CNC数控机床深孔加工要诀

什么叫深孔?

深孔是指孔深与孔径比L/d≥5的孔，深（shēn）孔加（jiā）工是机械加工中的一道难题，尤其（qí）是大（dà）深径比的深孔加工，难点在（zài）于刀具细长，刚性差、强度低，易引起刀具偏斜，且散热困难，排屑不（bú）易，经常（cháng）产生直径变大、出现锥形或孔（kǒng）偏斜等现象，从而达不到（dào）质量要求（qiú）。

航空发动机某喷嘴类零（líng）件，孔（kǒng）径为Ф6mm，孔深为105mm，深径比（bǐ）达17：1。超大的深（shēn）径比更（gèng）增加了此零件的（de）加工难度，为了加工出合格孔，需制定合理的加（jiā）工方案，选择合适的加工设备和刀具。笔（bǐ）者经过试件的试切加工，选择合适的加工参数，最终确定了合理的加工方法。

一、零件简介

某喷嘴类（lèi）零件，总长为105mm，杆部内孔（kǒng）为φ6+0.12mm，壁厚为2mm，表（biǎo）面粗糙度为Ra3.2μm，深径比为17：1，属于深孔加工的零件，其材料为难加工的GH4169。

这类（lèi）高温合金孔加工相对于一般钢材切削加工，刀具寿命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成本高。高温合（hé）金孔加工主要（yào）难点（diǎn）是（shì）：

①切削力大，消耗机床功率（lǜ）大;

②孔加工是半封闭的切（qiē）削，产生的高切削热和切屑难（nán）以及（jí）时（shí）排出，远离刀尖，刀具磨（mó）损（sǔn）更为剧烈;

③用普通的钻削方（fāng）法（fǎ）难以保证高温合金（jīn）孔的精度要（yào）求。

④高（gāo）温（wēn）合金孔加工中，刀具磨损比加工普（pǔ）通钢材快得多，且需要切削性能更好（hǎo）的刀具材料（liào）。

为了解决以上加工难点，加工此深孔时，必须选择合适（shì）的加工（gōng）设（shè）备和刀（dāo）具，保证零件的加工精度。

二、加工工艺设计和分析

零件深孔加工选用常规的钻削方式，需加长麻花钻，而且要断屑加工，不仅加工精度低、表面粗（cū）糙度（dù）差,加工效率（lǜ）低、操作者劳动强度大、质（zhì）量难以保证（zhèng），而且很容易引起堵屑或折断钻头，造成更大的加工困难（nán），因此（cǐ）刀具最好选择深孔加工（gōng）专用刀具。

设备的选用考虑到本公司产品类型（xíng）多（duō），深孔（kǒng）加工产品结构差异大，且生产批量（liàng）较小，不可能购置深孔加工（gōng）专（zhuān）用机（jī）床，为了更（gèng）好地保证深孔精度要（yào）求，结合工厂实（shí）际，选择合适的加工（gōng）设备来满足深孔加工的技（jì）术要求。

1.刀具的选择（zé）

深孔加工的（de）刀具有多种，如枪钻、喷吸钻、套料钻、硬质合（hé）金可转位深孔钻（zuàn）、内排屑（xiè）深孔（kǒng）钻和亚干式深孔加（jiā）工（gōng）系统等类型。

喷吸钻适（shì）用于经改装的车床、卧（wò）式加工中心，易加工工件材料;套料钻、内排屑（xiè）深孔钻的（de）钻孔直径（jìng）不适合钻加工Ф6mm的小孔;硬质合金可转位深（shēn）孔钻一般最小钻削直径为Ф20mm;

而亚干式（shì）深孔加工系统主要是利用（yòng）压缩空气进行排屑和冷却，使用雾化（huà）切削液进（jìn）行润滑，需专用的加工设备。

而枪钻适用于加工Ф2～Ф20mm、长（zhǎng）径比L/D>100、表面粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10级的深（shēn）孔。

经对上述几种深（shēn）孔加工刀具的对比及本厂的实际情况，研（yán）究决定采用枪钻进行此深孔的加工。

枪钻由（yóu）硬质合金钻尖、钻杆和刀柄三部分（fèn）组成（chéng）。

枪钻（zuàn）钻尖上开有油孔，以加强钻头冷却润滑和使（shǐ）切屑顺利（lì）排出，并选择韧（rèn）性和抗振性均较佳的硬质合金作为基体，表面可涂TiC或TiN，以提高（gāo）钻头的硬度和（hé）耐磨性;钻杆一般选用40Cr无缝钢管。

其原理是高压油由钻（zuàn）杆后部中孔注入，经腰形孔到达切削区后迫使切屑随切削液由（yóu）V型槽与工件孔壁间空间排出，故称外排（pái）屑。

此类深（shēn）孔钻前角一般为0°，以便制造。它无横刃，钻尖偏离轴线，钻孔时钻尖前方形成（chéng）小圆（yuán）锥，可使切屑在钻尖处断离为两段，使之较易排出。

2.设备

枪钻是（shì）用来钻削回转工件中心上的孔，加工时，通常是工件旋转，钻头（tóu）作直线进给，较适用于加工中心及配备（bèi）高压冷却系统的车床与立（lì）式机床、刀具或工件旋转场（chǎng）合。

综合考虑枪钻加工的应用场合及公司现有设备情况，在此零（líng）件加工时，笔者选择了车铣（xǐ）复（fù）合加工中心，此设备既可（kě）实现零件旋转，又（yòu）配备高压内冷系统，满足枪钻的应用场合。可（kě）以进行钻孔（kǒng）加工。

3.枪钻引导孔加工

枪钻属于非平衡钻头，不平衡的槽（cáo）形意味着切削力不平衡。

为了减（jiǎn）少钻头周边的径向切削力，需要靠导套或引导（dǎo）孔分担。

典型的枪钻机床上配有枪钻引导套（tào），而本例所选的车铣加（jiā）工中心不是枪钻专用机床，没有配备导（dǎo）套，且没有（yǒu）夹具，无（wú）法设（shè）计导（dǎo）套。

因（yīn）此，笔者考虑用钻削引导（dǎo）孔的方式来平衡枪钻切削力。通过大量实验数据得出：

枪钻引导孔的深（shēn）度应为1～2倍枪钻直径，直径应比枪钻钻头（tóu）直（zhí）径大（dà）0.004～0.012mm较合适（shì）。

4.工艺试验（yàn）与分析

深孔加工工（gōng）序草图（tú）如图3所示，由图可（kě）知，用软三爪装夹，以定位，夹紧，按车端面→钻导向孔→钻深孔的顺序进行零件的深孔加工。

钻（zuàn）导向孔时，以（yǐ）不同厂家的钻头按不同切（qiē）削参数进行试验加工;钻深孔（kǒng）时，我们（men）选择（zé）了伊（yī）斯卡的枪钻，以不同的加工方法和不同的切削（xuē）参数进行了多个（gè）孔的钻削试验。

(1)引导孔加工。

钻引导孔时，在满足枪钻引导作用的前（qián）提下，笔者也兼顾了刀具成本问题，分别选择进口的伊（yī）斯卡中空内冷合金钻头（tóu）和国产的四平（píng）合金钻头进行了试（shì）切加工。

经过多个孔的试（shì）验加工，发（fā）现进口刀具切削参数比国产刀具（jù）要高许多，转速可以达到2500r/min，进给率为（wéi）50mm/min，而且较耐磨损（sǔn），但费（fèi）用较高;国产（chǎn）刀具的（de）切削参数（shù）偏低，转速为600r/min，进给（gěi）率仅为20mm/min，加工效率远低于进口刀具，费用同样远远低于进口刀具的（de）费用。

经试验，两种（zhǒng）刀具的加工质量相似。因为此零件的批量小（xiǎo）且加工件数少，在满足加工质量的前提下，我们选择了费用较（jiào）低的四平合金钻头。

(2)深孔加工。

深孔加工我们采用了两种加工方案进行试验（yàn）加工：

一种是进入导向孔和退出深孔时，均采（cǎi）取小于钻削时转数和进给率的方（fāng）法进行深孔加工;

另一种是以较低转数和进给率（lǜ）反转（zhuǎn）进入导向孔，以零转（zhuǎn）数和G0的速度快速退出深孔（kǒng）的（de）加工方法。

经过试验加工发（fā）现：第（dì）一种加工方法（fǎ）加工效率低且零件表面质量差，而第二（èr）种（zhǒng）加工（gōng）方法，加工效（xiào）率高且质量较好。

因此，在保证足够冷（lěng）却压力的（de）情况下，选择第二种加工方法进行了刀具寿命试验。

试验过程中发现，1把枪钻加工到第4件零件时，加工声音异常，于是调低进给倍率（lǜ）为90%，继续加工，可（kě）顺利完成（chéng）第（dì）4件和（hé）第5件的加（jiā）工（gōng），但加（jiā）工到第6件（jiàn）时，加工（gōng）到孔深78mm时，钻头折断。

经过试验，在调低进给倍率的情况下，1把枪钻最（zuì）多加工5件零件，可防止钻头折断。

在（zài）某些（xiē）加工范围内，枪钻（zuàn）能解决麻（má）花钻不（bú）能解决的深孔（kǒng）和（hé）高精度孔加工问题，可钻出一个直线度高、表面粗（cū）糙（cāo）度好（hǎo）的孔（kǒng）。

而且在固定（dìng）所有因素，如主轴转（zhuǎn）速、进给速度和冷却液压力后，深孔（kǒng）钻这个工序便成（chéng）为（wéi）一个简易的“标准”工序，不受操作员技术的影响，只要是一个高质量的枪钻便可在生产过程中提供一致（zhì）的表现。

它不仅适用于专用枪钻机床，同（tóng）时在高（gāo）压内冷和导向满足的情况下也适（shì）用于车铣复合加工中（zhōng）心和数控车床，经济（jì）适用性强，有一定的推广价（jià）值（zhí）。