​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫（jiào）深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加（jiā）工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加（jiā）工（gōng），難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜（xié），且散（sàn）熱困難，排（pái）屑不易，經常產生（shēng）直徑變大（dà）、出現錐形或孔偏斜等現象（xiàng），從而達不到質量要求。

航空發動機某（mǒu）噴嘴類零件，孔徑為（wéi）Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更（gèng）增加了此零件的加工（gōng）難度，為了加工（gōng）出合格孔（kǒng），需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備（bèi）和刀具（jù）。筆者經過（guò）試件的試切（qiē）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（zǒng）長為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（shēn）孔加工的零（líng）件，其材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般鋼材切削加工，刀（dāo）具壽命要低（dī）50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔（kǒng）加工主要難點是：

①切（qiē）削力大，消耗機床功率（lǜ）大;

②孔（kǒng）加工是半（bàn）封閉的切削，產生的高切削熱和（hé）切屑難以及時排出，遠離刀尖，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（sǔn）比加工普通鋼（gāng）材快得多，且（qiě）需（xū）要切削性能更好（hǎo）的刀具材料。

為了解決（jué）以上加工難點，加工此深孔時，必須選擇合適的加（jiā）工設備和（hé）刀具，保證零件的加工精度。

二、加工工（gōng）藝設計和分析

零件深孔（kǒng）加工選用常規的（de）鑽（zuàn）削方式，需加長麻花鑽，而且要斷（duàn）屑（xiè）加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工（gōng）效率低、操作者勞動強（qiáng）度大、質量難以保證，而且（qiě）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）具最好選擇深（shēn）孔加工專用刀具。

設備的（de）選用考慮到本公（gōng）司產品類型多，深孔加工產品結構差異大（dà），且生產批量較小，不（bú）可能購置深（shēn）孔加工專用機床，為了更好地保證深（shēn）孔精度要求（qiú），結合工廠實際，選擇合（hé）適的（de）加（jiā）工設備來（lái）滿足深孔加工的（de）技術要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多（duō）種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、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，易加工工件材料;套（tào）料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適（shì）合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位（wèi）深孔鑽一般最小鑽（zuàn）削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統（tǒng）主要（yào）是（shì）利用（yòng）壓縮空氣進行排屑和冷卻，使（shǐ）用霧化切削液進行潤（rùn）滑，需（xū）專用的加工設備。

而槍鑽（zuàn）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（jīng）對（duì）上述幾種（zhǒng）深孔加工刀具的對比及（jí）本（běn）廠的實際情（qíng）況，研究決（jué）定采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由硬（yìng）質合金（jīn）鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽（zuàn）頭（tóu）冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和抗振（zhèn）性均較佳（jiā）的硬質（zhì）合金作為基體，表麵可（kě）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（yuán）理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經（jīng）腰（yāo）形孔到（dào）達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外排屑（xiè）。

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

2.設備

槍鑽是用來鑽削（xuē）回轉工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽（zuàn）頭作直線進給，較適用於加工中心及配（pèi）備高壓冷卻係統的車床與（yǔ）立式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加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（zé）了車銑複合（hé）加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽（zuàn）的應用場合（hé）。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工（gōng）

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不（bú）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（dǎo）套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上（shàng）配有槍鑽引導套（tào），而本例所選的（de）車銑加工中心不是槍（qiāng）鑽（zuàn）專用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無（wú）法設（shè）計導套。

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

槍鑽（zuàn）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（cǎo）圖如圖3所示（shì），由圖可知（zhī），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（kǒng）加工。

鑽導向孔時，以不同（tóng）廠家的（de）鑽頭按不同切削參數進（jìn）行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參數（shù）進行（háng）了多個孔的鑽削（xuē）試（shì）驗。

(1)引（yǐn）導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用的前（qián）提下，筆者也兼顧（gù）了（le）刀（dāo）具成（chéng）本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國（guó）產的四（sì）平合金鑽頭進行了試切加（jiā）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（kě）以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高（gāo）;國產刀（dāo）具的切削參（cān）數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進（jìn）口（kǒu）刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具的（de）費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批（pī）量小且加工件數少，在滿足加工質量的（de）前提下，我（wǒ）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（jiā）工方案進行試驗加工：

一種是（shì）進入導向孔和退出深（shēn）孔（kǒng）時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行深孔加工;

另一種是以較低轉（zhuǎn）數和進（jìn）給率反轉進入導（dǎo）向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深孔的加工（gōng）方法（fǎ）。

經過試驗加工發現：第一種加（jiā）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（zhèng）足夠冷卻壓力的（de）情況下，選擇第二（èr）種加工方法進行了刀具壽命（mìng）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，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可（kě）順利完成第4件（jiàn）和第5件的加工，但加工到第6件（jiàn）時，加工到孔深78mm時，鑽（zuàn）頭折（shé）斷。

經過試驗，在調低進給倍率的情況下，1把槍鑽最多加（jiā）工5件零件，可防止鑽頭折（shé）斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能（néng）解決的深孔和（hé）高精度孔加工（gōng）問題，可鑽出一個直線度高、表（biǎo）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）和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一（yī）個簡易的“標準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是（shì）一個（gè）高質量的槍鑽（zuàn）便可在生（shēng）產過程中提供一致的（de）表現。

它不僅適用於專用槍鑽機床，同（tóng）時（shí）在高（gāo）壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑（xǐ）複合加工中心和數（shù）控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。