā）內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍（qiāng）鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平（píng）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（de）徑向切削力，需要靠導套或引（yǐn）導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本（běn）例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且沒有（yǒu）夾具，無法設計導套。

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

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

 

4.工藝試驗與分析

深（shēn）孔加工工序草圖（tú）如圖3所示，由圖可知，用軟三（sān）爪（zhǎo）裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順（shùn）序進行零（líng）件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工（gōng）;鑽深孔時，我們選擇（zé）了（le）伊斯卡的槍鑽（zuàn），以不同的加工方法（fǎ）和不同（tóng）的切削參數進行了（le）多個孔的鑽削試驗。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在（zài）滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進（jìn）口的伊斯（sī）卡中空內冷合（hé）金鑽頭和國（guó）產的四平合金（jīn）鑽頭進行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀（dāo）具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以達到（dào）2500r/min，進給率為50mm/min，而且較（jiào）耐（nài）磨損，但費用較高;國產刀具（jù）的切削參數偏低，轉（zhuǎn）速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效（xiào）率遠低（dī）於進口刀具，費用同（tóng）樣遠遠低於進口刀具（jù）的費用。

經試驗，兩種刀（dāo）具的加工質量相似。因為此零件的批量小且（qiě）加工件數少，在滿（mǎn）足加工質量的前提下，我們選擇了費用（yòng）較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔（kǒng）加工。

深孔加工我們采（cǎi）用（yòng）了兩種加工方案進行試驗加工（gōng）：

一種是（shì）進入導向孔和退出（chū）深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行深孔加（jiā）工;

另一種是以較低轉數和進給率反轉（zhuǎn）進入（rù）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（gōng）發現：第一種加工方法加工效率低且（qiě）零（líng）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（cǐ），在保證（zhèng）足夠冷卻壓力的情況下（xià），選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試（shì）驗。

試（shì）驗過程中發現，1把槍鑽加工到第（dì）4件零件時，加工聲音異常，於是調低（dī）進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第（dì）4件和第5件的加工，但加工到第6件時，加工（gōng）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件零件，可防止鑽頭折斷。


在某些加工範（fàn）圍內（nèi），槍鑽能（néng）解決麻花鑽不能（néng）解決的深孔和（hé）高精度孔加工問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度（dù）好（hǎo）的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和（hé）冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標（biāo）準”工序，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（shēng）產過程中提供一致的表現。

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