CNC數控（kòng）機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比（bǐ）L/d≥5的孔，深（shēn）孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑（jìng）比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度（dù）低，易引（yǐn）起刀具偏斜，且散熱困（kùn）難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從（cóng）而達不到質量要求。

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，需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆（bǐ）者經過試件（jiàn）的試切加工，選擇合適的加工參數（shù），最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑（jìng）比為17：1，屬於深（shēn）孔加工的零件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加（jiā）工（gōng）相（xiàng）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，成本高。高溫合（hé）金孔加工主（zhǔ）要難點是：

①切削力大（dà），消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的（de）切（qiē）削，產（chǎn）生的高切削熱和（hé）切（qiē）屑難以及時排出，遠離刀尖（jiān），刀具磨損更為劇烈;

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，刀具磨損比加工普通鋼材（cái）快得（dé）多，且需要切削性能更好的刀具材料。

為了解決以上（shàng）加工難點，加工（gōng）此深孔時，必（bì）須選擇合適（shì）的加工設備（bèi）和刀（dāo）具，保證零件的加工精度（dù）。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加（jiā）長麻花鑽，而且要（yào）斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加（jiā）工效率低、操作者勞動強度大、質量（liàng）難以保證，而且很容易引起堵屑（xiè）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。

設備的選用考（kǎo）慮到本公司（sī）產品類型多，深孔加工（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（qiú），結合工廠實際，選擇合適的加工設（shè）備（bèi）來滿（mǎn）足深孔加工的技（jì）術要求。

1.刀（dāo）具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍（qiāng）鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和（hé）亞（yà）幹式深孔加工係統（tǒng）等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材料（liào）;套料鑽、內排屑深孔（kǒng）鑽的鑽孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可（kě）轉位深孔鑽一般最小鑽削（xuē）直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主（zhǔ）要是利用壓縮空氣進行排屑（xiè）和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專（zhuān）用（yòng）的加工設備。

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

經對上述（shù）幾種深孔加工刀（dāo）具的對比及本廠的實際情況，研究（jiū）決定采用槍鑽（zuàn）進行此深孔的加工。

槍鑽由（yóu）硬質合金鑽尖、鑽杆和（hé）刀柄三部分（fèn）組成（chéng）。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷（lěng）卻潤滑（huá）和使切屑順利排出，並選擇韌性和抗振性均較（jiào）佳的硬質合金作為基（jī）體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度（dù）和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由（yóu）鑽杆（gǎn）後部中（zhōng）孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑（xiè）隨切削液由V型槽（cáo）與工件孔壁（bì）間（jiān）空間排出（chū），故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形（xíng）成小圓錐，可使切屑（xiè）在（zài）鑽尖（jiān）處斷離為兩段，使之較易排出。

2.設備

槍（qiāng）鑽是用來鑽削回轉工件（jiàn）中心上的孔，加工時，通常是工件（jiàn）旋（xuán）轉（zhuǎn），鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配備（bèi）高壓（yā）冷卻係統的車（chē）床與立式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加（jiā）工的應用場合及公司現（xiàn）有設備情況，在此（cǐ）零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此（cǐ）設備（bèi）既可實現零件（jiàn）旋轉，又配備高壓內（nèi）冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以（yǐ）進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

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（wéi）了減少鑽頭周邊（biān）的徑向切削力（lì），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心不是槍鑽專用機床，沒有配（pèi）備（bèi）導套，且（qiě）沒有夾具，無法（fǎ）設（shè）計導套。

因此，筆者考（kǎo）慮用鑽（zuàn）削引導孔的方式（shì）來（lái）平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得（dé）出：

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

4.工藝試驗與（yǔ）分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導（dǎo）向孔→鑽深孔的順序進行零件的深（shēn）孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按（àn）不同切削參（cān）數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽（zuàn），以不同（tóng）的加工方法和不同（tóng）的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導（dǎo）孔加工（gōng）。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提（tí）下，筆者也兼顧了刀（dāo）具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭（tóu）和國產的四平合金鑽（zuàn）頭進行了試切（qiē）加工。

經過多個（gè）孔的試驗加工，發現進口刀具（jù）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（wéi）50mm/min，而（ér）且較耐磨損（sǔn），但費用較高;國產刀具（jù）的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為（wéi）20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具（jù）的費用。

經試驗，兩種刀具的（de）加工質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提（tí）下，我們選擇了費用較低的四平合金（jīn）鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工（gōng）我們采用了（le）兩種加工方（fāng）案進行試驗加工（gōng）：

一種（zhǒng）是進入導向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉（zhuǎn）數（shù）和進給率的方法進行深（shēn）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的速度（dù）快速退出深孔的（de）加工方法。

經過（guò）試驗加工發現：第一（yī）種加工方法加工效（xiào）率低且零（líng）件表麵質量差，而第（dì）二種加工方法，加工效率高且質（zhì）量較好。

因此，在保證足夠（gòu）冷卻壓力的情況下，選擇（zé）第二種加工（gōng）方法進行了刀具壽命試驗（yàn）。

試驗（yàn）過程中發現，1把槍（qiāng）鑽加工到第（dì）4件零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第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（de）情況下，1把槍鑽最多加工5件（jiàn）零件，可防（fáng）止鑽頭折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能（néng）解決麻花鑽不能解決（jué）的深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個（gè）直線度高（gāo）、表麵（miàn）粗糙度好的孔。

而且在（zài）固定（dìng）所有因素，如（rú）主軸轉速、進給速度和冷卻液（yè）壓力後，深（shēn）孔鑽（zuàn）這個工（gōng）序便成為一個簡易（yì）的“標準”工序，不受操（cāo）作員技（jì）術的影響，隻要是一個高質（zhì）量的槍鑽便可在生產過程中提供一致的（de）表（biǎo）現。

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