​CNC數控機床深孔（kǒng）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（kǒng）加工是機械加工中的一（yī）道難題，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀（dāo）具細長，剛性差、強度低，易（yì）引起刀具偏斜（xié），且散熱困難，排（pái）屑不易，經常產生直（zhí）徑變大、出現錐形（xíng）或孔偏斜等現象，從而達不（bú）到質量要求。

航空發動機（jī）某（mǒu）噴（pēn）嘴類零件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深（shēn）徑比達17：1。超大的深徑（jìng）比（bǐ）更增加了此零件（jiàn）的（de）加工難度，為了加工出合格孔，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，選擇合適的加工參（cān）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，總長為105mm，杆部內孔（kǒng）為φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑（jìng）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（bān）鋼材切削（xuē）加工，刀具壽命要（yào）低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加（jiā）工主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封（fēng）閉的切削（xuē），產生（shēng）的高切削熱和切屑難以及時（shí）排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用（yòng）普通的鑽削方法難以（yǐ）保證高溫合金孔的精度要求。

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

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

 

二、加工工藝設計（jì）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、表麵粗（cū）糙度差,加工效率低、操作者勞（láo）動強度大、質量難以保（bǎo）證，而且很容（róng）易引起堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加工困難（nán），因此刀（dāo）具（jù）最好（hǎo）選擇深孔（kǒng）加工專用刀具。

設備的選用考慮（lǜ）到本公司產品類型多，深孔加工產品結構差異大，且（qiě）生產批量較小，不可能購置深孔（kǒng）加工專用機床，為了（le）更好地保證（zhèng）深孔精度要求，結合工廠實際（jì），選擇合適的加工設備來（lái）滿足（zú）深孔加工的（de）技術要求。

 

1.刀具（jù）的選擇

深孔（kǒng）加工的刀具（jù）有多種，如槍鑽、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬質（zhì）合金可轉位深孔鑽、內排屑深（shēn）孔鑽和亞幹式深孔加（jiā）工係（xì）統等類型（xíng）。

噴吸鑽適用於經改裝的車床、臥式加工中心，易加工工件材（cái）料;套（tào）料鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適（shì）合鑽加工Ф6mm的小孔;硬質合金（jīn）可轉位深孔鑽一（yī）般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹（gàn）式深孔加工係統主要是利用壓縮空氣進（jìn）行（háng）排屑和冷卻，使用霧化切削（xuē）液進行潤滑（huá），需專用的加工設備。

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

 

經對上述幾種（zhǒng）深（shēn）孔加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定采（cǎi）用槍鑽進行此（cǐ）深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽（zuàn）尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽（zuàn）尖上開有油孔（kǒng），以加強鑽頭冷卻潤滑和（hé）使切屑順利排（pái）出，並選（xuǎn）擇韌性和抗振性均較佳的硬質合金作為（wéi）基體，表麵可塗TiC或TiN，以（yǐ）提（tí）高鑽頭的硬度和耐磨性（xìng）;鑽杆（gǎn）一般選用40Cr無縫鋼管。

其原理（lǐ）是（shì）高壓油由鑽杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削區（qū）後迫使（shǐ）切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空（kōng）間排（pái）出，故稱外排（pái）屑。

此類深（shēn）孔鑽前角一般為0°，以（yǐ）便製造。它無橫刃，鑽尖偏（piān）離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切（qiē）屑在鑽尖（jiān）處斷離為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽削回（huí）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（de）車床與立式機床、刀具或工件旋（xuán）轉場合。

綜（zōng）合考慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此零件（jiàn）加工時，筆者選擇了車銑複合加工中心，此（cǐ）設備既可（kě）實現零件（jiàn）旋轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可（kě）以進行（háng）鑽孔（kǒng）加工。

 

3.槍鑽（zuàn）引導孔加工（gōng）

槍鑽屬於非平衡鑽（zuàn）頭，不平衡的槽形意味著（zhe）切（qiē）削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔（kǒng）分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽（zuàn）引導套，而本例所選的車銑（xǐ）加工中心不是槍鑽專用機床，沒有配備導套，且沒（méi）有夾具，無法設計（jì）導套。

因此，筆（bǐ）者考慮用鑽削引導孔的（de）方式來平衡槍鑽切削力。通過大（dà）量實驗數據（jù）得出：

槍鑽引導孔（kǒng）的深度應為1～2倍槍鑽（zuàn）直（zhí）徑，直徑（jìng）應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

 

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草（cǎo）圖如（rú）圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽（zuàn）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（bú）同廠家的鑽頭按不同切削參數（shù）進行試驗加工;鑽深（shēn）孔時，我們（men）選擇（zé）了（le）伊斯卡的槍鑽，以不同的加工（gōng）方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽（zuàn）削試驗。

 

(1)引導孔（kǒng）加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽（zuàn）引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問（wèn）題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽（zuàn）頭和國產的四平合金鑽頭進行了試（shì）切（qiē）加工。

經過多個孔（kǒng）的試驗加工，發現進口刀具切削（xuē）參數比國產刀具要高許多，轉速可以達（dá）到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高（gāo）;國產刀具的切（qiē）削參數偏低，轉（zhuǎn）速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效（xiào）率（lǜ）遠低於進口刀具，費用（yòng）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，在滿足（zú）加（jiā）工質量的前提下，我們選擇了費用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔加工我們采（cǎi）用了兩種加工方案進行（háng）試驗加工：

一種是進入導向孔（kǒng）和退（tuì）出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和（hé）進給率的方法（fǎ）進（jìn）行深孔加工;

另（lìng）一種是以較低轉數和進給率反轉（zhuǎn）進（jìn）入導向（xiàng）孔，以零轉數和G0的速度（dù）快速退出深孔的加工方法。

 

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

因此，在保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行（háng）了刀具壽命試驗。

試（shì）驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零件時（shí），加（jiā）工聲音（yīn）異（yì）常，於是調低進給倍率為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件時，加工到孔深78mm時，鑽頭（tóu）折斷。

經過試（shì）驗，在調低進給（gěi）倍率的情況（kuàng）下（xià），1把槍鑽最多（duō）加工5件零件，可防止鑽頭折斷（duàn）。


在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不（bú）能解決的深孔和高精度孔加工（gōng）問題（tí），可鑽出一個直線度高、表麵（miàn）粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如（rú）主（zhǔ）軸轉速、進給（gěi）速度和冷卻液壓力後，深孔鑽（zuàn）這個工序便成為（wéi）一個簡易的“標準”工序，不受操作（zuò）員技術的影響，隻要是（shì）一個高質量的槍鑽（zuàn）便可（kě）在生產過程中提供一致的表現。

它不僅適（shì）用於專用槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情況下也適用於車銑（xǐ）複合加工中心和數控（kòng）車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。