​CNC數控機床深（shēn）孔加工要訣

什麽叫深（shēn）孔?

深孔是指孔深與（yǔ）孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長（zhǎng），剛性差、強度低，易引起刀具偏（piān）斜，且散（sàn）熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形（xíng）或（huò）孔（kǒng）偏斜等現象，從（cóng）而（ér）達不到質量要求。

航空發動（dòng）機某噴嘴類零件，孔徑（jìng）為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超（chāo）大的深徑比更增加了此（cǐ）零件（jiàn）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（zé）合適的加（jiā）工設備和（hé）刀（dāo）具。筆（bǐ）者經過試件的（de）試切加工，選擇合（hé）適的加工參數，最終確定（dìng）了合理的加工（gōng）方法。

一、零件（jiàn）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，其材料為難加工（gōng）的（de）GH4169。

這類高溫合金（jīn）孔加工相對於一般鋼材切削加工，刀具壽命（mìng）要低（dī）50%以上（shàng），且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主（zhǔ）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（hé）切（qiē）屑難（nán）以及時排（pái）出，遠離刀尖，刀具磨損（sǔn）更為劇（jù）烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精（jīng）度要求。

④高溫（wēn）合金孔加工中（zhōng），刀具磨損比加工普通（tōng）鋼材快得多，且需（xū）要切削性能更好的刀具材料。

為了解決以上加工（gōng）難點，加工此深孔時，必須選擇合適的加工設（shè）備（bèi）和刀（dāo）具，保證零件的加（jiā）工精度。

二、加工工藝（yì）設（shè）計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且要斷屑加工，不僅加工精度低（dī）、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，而且很容易引起（qǐ）堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困（kùn）難，因此（cǐ）刀（dāo）具（jù）最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用（yòng）考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品（pǐn）結（jié）構差異（yì）大，且生產批量較小，不可能購置深（shēn）孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇（zé）合適的加工設備來滿足深孔加工的技（jì）術（shù）要求。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸（xī）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（shēn）孔加工係統（tǒng）等類型。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工（gōng）工件材料;套料（liào）鑽（zuàn）、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽（zuàn）加工Ф6mm的小孔;硬質合金可轉位深孔（kǒng）鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔（kǒng）加工係統（tǒng）主要是（shì）利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑，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（yóu）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，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇韌性（xìng）和抗振性均較佳的硬質合金作為基體，表麵可（kě）塗TiC或TiN，以（yǐ）提高鑽頭（tóu）的硬度和（hé）耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形（xíng）孔到達切削區後迫使切（qiē）屑隨切（qiē）削液由V型槽與（yǔ）工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類深（shēn）孔鑽前（qián）角一般為0°，以便製造。它（tā）無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形（xíng）成小圓錐，可使（shǐ）切屑在鑽尖處斷離為（wéi）兩（liǎng）段（duàn），使之較易排出。

2.設備

槍鑽是（shì）用來（lái）鑽削回轉工件中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給（gěi），較適用於（yú）加工中心及配備高壓（yā）冷卻係統的車床與立（lì）式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜（zōng）合考慮槍鑽加工的應用場合及公司（sī）現有設備情（qíng）況，在此零（líng）件加（jiā）工時，筆（bǐ）者選擇了車銑複合加工中心，此設（shè）備既可實現零件旋轉（zhuǎn），又配備高壓內（nèi）冷（lěng）係（xì）統，滿足槍鑽的應用場合（hé）。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬（shǔ）於非平衡（héng）鑽頭，不平衡的槽形意味著（zhe）切削力不平衡（héng）。

為了減少鑽頭周邊（biān）的徑向切削力（lì），需要（yào）靠導套或（huò）引導孔分擔。

典（diǎn）型（xíng）的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工（gōng）中心不是槍鑽（zuàn）專用機床，沒有配備導套，且沒有夾具，無（wú）法設計導（dǎo）套（tào）。

因此，筆者考（kǎo）慮用鑽（zuàn）削（xuē）引導孔的方式來平衡槍鑽切削力（lì）。通過大量實驗數據得出：

槍鑽引導孔的（de）深度應為1～2倍槍鑽直（zhí）徑，直徑應比槍鑽（zuàn）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，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順（shùn）序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數進行（háng）試驗加工;鑽深孔（kǒng）時，我們選擇了伊斯卡的槍（qiāng）鑽，以不同的加工方法和不同的（de）切削參數進行了（le）多個孔的鑽削試驗。

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在（zài）滿足槍鑽引導作用（yòng）的前提下，筆者（zhě）也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口的伊斯卡中（zhōng）空內冷合金鑽頭和國產的四平合金（jīn）鑽頭進行（háng）了試切加工。

經過多個（gè）孔的試驗加工，發現進口刀（dāo）具切削參數比（bǐ）國產刀具要高許多，轉速可以達到（dào）2500r/min，進（jìn）給率為50mm/min，而（ér）且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的（de）切削（xuē）參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低（dī）於進口刀具，費用（yòng）同樣遠（yuǎn）遠低於進口刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的加工質量（liàng）相似。因為此零件的批量小且加工件數少（shǎo），在滿（mǎn）足加工質量（liàng）的（de）前提下，我們選擇（zé）了（le）費用較低的四平合金鑽頭。

(2)深（shēn）孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導（dǎo）向（xiàng）孔和退出（chū）深孔時，均采（cǎi）取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行深（shēn）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（sù）度快速退出深孔的加工方法。

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

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選（xuǎn）擇第二種加工（gōng）方法進行了刀（dāo）具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽加工到（dào）第4件零件時，加工聲音異常（cháng），於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完成第4件和第（dì）5件的加工，但加工到第6件時，加工到孔（kǒng）深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在（zài）調（diào）低進給倍率的情況（kuàng）下，1把（bǎ）槍鑽最多（duō）加工5件零件，可防止鑽頭折斷（duàn）。

在某些加工範圍內，槍（qiāng）鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高（gāo）精度（dù）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（yǒu）因素（sù），如主軸轉速、進給速（sù）度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡（jiǎn）易的“標準”工序，不（bú）受操作員（yuán）技術（shù）的影響，隻（zhī）要是一個高質量的槍鑽便可（kě）在生（shēng）產過程中提供一致（zhì）的表現。

它（tā）不僅適（shì）用（yòng）於專用槍（qiāng）鑽機床，同時在高壓內冷和導（dǎo）向滿足的情況（kuàng）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。