​CNC數控機床深孔加工要訣

什（shí）麽（me）叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比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，難點在於刀具細長（zhǎng），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（jìng）變大、出現錐（zhuī）形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比（bǐ）達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工出合（hé）格孔，需製（zhì）定合理的（de）加工方案，選擇合適的加工設備（bèi）和（hé）刀具。筆者經過（guò）試件的試切加工，選擇合適的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長（zhǎng）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，屬於深孔加工的零件，其材料為難加（jiā）工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相（xiàng）對於一般鋼材切削加工，刀具壽命（mìng）要（yào）低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工（gōng）主要難點是：

①切削（xuē）力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高切削熱和（hé）切（qiē）屑難以及時（shí）排出，遠（yuǎn）離刀尖，刀具磨損（sǔn）更（gèng）為劇（jù）烈;

③用普通（tōng）的（de）鑽削方法難以保證高溫合金（jīn）孔的精度要求。

④高溫（wēn）合金孔加工中（zhōng），刀具磨（mó）損比加工普通鋼材快得多，且需要（yào）切削性能更好的刀具材料。

為了（le）解決以（yǐ）上加工（gōng）難點，加工此深孔時，必須選（xuǎn）擇合適的加（jiā）工設備和刀具（jù），保證零件（jiàn）的（de）加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工（gōng）選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑（xiè）加工，不僅加（jiā）工精度低（dī）、表麵粗糙度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度大、質量難以保證，而且很容（róng）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（hǎo）選擇深孔（kǒng）加（jiā）工專用（yòng）刀具。

設備的選（xuǎn）用考慮到本公司產品（pǐn）類型多，深孔加工產品（pǐn）結（jié）構差異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加（jiā）工專用機床（chuáng），為了更好地保證深（shēn）孔精度要（yào）求，結合工廠實際，選（xuǎn）擇合適（shì）的加工（gōng）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（dāo）具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套（tào）料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑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車床、臥式加工中心，易加工（gōng）工件（jiàn）材料;套（tào）料（liào）鑽、內排屑深（shēn）孔鑽的鑽（zuàn）孔直徑不（bú）適（shì）合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位（wèi）深孔鑽一般（bān）最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深（shēn）孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和（hé）冷（lěng）卻，使用霧化切削液進行潤滑（huá），需專用的加工設備。

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

經對上述幾（jǐ）種深孔加工刀具的對比及（jí）本（běn）廠（chǎng）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（bǐng）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（shùn）利排出，並選擇韌性和抗振性均較佳的（de）硬質合金作為基體，表（biǎo）麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬（yìng）度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油（yóu）由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削（xuē）區後迫使切屑（xiè）隨切削液由V型槽（cáo）與工件孔壁（bì）間空間排出，故稱外（wài）排屑。

此類深孔（kǒng）鑽前角一般為0°，以便製造。它無（wú）橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易（yì）排出（chū）。

2.設備

槍鑽是（shì）用來（lái）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配備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀具或（huò）工件旋轉場合。

綜合（hé）考慮槍鑽加工（gōng）的應用場合及公司（sī）現有設備情況，在（zài）此零件加工時（shí），筆者選擇了車銑（xǐ）複（fù）合加工中心，此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力，需要靠導套或引導孔分擔（dān）。

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

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

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（zuàn）鑽頭直徑（jìng）大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分（fèn）析

深（shēn）孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪（zhǎo）裝夾，以定位，夾緊，按車端（duān）麵→鑽導向孔（kǒng）→鑽深（shēn）孔的順（shùn）序進行零件的深孔加工（gōng）。

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;鑽深孔時，我們（men）選擇了伊斯卡的槍鑽，以（yǐ）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。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導（dǎo）作用的前提下，筆者也兼顧（gù）了刀具成本問（wèn）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。

經過多個孔的（de）試驗加工，發現進口刀（dāo）具切削參數比國產（chǎn）刀具要高（gāo）許多（duō），轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費（fèi）用較高;國產刀具的切削參數（shù）偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀（dāo）具，費用同樣遠遠低於進口刀具的費（fèi）用。

經試（shì）驗，兩種刀（dāo）具的加工質量相似。因為此（cǐ）零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下（xià），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（àn）進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進（jìn）給率的方（fāng）法進（jìn）行深孔加工;

另一種是以較低轉數和進給率反轉進入（rù）導向孔，以零（líng）轉數（shù）和G0的（de）速度快速退出深孔的（de）加工方法。

經過試驗加工發現：第（dì）一種加工方法（fǎ）加工效率低且零件表麵質（zhì）量差，而第二種加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷卻壓力的情（qíng）況下，選擇第二種加工方法進（jìn）行（háng）了刀具壽命試驗。

試驗過程中發（fā）現，1把槍鑽加工到第4件（jiàn）零件時，加工聲音異常，於是調低進給倍（bèi）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（gōng）到孔深78mm時，鑽頭折斷。

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

在某些加工範圍內（nèi），槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個直線度高、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（dù）和冷卻液壓（yā）力後，深孔鑽這個工序便成為一個（gè）簡易的“標準”工（gōng）序，不受（shòu）操作員技術的影響，隻要是一個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（yòng）於專用槍鑽機床，同時在高（gāo）壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑複合加工中心和數控車（chē）床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。