​CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深（shēn）孔?

深孔是指孔深（shēn）與孔徑比L/d≥5的孔，深孔（kǒng）加工是（shì）機械加工中的一道難題（tí），尤其是大深徑比的深孔加（jiā）工，難點在於刀具細長，剛性（xìng）差、強度低，易引起刀具偏斜，且（qiě）散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象（xiàng），從而達不到質量要求。

航空發動機某噴（pēn）嘴（zuǐ）類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比（bǐ）達17：1。超大（dà）的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工出（chū）合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適的（de）加工設備和刀具。筆（bǐ）者經過試件（jiàn）的試切（qiē）加工，選擇合適的（de）加工參數（shù），最終確定了合理的加工方（fāng）法。

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為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）孔加工的零件（jiàn），其材料（liào）為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加（jiā）工相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效（xiào）率（lǜ）低，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（yǐ）及時（shí）排出，遠離刀尖，刀具磨損（sǔn）更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保（bǎo）證高溫合金孔的精（jīng）度要求。

④高溫合（hé）金孔加工中，刀具磨損比加工普通鋼（gāng）材快得多，且需要切削性能更好的刀具材料。

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

二、加工工藝設計和分析

零件（jiàn）深孔加工選用常規的鑽削（xuē）方式，需（xū）加長麻花鑽，而且（qiě）要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而（ér）且很容（róng）易引（yǐn）起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難（nán），因此刀具最好選擇深孔加工（gōng）專（zhuān）用刀具。

設備的選用考慮到本公司（sī）產品類型多，深（shēn）孔加工產（chǎn）品結構差（chà）異大，且（qiě）生產批（pī）量較小，不可能購置深孔（kǒng）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，選擇合適的加工設備來滿足（zú）深孔加工的技術（shù）要求。

1.刀具的選擇

深孔加（jiā）工的刀具有（yǒu）多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質（zhì）合金可轉位（wèi）深孔鑽、內排屑深（shēn）孔鑽（zuàn）和亞幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改（gǎi）裝的車床、臥式加工中心，易加工工件（jiàn）材料;套料（liào）鑽、內排屑（xiè）深孔鑽的鑽孔直（zhí）徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬（yìng）質合金可轉位深孔鑽一（yī）般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而（ér）亞幹式深孔加工係統主要是（shì）利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切（qiē）削液進行潤滑，需專用的加工設備。

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

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（zuàn）由硬質合金鑽（zuàn）尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤（rùn）滑和使切屑順利排出，並選擇韌性和抗（kàng）振性均較佳的硬質（zhì）合金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管（guǎn）。

其原理是（shì）高壓油由鑽（zuàn）杆後部中（zhōng）孔（kǒng）注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出（chū），故稱外排屑。

此類（lèi）深孔鑽（zuàn）前角一般為（wéi）0°，以（yǐ）便製造。它無橫刃，鑽尖偏（piān）離軸線，鑽（zuàn）孔時（shí）鑽尖前方形成小圓錐，可（kě）使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工件中心上（shàng）的（de）孔，加（jiā）工時，通常是（shì）工件旋轉，鑽頭作直線進（jìn）給，較（jiào）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（gōng）件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加（jiā）工的應用場合及公司現有設備（bèi）情（qíng）況，在此零件加工時，筆者選擇（zé）了車銑複合加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進（jìn）行鑽孔加工（gōng）。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽（cáo）形（xíng）意味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力（lì），需（xū）要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例（lì）所選的車銑加工中心不是槍鑽專（zhuān）用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無法設計導套。

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

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

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可（kě）知（zhī），用軟三爪裝夾，以定位，夾（jiá）緊，按（àn）車端（duān）麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家（jiā）的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工（gōng）;鑽（zuàn）深孔時（shí），我們選擇了伊斯（sī）卡的（de）槍（qiāng）鑽，以不同的加工方法和（hé）不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加（jiā）工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用（yòng）的前提下，筆者也兼顧了刀具成本（běn）問題，分別選擇進口的伊（yī）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（yàn）加（jiā）工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速（sù）可（kě）以達到（dào）2500r/min，進（jìn）給率為50mm/min，而且較（jiào）耐磨損，但費（fèi）用較（jiào）高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，費用（yòng）同樣（yàng）遠遠低（dī）於進口刀具的費（fèi）用。

經試驗，兩種刀具的加工（gōng）質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費（fèi）用較低的四（sì）平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了（le）兩種加工方（fāng）案進行試驗加工：

一種（zhǒng）是進入導向孔和退出深孔時，均（jun1）采取小於鑽削時轉數和（hé）進給率的方法進行深孔加工;

另一種是以較低（dī）轉數和進給率反轉進入（rù）導向孔，以零轉數（shù）和G0的速度快速退出深孔的加工方法。

經過試驗（yàn）加（jiā）工發現：第一種（zhǒng）加工方法加工效率低且零件表麵質（zhì）量差，而第（dì）二種加工（gōng）方法，加工效率高且質量較好。

因此（cǐ），在保證足夠冷卻壓（yā）力的情況（kuàng）下（xià），選擇第二（èr）種加工方法進行（háng）了刀具壽命試驗。

試驗過程（chéng）中發現，1把槍鑽加（jiā）工到第4件零件時，加（jiā）工聲音異常，於（yú）是調低進給倍率為90%，繼續（xù）加工，可順利完（wán）成第4件和第5件的加工，但加工到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進（jìn）給倍率的情況下，1把槍（qiāng）鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽（zuàn）不能解（jiě）決的（de）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（yīn）素，如主軸轉速、進給（gěi）速度和冷（lěng）卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技（jì）術的影響，隻要是一個高質量的（de）槍鑽便（biàn）可在生產過程中提供（gòng）一致的表現。

它不僅（jǐn）適用於專用槍鑽（zuàn）機床，同時在高壓內冷（lěng）和導向滿足的情況下（xià）也適用於（yú）車銑複合加工中心和數控車床，經濟適用性強，有（yǒu）一定（dìng）的推廣價值。