​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加（jiā）工中的一道難題（tí），尤其是大深徑比（bǐ）的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度（dù）低，易引起刀具偏斜，且散熱（rè）困難，排屑不易，經常（cháng）產生（shēng）直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現（xiàn）象，從而（ér）達（dá）不到質量（liàng）要求。

航空發動（dòng）機某噴嘴類零件，孔徑為（wéi）Ф6mm，孔深（shēn）為（wéi）105mm，深（shēn）徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難（nán）度，為了加工出合格孔，需製（zhì）定合理的加工方案，選擇合適（shì）的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工（gōng），選擇合適的加工參數，最終確定了（le）合理（lǐ）的（de）加工方法。

一（yī）、零件簡介

某噴嘴（zuǐ）類零件，總長為105mm，杆部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚為（wéi）2mm，表麵（miàn）粗糙（cāo）度為（wéi）Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零件，其材料為難（nán）加工（gōng）的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般鋼材切削加工，刀具（jù）壽（shòu）命要低50%以上，且加工效率低（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（dà）;

②孔（kǒng）加工是半封閉的切削，產生的高切削熱和（hé）切屑難以（yǐ）及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為（wéi）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（mó）損比加（jiā）工普通鋼材快得（dé）多，且需（xū）要切削性能更好（hǎo）的（de）刀具材料（liào）。

為了解決以上加工難點（diǎn），加工此深孔（kǒng）時，必須選擇合適的加工設備和刀（dāo）具，保證零件的加（jiā）工精度。

二、加工（gōng）工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規（guī）的鑽削方式，需加長麻（má）花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工（gōng）精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞（láo）動強度大（dà）、質量難以保（bǎo）證，而且很（hěn）容易引起堵屑或折斷鑽頭，造（zào）成更大的加工困難，因此刀（dāo）具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的（de）選用考（kǎo）慮到本（běn）公司產品類型（xíng）多（duō），深（shēn）孔加工產品結構差異大，且生產批（pī）量較（jiào）小，不可能（néng）購置深孔加工專用機床，為了更好地（dì）保證深（shēn）孔（kǒng）精（jīng）度（dù）要求，結合工廠實際，選擇合適的加（jiā）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（jīn）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（jīng）改裝的車床、臥（wò）式加工中心，易加（jiā）工工件（jiàn）材（cái）料;套料鑽、內排屑（xiè）深孔鑽的鑽孔直徑不（bú）適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔鑽一般（bān）最小鑽削直徑為Ф20mm;

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

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

經對上述（shù）幾種深孔加工（gōng）刀具（jù）的對（duì）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（jiā）強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和（hé）抗振性均較佳的硬質合金作為（wéi）基體，表麵可塗（tú）TiC或（huò）TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用（yòng）40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓（yā）油由鑽杆後部中孔注入，經（jīng）腰形孔到達切削區（qū）後迫使切屑隨切削（xuē）液由V型槽與工件（jiàn）孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深（shēn）孔鑽前角一般為0°，以便製（zhì）造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，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（shǐ）之較易排出。

2.設（shè）備

槍鑽是（shì）用來鑽削回轉工件中心上的孔，加工時（shí），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（chē）床與（yǔ）立式機床（chuáng）、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮（lǜ）槍鑽（zuàn）加（jiā）工的應用場合及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工中心（xīn），此設備既可實現零件旋（xuán）轉（zhuǎn），又配備高壓內冷係統，滿（mǎn）足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引（yǐn）導孔加工

槍（qiāng）鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的（de）槽（cáo）形（xíng）意味著切（qiē）削力不（bú）平衡。

為了減少（shǎo）鑽頭周邊的徑向（xiàng）切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配（pèi）有槍鑽引導套，而本例所選的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，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削（xuē）引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數（shù）據得（dé）出：

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

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖（tú）如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按（àn）車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序（xù）進行零件的深孔加（jiā）工。

鑽導（dǎo）向孔時（shí），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，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法（fǎ）和不同的切削參數進行了多個（gè）孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分（fèn）別選擇進口的伊斯卡中（zhōng）空內冷合（hé）金鑽頭和國（guó）產的（de）四平合（hé）金鑽頭進行了試切加（jiā）工。

經過多個孔的試（shì）驗加（jiā）工（gōng），發現進口刀具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50mm/min，而（ér）且較耐磨損（sǔn），但費用較高;國（guó）產刀具的切削參數偏低，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加工（gōng）件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費用較（jiào）低（dī）的四（sì）平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種（zhǒng）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，均采取小於鑽削時轉數（shù）和進給率的方法進行深孔加工;

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的速度快（kuài）速退出深孔的（de）加工方法（fǎ）。

經過試（shì）驗加（jiā）工發現：第一（yī）種加工方法加工效率低且零件表麵（miàn）質（zhì）量差，而第二種（zhǒng）加工方法，加工效率高（gāo）且質量較好。

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

試驗過程中發現，1把槍鑽加工（gōng）到第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（lì）完成第4件和第5件的加工，但加工（gōng）到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過（guò）試驗（yàn），在調低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加工5件（jiàn）零件，可防止鑽頭折斷（duàn）。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問（wèn）題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的（de）孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽（zuàn）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（yào）是一個（gè）高質量的（de）槍鑽（zuàn）便可在生產過程（chéng）中提供一致的表現。

它不（bú）僅適用於專用槍鑽機床，同時（shí）在高壓內冷和導向滿足的情（qíng）況下也適用於車（chē）銑複合加工中心和數控車床，經濟適用性強（qiáng），有一定的推廣價值（zhí）。