​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（kǒng），深孔加工是（shì）機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於（yú）刀具細長，剛性差、強度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直（zhí）徑變大、出現錐（zhuī）形或孔偏斜等現（xiàn）象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件（jiàn），孔徑（jìng）為Ф6mm，孔（kǒng）深為（wéi）105mm，深徑比達17：1。超大（dà）的深徑比更增（zēng）加了此零件的加工難度，為了（le）加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合適（shì）的加（jiā）工（gōng）參（cān）數，最終確定（dìng）了合理的加工方法。

一（yī）、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部（bù）內孔為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工的零件，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，刀具（jù）壽命要低50%以上，且加工效（xiào）率低，成本高（gāo）。高溫合金（jīn）孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功（gōng）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及時排出（chū），遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽（zuàn）削方法難以保（bǎo）證高溫合金孔的精度要求（qiú）。

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

為了解決以上加工難點，加工（gōng）此深孔時，必須選擇（zé）合適（shì）的加工（gōng）設（shè）備和刀具，保證零件的加（jiā）工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選（xuǎn）用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度（dù）差,加工效率低、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑（xiè）或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最好選擇深孔加工（gōng）專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔（kǒng）加工產（chǎn）品結構差異（yì）大，且生產批（pī）量較小，不可能（néng）購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深（shēn）孔精度（dù）要求，結（jié）合工廠（chǎng）實際，選擇合適的加工設備（bèi）來滿足（zú）深孔加工的技術要求。

1.刀具的（de）選擇

深孔（kǒng）加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深（shēn）孔鑽和亞（yà）幹式深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於（yú）經改（gǎi）裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材（cái）料;套料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適（shì）合鑽（zuàn）加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔鑽一般（bān）最小（xiǎo）鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔加工係統主（zhǔ）要是利用壓縮空氣進（jìn）行排屑和冷（lěng）卻（què），使用霧化切削液（yè）進行潤滑，需（xū）專用的加工設備。

而槍鑽適用（yòng）於加工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表麵（miàn）粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

經對上（shàng）述幾種深孔加工刀具的對比（bǐ）及本（běn）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（zhì）合金鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄三部分（fèn）組成。

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

其原理是高壓油由（yóu）鑽杆後部中（zhōng）孔注入，經腰形孔到達切削（xuē）區後迫使切屑（xiè）隨（suí）切削液由V型槽與工件孔壁間空（kōng）間排（pái）出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它無（wú）橫刃（rèn），鑽尖偏離軸線，鑽孔時（shí）鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖（jiān）處斷離為兩段，使之較易（yì）排出。

2.設備

槍（qiāng）鑽（zuàn）是用來鑽削回轉工件（jiàn）中心上的孔，加工時，通常是工（gōng）件旋轉，鑽（zuàn）頭作直線進給，較適用於加（jiā）工中心及配備高壓（yā）冷卻係統的車床與立式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合（hé）考慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在（zài）此零件加（jiā）工時（shí），筆者選（xuǎn）擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此設備（bèi）既（jì）可實現零件旋轉，又配備高壓內冷係統（tǒng），滿足（zú）槍鑽的應用場合（hé）。可以（yǐ）進行鑽孔加工。

3.槍鑽（zuàn）引導孔加工（gōng）

槍鑽屬（shǔ）於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切（qiē）削力不平衡。

為了減少鑽頭（tóu）周邊的徑向切削（xuē）力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的（de）槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選（xuǎn）的車銑加工中心（xīn）不是槍鑽專用機（jī）床，沒有配（pèi）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（qiāng）鑽切削力。通過大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的深度應為1～2倍槍鑽直（zhí）徑，直徑應（yīng）比（bǐ）槍（qiāng）鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合（hé）適。

4.工藝試驗與分析

深（shēn）孔加工工（gōng）序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行（háng）零（líng）件的深孔加工（gōng）。

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

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍（qiāng）鑽引導作用的前提下，筆者（zhě）也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進（jìn）口的伊斯卡中空內（nèi）冷合（hé）金鑽頭和國產的四平合金（jīn）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，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐（nài）磨損，但費用較高;國產刀具的（de）切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠（yuǎn）低於進口刀（dāo）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。因為此零件的批量小且加工件數少（shǎo），在滿足加工質量的前提下，我們選擇了費（fèi）用較低的（de）四平合（hé）金鑽頭。

(2)深孔（kǒng）加工。

深孔加（jiā）工我們采用了兩種加工（gōng）方案進行試驗加工：

一種是進入（rù）導向孔和退出深孔時，均采取小於鑽（zuàn）削（xuē）時（shí）轉數和進（jìn）給（gěi）率的方法進行深孔加工;

另一（yī）種是以較低轉數和（hé）進給（gěi）率反轉進入導（dǎo）向孔，以零（líng）轉數和G0的速度（dù）快（kuài）速退（tuì）出深孔的加工（gōng）方法。

經過（guò）試驗加工發現：第一種加工方法加工效（xiào）率低且零件表麵質量差，而第二種加工方法（fǎ），加工效率高且質量較好。

因（yīn）此，在保證足夠冷卻壓力的（de）情況（kuàng）下，選擇第（dì）二種加工方法進行了刀（dāo）具壽命試驗。

試驗（yàn）過（guò）程中（zhōng）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，可順利完成（chéng）第4件和第5件的加工，但加工到（dào）第6件時，加工到（dào）孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進給（gěi）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（bú）能解決的深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個（gè）直線度高、表麵粗（cū）糙度好的（de）孔。

而且（qiě）在固定所有（yǒu）因素，如（rú）主軸轉速、進給速度（dù）和冷卻液（yè）壓力後，深孔鑽這個工序（xù）便成為一（yī）個（gè）簡易的“標準”工序，不受操（cāo）作員技（jì）術的影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可在生（shēng）產過程中提（tí）供一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽機床，同時在（zài）高壓內冷和導向滿足的情況（kuàng）下也適用於車（chē）銑複合（hé）加工中心和數控車床（chuáng），經濟適用性強，有一定的推廣價值。