CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔（kǒng）?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工（gōng）中（zhōng）的一道難題，尤（yóu）其是大深徑比（bǐ）的（de）深孔加工，難點在於刀（dāo）具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏（piān）斜，且（qiě）散熱困難，排屑不易，經常產生（shēng）直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，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（shēn）為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難（nán）度（dù），為了加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合（hé）適的加工設備和刀具。筆者經過試（shì）件的試切加工，選擇合適的加工參數，最（zuì）終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某（mǒu）噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為（wéi）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（jiā）工的零（líng）件，其材料為難加工（gōng）的GH4169。

這類高溫合金孔加（jiā）工相對於一般（bān）鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，成本（běn）高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床（chuáng）功率大;

②孔加工是半封（fēng）閉（bì）的切削，產生的高切削（xuē）熱和切屑難以及時（shí）排（pái）出，遠離刀尖，刀具磨損更（gèng）為劇烈;

③用普（pǔ）通的鑽（zuàn）削方法（fǎ）難以保（bǎo）證高溫合金孔的精度（dù）要求。

④高溫合金孔加工（gōng）中，刀具磨損比加工普通鋼材（cái）快得多，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，加工此深（shēn）孔時（shí），必須選擇合適（shì）的加工設備和刀具，保證（zhèng）零件的加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零（líng）件深孔加工選用常規的鑽（zuàn）削方式，需加長麻花鑽，而（ér）且要斷屑加工（gōng），不僅加工精（jīng）度低（dī）、表麵粗糙（cāo）度差,加工效率低、操作（zuò）者勞動強度（dù）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（gōng）困難，因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備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，不可能購置（zhì）深（shēn）孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合（hé）適的加工設（shè）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（zhì）合金可（kě）轉位深孔鑽、內（nèi）排屑深孔鑽（zuàn）和亞幹式深孔加工係（xì）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（jiā）工工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔（kǒng）直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可（kě）轉位深孔鑽（zuàn）一般最（zuì）小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加（jiā）工係統（tǒng）主要是利用壓縮空氣進行（háng）排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，需專用的加（jiā）工（gōng）設（shè）備。

而槍鑽適用於加工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。

經對上（shàng）述幾種深（shēn）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（háng）此深孔的加工。

槍（qiāng）鑽（zuàn）由硬質合金鑽尖、鑽（zuàn）杆和（hé）刀柄三部分組（zǔ）成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加（jiā）強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性（xìng）和抗振性（xìng）均較佳的硬質合金作為基（jī）體，表麵可塗TiC或TiN，以（yǐ）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（shì）高壓油由（yóu）鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與（yǔ）工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前（qián）角一般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽（zuàn）尖（jiān）偏離軸線，鑽孔時（shí）鑽尖（jiān）前方形成小圓錐，可使（shǐ）切屑（xiè）在鑽尖處斷離為兩段（duàn），使之較（jiào）易排出。

2.設備

槍（qiāng）鑽是用來鑽削回轉工件中心上的（de）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（què）係統的車床與（yǔ）立式機床、刀具（jù）或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場（chǎng）合及公司現有設備情況，在（zài）此零件加（jiā）工（gōng）時，筆者（zhě）選擇了車銑複合加工中心，此設備既可（kě）實現零件旋轉，又配（pèi）備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工（gōng）。

3.槍鑽引（yǐn）導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭（tóu），不平衡的槽形意味（wèi）著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周（zhōu）邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

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

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

槍鑽引導孔（kǒng）的深度應為1～2倍槍鑽直徑，直徑應（yīng）比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合（hé）適。

4.工藝試驗（yàn）與（yǔ）分析

深孔加工工序草圖如（rú）圖3所（suǒ）示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位（wèi），夾緊，按車端麵→鑽（zuàn）導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向（xiàng）孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數（shù）進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不（bú）同的加工（gōng）方（fāng）法和不同的切削參數進行（háng）了多（duō）個（gè）孔的鑽削試驗。

(1)引（yǐn）導孔加工。

鑽引導孔時，在滿（mǎn）足槍鑽引導作用的（de）前提下，筆者也兼顧了刀具成本（běn）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。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以（yǐ）達（dá）到2500r/min，進給率（lǜ）為50mm/min，而且較耐磨損（sǔn），但（dàn）費用較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率（lǜ）僅為20mm/min，加工效（xiào）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，兩種刀具的加工質量相似。因為（wéi）此零件的批量小且加工件數少（shǎo），在滿足加工（gōng）質量的前（qián）提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭（tóu）。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加工（gōng）方案進行試驗加工：

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

另一（yī）種是以較低轉數和進（jìn）給率（lǜ）反轉進入（rù）導向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工方法。

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工效率低且零件表（biǎo）麵質量差，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況下，選（xuǎn）擇第（dì）二種加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍（qiāng）鑽（zuàn）加工到（dào）第4件零件時，加（jiā）工聲（shēng）音異常（cháng），於是（shì）調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第4件（jiàn）和第5件的加工（gōng），但加工到第（dì）6件時，加工（gōng）到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗（yàn），在調低進（jìn）給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件零件（jiàn），可（kě）防止鑽頭折（shé）斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能（néng）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（zài）固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個（gè）工序便成為一個簡（jiǎn）易的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是一個高質量的槍鑽（zuàn）便可在生產過程中提供一致的（de）表現。

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