​CNC數控機床深孔加工要訣

　　


什（shí）麽叫深孔?

深孔是指孔（kǒng）深與孔徑（jìng）比L/d≥5的孔，深孔加工（gōng）是機械加工（gōng）中的一道難題（tí），尤其是大深徑比的深孔加工，難（nán）點在於刀具細長，剛性（xìng）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（chū）現錐形（xíng）或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深（shēn）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（gōng）難度，為（wéi）了加工出合格孔（kǒng），需製定合（hé）理的加工方案，選擇合（hé）適的加工設備和刀（dāo）具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適的加（jiā）工參數，最終確定了合理的加工方法。

 

一、零件簡介

某噴嘴（zuǐ）類零件，總長為105mm，杆（gǎn）部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為（wéi）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。

這類高溫合金孔加（jiā）工相對於一般鋼（gāng）材切削加工，刀具壽命要（yào）低（dī）50%以上（shàng），且加（jiā）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，消耗機床功率大;

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

③用普通的（de）鑽削方法難以保證高溫合金（jīn）孔（kǒng）的精（jīng）度要求。

④高溫合金（jīn）孔加工中，刀具磨損比加工普通鋼材快得多，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，加工此深孔時（shí），必須選擇合適的加工設備和刀具，保證零件的加（jiā）工精度（dù）。

 

二、加工工藝設計和分析（xī）

零件深孔加工（gōng）選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽（zuàn），而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差（chà）,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證（zhèng），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（dāo）具最好（hǎo）選擇深孔加（jiā）工專（zhuān）用刀具（jù）。

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

 

1.刀具的選擇

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

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

而亞幹式深孔加工係統（tǒng）主要是利用壓縮空氣進行（háng）排屑和冷卻，使（shǐ）用霧化切削液進行潤滑，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）。

 

經對上述幾種深孔加工刀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（yóu）硬質合（hé）金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開（kāi）有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使（shǐ）切屑順利排（pái）出（chū），並選（xuǎn）擇韌性和（hé）抗振性均較佳的硬質合（hé）金作為基（jī）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無縫鋼管。

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

此類深孔鑽前角一般（bān）為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成（chéng）小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排（pái）出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉（zhuǎn）工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及（jí）配備高壓冷卻係統（tǒng）的車床與立式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應（yīng）用場合及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆者選（xuǎn）擇了車（chē）銑複合加工（gōng）中心，此（cǐ）設備既可實現零件旋轉，又配備高壓（yā）內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進（jìn）行鑽孔加工。

 

3.槍（qiāng）鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力（lì）不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向（xiàng）切削力，需要靠導套或引（yǐn）導孔分（fèn）擔。

典型的槍鑽（zuàn）機床上（shàng）配有槍鑽（zuàn）引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽（zuàn）專用（yòng）機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無法設計（jì）導套。

因此，筆（bǐ）者考慮用鑽削引（yǐn）導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據（jù）得出：

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

 

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序（xù）草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車（chē）端麵→鑽（zuàn）導向孔→鑽深孔的順序（xù）進（jìn）行零件的深孔加工（gōng）。

鑽導向孔時，以不同（tóng）廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽（zuàn）深孔時，我們選擇了伊（yī）斯卡（kǎ）的槍鑽，以不（bú）同的加工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽（zuàn）削試驗。

 

(1)引導孔加工（gōng）。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具（jù）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平合金鑽頭進行了試切加工。

經過（guò）多個孔的試驗加（jiā）工（gōng），發現進口（kǒu）刀具切削參（cān）數比國產刀具要高許多，轉速可以（yǐ）達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產（chǎn）刀具的切削參數（shù）偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工（gōng）效（xiào）率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低（dī）於進口刀（dāo）具的（de）費（fèi）用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量（liàng）小（xiǎo）且加（jiā）工件數少，在滿足加工質量的前（qián）提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入（rù）導向孔和退出深孔時，均采取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（gěi）率（lǜ）反轉進入導向孔，以零轉（zhuǎn）數和G0的（de）速度快速退出深孔的（de）加工方法。

 

經過試（shì）驗加工發（fā）現：第一種加（jiā）工方法加工效率低（dī）且零件（jiàn）表麵質量差，而（ér）第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因（yīn）此，在保證足夠冷卻壓力的情況下（xià），選擇第二種加工方法進行（háng）了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常（cháng），於是調低（dī）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（gōng），但加（jiā）工到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經（jīng）過試驗，在調（diào）低進給倍率的情（qíng）況下，1把槍鑽最多加工5件零件，可防止鑽（zuàn）頭（tóu）折斷。


在某些加工範圍（wéi）內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔（kǒng）和高精度孔加工問題，可鑽出一個直（zhí）線度高（gāo）、表麵粗糙度好的孔。

而（ér）且在固定（dìng）所有（yǒu）因素，如主（zhǔ）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（cāo）作員技術的影響，隻要是一個高質量的槍（qiāng）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，同時在高壓內冷和導向滿足的情況下也適（shì）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（zhí）。