CNC數控機床（chuáng）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，深孔加（jiā）工是機械加工中的一道難題，尤（yóu）其是大深徑比的（de）深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差（chà）、強度低（dī），易引起刀（dāo）具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔（kǒng）偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發（fā）動機某（mǒu）噴嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深（shēn）徑比更增加了此（cǐ）零（líng）件的（de）加（jiā）工難（nán）度，為了加工出合格孔（kǒng），需製定合理的加工方（fāng）案，選擇合（hé）適的加（jiā）工設備和刀具。筆者經過試件（jiàn）的試切加工，選擇合適的加工參數，最終（zhōng）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（wéi）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（nán）加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一般鋼材（cái）切削加（jiā）工，刀具壽命要低50%以上，且加（jiā）工（gōng）效率低，成本高。高溫合金孔加（jiā）工主要（yào）難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半（bàn）封（fēng）閉（bì）的切削，產生的高切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以（yǐ）保（bǎo）證高溫合金孔的精度要求。

④高溫合（hé）金孔加（jiā）工中（zhōng），刀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，加工此深孔時（shí），必須選擇合適的加工設備和（hé）刀具，保證零件的加工精度（dù）。

二、加工工藝（yì）設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加長（zhǎng）麻花鑽，而且要（yào）斷屑加工，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操（cāo）作者勞（láo）動（dòng）強度大、質（zhì）量難以保證，而且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具最（zuì）好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品（pǐn）結構差異（yì）大，且生產批量（liàng）較小（xiǎo），不可（kě）能購置深孔加工（gōng）專（zhuān）用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠（chǎng）實際，選擇合適的加工設備（bèi）來滿足深孔加工的技術（shù）要（yào）求（qiú）。

1.刀具的選擇

深孔加工的刀（dāo）具有多種，如（rú）槍鑽、噴吸鑽、套料（liào）鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排（pái）屑深孔鑽（zuàn）和亞幹式深孔加工（gōng）係（xì）統等類型。

噴吸鑽適用於經（jīng）改裝（zhuāng）的車床、臥式加工中心，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;硬質合金可轉位深孔鑽一般最小鑽削（xuē）直徑為Ф20mm;

而亞幹（gàn）式深孔加（jiā）工係統主要是利用壓縮空氣（qì）進行排屑和冷卻，使用（yòng）霧化（huà）切削液進行潤滑，需專用的加工設備。

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

經對（duì）上述幾種深孔（kǒng）加工刀具的對比及（jí）本廠的實際情況，研究決定（dìng）采用槍（qiāng）鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由硬（yìng）質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽（zuàn）鑽尖上開有油（yóu）孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，並選擇（zé）韌（rèn）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，經腰形孔（kǒng）到達切削（xuē）區後（hòu）迫使切屑（xiè）隨切削液由V型槽與工件孔（kǒng）壁間（jiān）空間（jiān）排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便（biàn）製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸（zhóu）線，鑽孔（kǒng）時鑽尖（jiān）前方形成小圓（yuán）錐，可使切屑（xiè）在鑽尖處（chù）斷離為（wéi）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，通常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用於加工中心及配備高壓冷卻係統的車（chē）床與立式機床、刀具或工件旋轉場合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場（chǎng）合（hé）及公司現（xiàn）有設（shè）備情況，在此零件加（jiā）工（gōng）時，筆者選擇了（le）車銑複合加工中心，此設備既（jì）可實現零件旋轉，又配備（bèi）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（zuàn）引導孔加工（gōng）

槍鑽屬於非平衡鑽（zuàn）頭，不平衡的槽形（xíng）意味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需（xū）要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床（chuáng）上配有槍鑽引（yǐn）導套（tào），而本例所選的車（chē）銑加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且（qiě）沒有夾具（jù），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鑽切（qiē）削力。通（tōng）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（zhí）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（xī）

深孔加工工序草圖如圖（tú）3所（suǒ）示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以（yǐ）定位（wèi），夾緊，按車端麵（miàn）→鑽導（dǎo）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（tóng）廠家（jiā）的鑽頭按不同切（qiē）削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯（sī）卡的槍鑽，以不同的加工（gōng）方法和不同的切削（xuē）參數進行了多個孔的（de）鑽削試驗。

(1)引導孔加工（gōng）。

鑽引導孔時，在滿（mǎn）足槍鑽引導作用的前提下，筆（bǐ）者也兼顧了刀具成本（běn）問題（tí），分別選擇進口的伊斯卡中空內（nèi）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（shì）驗加工，發現（xiàn）進口刀具切削參數比國（guó）產刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨（mó）損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏低，轉速為600r/min，進給（gěi）率僅（jǐn）為20mm/min，加工效率遠（yuǎn）低於進口刀具，費（fèi）用同樣遠（yuǎn）遠低（dī）於進口刀具的費用。

經試驗，兩種刀具的加工（gōng）質量相似。因為此零件的批量小（xiǎo）且加（jiā）工件（jiàn）數少，在滿足加工質量的前（qián）提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭（tóu）。

(2)深孔加工（gōng）。

深孔加（jiā）工我們采用了兩（liǎng）種（zhǒng）加工方案進行試驗加工：

一種（zhǒng）是進入導向孔和（hé）退出深孔時，均采（cǎi）取小於鑽削時轉數和進給率（lǜ）的方法進行深孔加工;

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

經過試驗加工發現：第一種加工（gōng）方法加工效率低且（qiě）零件表麵質量差（chà），而第二種加（jiā）工（gōng）方法，加工效率高且質量較好。

因（yīn）此，在保證足夠冷卻（què）壓力的情況下，選擇第二種（zhǒng）加工方（fāng）法進行了刀具壽命試驗。

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（gěi）倍率為（wéi）90%，繼續（xù）加工，可順利完成第4件和（hé）第5件的加工，但加工到第6件時，加工到孔（kǒng）深（shēn）78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低（dī）進給倍率的情況下，1把槍鑽最多（duō）加工5件零（líng）件，可防止鑽頭折斷（duàn）。

在某些加工範圍（wéi）內（nèi），槍鑽能（néng）解決麻花鑽不（bú）能解決的深孔和高精（jīng）度孔加工問題，可鑽（zuàn）出一個直線度高、表麵粗糙度好（hǎo）的孔。

而（ér）且在固（gù）定所有（yǒu）因（yīn）素，如主軸轉速、進給速度和冷卻液（yè）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（yuán）技術的影響（xiǎng），隻要是一（yī）個高質量的槍鑽便可在生產過（guò）程中提供一致的表現。

它不僅適用（yòng）於專用槍鑽機床（chuáng），同時在高（gāo）壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑複合加工中心和數控車床，經濟適用性強，有（yǒu）一定的（de）推廣價（jià）值。