​CNC數控機床深孔加工要訣

　　


什麽叫深孔?

深孔（kǒng）是指（zhǐ）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（dà）深（shēn）徑比的深孔加工（gōng），難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏（piān）斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生（shēng）直徑變大、出（chū）現錐形或孔（kǒng）偏斜等現（xiàn）象（xiàng），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，深徑比達17：1。超大的（de）深徑（jìng）比更增加了此零（líng）件的加工難度，為了（le）加工出合格孔，需製（zhì）定合理的加工方案（àn），選擇合適的加（jiā）工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工（gōng），選擇合適的（de）加工參數，最終確定了合理的加工方法。

 

一、零（líng）件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部（bù）內（nèi）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（cái）料為難加工（gōng）的GH4169。

這類（lèi）高溫合金孔加工相對於（yú）一般鋼（gāng）材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，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（dà）;

②孔加工是半封閉的切削，產生（shēng）的高切削熱和切屑難以（yǐ）及時排出，遠離刀尖，刀具（jù）磨損更為劇烈;

③用普通的鑽（zuàn）削（xuē）方法難以保證高（gāo）溫合（hé）金孔的精（jīng）度要求。

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

為了解決以上加工難點，加工此深（shēn）孔時，必須選（xuǎn）擇合適的加（jiā）工（gōng）設備和刀具，保證零件的加工（gōng）精度。

 

二、加工工藝設計和分析

零件深（shēn）孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加（jiā）工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效（xiào）率低、操作者勞動強度大（dà）、質量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽（zuàn）頭，造（zào）成更大（dà）的加工困難（nán），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（sī）產品類型多，深孔加工產品結構差異大，且生（shēng）產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床（chuáng），為了更好地保證深孔（kǒng）精度要（yào）求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的技術要（yào）求。

 

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽（zuàn）、套料（liào）鑽、硬質合金可轉（zhuǎn）位深孔鑽（zuàn）、內排屑深（shēn）孔鑽和亞幹式深孔（kǒng）加工係統（tǒng）等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中（zhōng）心，易加工工件材料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深（shēn）孔鑽一（yī）般最（zuì）小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主要是（shì）利用壓縮空氣進行排（pái）屑和冷卻，使用霧（wù）化切削（xuē）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Ra6.3～Ra0.4μm、精度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（de）實際情況，研（yán）究決定采（cǎi）用槍鑽（zuàn）進行此深孔的加工。

槍鑽（zuàn）由（yóu）硬質合金（jīn）鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄（bǐng）三部分組成。

槍鑽鑽尖上（shàng）開有油孔，以加強鑽頭冷卻（què）潤滑和使切屑順利（lì）排出，並選擇韌性和抗振性均較佳的硬質合金作為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽（zuàn）杆（gǎn）一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入（rù），經腰形孔到達切削區後迫使切屑（xiè）隨切削液由V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外（wài）排（pái）屑。

此（cǐ）類深孔鑽前角（jiǎo）一般為0°，以便（biàn）製造。它無橫刃，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，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工件中心上的孔，加工時，通常是工（gōng）件（jiàn）旋（xuán）轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配（pèi）備高壓冷卻係（xì）統的車床與立（lì）式機床、刀具或工件旋轉場（chǎng）合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場合及（jí）公司現有設備情況，在（zài）此（cǐ）零件加工時，筆者選擇（zé）了車（chē）銑（xǐ）複（fù）合加（jiā）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。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平（píng）衡鑽（zuàn）頭，不平衡的槽形意味（wèi）著切削（xuē）力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要（yào）靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配（pèi）有槍鑽引導（dǎo）套，而本例所選的車銑加（jiā）工中（zhōng）心不是槍鑽（zuàn）專用機床，沒有配備導套，且沒有（yǒu）夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削引（yǐn）導孔的方（fāng）式來平衡槍鑽切削力。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（zuàn）直徑，直徑應比槍鑽（zuàn）鑽頭直徑大0.004～0.012mm較（jiào）合適。

 

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖如圖（tú）3所示（shì），由圖可知（zhī），用軟（ruǎn）三爪裝夾，以定（dìng）位，夾緊，按車端（duān）麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加（jiā）工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同（tóng）切削參數進行試驗加工;鑽深孔時（shí），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孔的鑽削試驗。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足（zú）槍鑽引導作用的前提下，筆者也兼（jiān）顧了刀具成（chéng）本問題，分別選擇進口的伊斯卡中空（kōng）內冷合金鑽頭和國產的四平（píng）合金鑽頭進行了試切加工。

經過多（duō）個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要高（gāo）許多，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（jiào）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。因為此零件的批（pī）量小且加工（gōng）件數少，在滿足加工質量的前提下（xià），我們選擇了費用較低（dī）的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔加工（gōng）我們采（cǎi）用了兩種加工方案進行試驗加工：

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

另一（yī）種是（shì）以較（jiào）低轉數（shù）和進給率反轉進入導向孔，以零（líng）轉數和G0的速度快速退出深孔的加（jiā）工方法。

 

經過試驗加工發（fā）現（xiàn）：第一種加工方法加（jiā）工效率低且零件表麵質量差，而（ér）第二種（zhǒng）加工方法，加工效率高且質量較好。

因此，在保證足夠冷（lěng）卻壓力的情況（kuàng）下，選擇（zé）第二種加工方法進行了刀（dāo）具壽命試驗。

試（shì）驗過程（chéng）中發現，1把槍鑽（zuàn）加工到第4件零件時，加工聲音異常（cháng），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（jiàn）時，加工到孔深（shēn）78mm時（shí），鑽頭折斷（duàn）。

經過試驗，在調低進給倍率的情況下，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，槍鑽能解決麻花鑽不能解決的深（shēn）孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個（gè）直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸（zhóu）轉速、進給速度和冷（lěng）卻液壓力後，深（shēn）孔鑽（zuàn）這個工序便成為一個簡易的“標準”工（gōng）序（xù），不（bú）受操作員技術的影響，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（bú）僅適（shì）用於專用（yòng）槍鑽機床，同時在（zài）高壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑複合加（jiā）工中心（xīn）和數控車床，經濟適用性強，有一（yī）定的推廣價值（zhí）。