​CNC數控機床深孔加工要訣

什（shí）麽叫深孔（kǒng）?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工（gōng）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（dāo）具細長，剛性差（chà）、強度低，易引起刀具偏斜，且（qiě）散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而（ér）達不到質量要（yào）求（qiú）。

航空發動機某噴嘴（zuǐ）類零件，孔（kǒng）徑為Ф6mm，孔深為105mm，深（shēn）徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工出合格孔，需製定合理的加工方案，選擇合適（shì）的（de）加（jiā）工設備和刀具。筆者經過試件的試（shì）切（qiē）加工，選（xuǎn）擇合適的（de）加（jiā）工參數，最終確定了合理的加工方法。

一、零件簡介

某噴嘴類零（líng）件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為（wéi）2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑（jìng）比為（wéi）17：1，屬於（yú）深（shēn）孔加工的零件，其材料（liào）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（dāo）具壽命（mìng）要低50%以上（shàng），且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工（gōng）主要難點是：

①切削力大，消耗機床功率大;

②孔加工是半封閉（bì）的切削，產生（shēng）的高切（qiē）削熱和切屑難以及時排出，遠離刀（dāo）尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的精度要求。

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

為了（le）解決（jué）以上（shàng）加工難（nán）點，加工此深孔時，必須選擇合適的加工設（shè）備和刀具，保證零件的加工精度。

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用常規的鑽削方式，需加（jiā）長麻花（huā）鑽，而且（qiě）要（yào）斷屑加（jiā）工，不僅加工（gōng）精度低、表麵粗糙度差,加工效率低、操（cāo）作者（zhě）勞動強度大、質量（liàng）難以保（bǎo）證，而（ér）且很容易引起堵屑或折斷鑽頭，造（zào）成更大的加工困難，因此（cǐ）刀具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，深孔加工產品結（jié）構（gòu）差異大（dà），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（kǒng）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術要求。

1.刀具的選擇

深孔加（jiā）工的刀具有多種，如（rú）槍鑽、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬（yìng）質合金可轉位深（shēn）孔（kǒng）鑽、內排屑深孔鑽和亞（yà）幹式深孔加工係統等類型。

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

而亞幹式深（shēn）孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行潤滑（huá），需專用的加（jiā）工設備（bèi）。

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

經對上述（shù）幾種深孔加工刀具的（de）對比及本廠（chǎng）的實際（jì）情況，研究決定采用槍鑽進（jìn）行此深孔的加工。

槍（qiāng）鑽由硬質（zhì）合金鑽尖、鑽杆和刀（dāo）柄三部分組成。

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

其原理是高（gāo）壓油由鑽杆後部中（zhōng）孔注入，經腰形孔到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與（yǔ）工件（jiàn）孔壁間空間排出，故（gù）稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以（yǐ）便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線（xiàn），鑽孔時鑽尖前（qián）方形成小圓錐（zhuī），可使切屑在鑽尖處斷離為兩（liǎng）段，使之較易排出。

2.設備

槍（qiāng）鑽是（shì）用來鑽削回轉工件中心（xīn）上（shàng）的孔，加工時，通常（cháng）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（yā）冷卻係統（tǒng）的車床與立式機床、刀具或工件旋轉場（chǎng）合。

綜合考慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此零（líng）件加工時，筆者選擇了車銑複合加工（gōng）中心，此設備既可實現零件旋（xuán）轉（zhuǎn），又配備高壓內冷係統，滿足（zú）槍鑽的應（yīng）用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不平（píng）衡（héng）。

為了減少鑽頭周邊的徑（jìng）向（xiàng）切削（xuē）力，需要（yào）靠導套或引（yǐn）導孔分擔（dān）。

典型的（de）槍鑽機床上（shàng）配有槍鑽引導（dǎo）套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用機床（chuáng），沒有配備導套，且沒有夾具，無法設計導套（tào）。

因此，筆者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大量實驗數據得出（chū）：

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

4.工藝（yì）試（shì）驗與（yǔ）分析

深孔加工工序草圖如圖3所示（shì），由（yóu）圖可知，用軟（ruǎn）三（sān）爪裝夾（jiá），以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工（gōng）。

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

(1)引導孔（kǒng）加工。

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

經（jīng）過多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具（jù）要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費（fèi）用較高;國（guó）產刀具的切削參數偏（piān）低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀具，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（xiǎo）且加（jiā）工（gōng）件數少，在滿足加（jiā）工質量的前提下，我們選擇了（le）費用較低（dī）的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加工我們（men）采用了兩種加工方案進行試驗加工（gōng）：

一（yī）種是進入導向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數（shù）和進給率的方法進（jìn）行深孔加工（gōng）;

另一種是以較（jiào）低轉數（shù）和進給率（lǜ）反轉（zhuǎn）進入導向孔，以零轉數和G0的速度快速退出深（shēn）孔的加工方法。

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

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

試（shì）驗過程中發現，1把槍鑽加工到第4件零（líng）件時（shí），加工聲音異常，於是調（diào）低進給倍率為90%，繼續加工，可順（shùn）利完成第4件和第5件的加工，但（dàn）加（jiā）工到第（dì）6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

經過試驗，在調低進給倍率（lǜ）的情況下，1把槍鑽最多加工5件零件（jiàn），可防止鑽頭折斷（duàn）。

在某些加工範圍內，槍鑽（zuàn）能（néng）解決麻花鑽不能解決的（de）深孔和高精度孔（kǒng）加工問題，可鑽（zuàn）出一個直線度高、表麵粗糙度好的（de）孔。

而且在（zài）固定所（suǒ）有因素，如（rú）主軸轉速、進給速度和冷卻液壓力（lì）後（hòu），深（shēn）孔鑽這個工序便成為一（yī）個簡易的“標（biāo）準”工序，不受操作員技術的影響，隻要是一（yī）個高質（zhì）量的槍鑽便可在生產過程中提供一致的表現。

它不僅適用於專用（yòng）槍鑽機床（chuáng），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車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。