CNC數控（kòng）機床深孔加（jiā）工要訣

什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是大深（shēn）徑（jìng）比的深孔加工，難點（diǎn）在於刀具細長，剛性差、強（qiáng）度低，易引起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大（dà）、出（chū）現錐形或孔（kǒng）偏斜（xié）等現象，從而（ér）達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零件（jiàn），孔（kǒng）徑為（wéi）Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加（jiā）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（jīng）過試件的試切加工，選擇合適的加工參數（shù），最終（zhōng）確定了（le）合理的加工方法。

一、零件簡介（jiè）

某噴嘴類零件，總長為（wéi）105mm，杆部內孔為（wéi）φ6+0.12mm，壁厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為（wéi）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（hé）金孔加工相對於一般（bān）鋼材切削加工，刀具壽命要（yào）低50%以上，且加工（gōng）效率低，成本高（gāo）。高溫（wēn）合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗機（jī）床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的高切削熱和（hé）切屑難以及（jí）時排（pái）出，遠離刀尖，刀具磨損（sǔn）更為劇烈;

③用普通的鑽削（xuē）方法難以保證高溫（wēn）合金孔的精度要求。

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

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

二、加工工藝設計和分析（xī）

零件深孔（kǒng）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（bú）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（róng）易（yì）引起堵屑（xiè）或折斷鑽頭，造成更大的加工困難（nán），因此刀具最好選擇深（shēn）孔加工專用刀具（jù）。

設備的選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量（liàng）較小，不可（kě）能購置（zhì）深（shēn）孔（kǒng）加工專用機床，為了（le）更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合（hé）適的加（jiā）工設備（bèi）來滿足深孔加工的技（jì）術要求。

1.刀具的選擇

深孔加（jiā）工的刀具有多種，如（rú）槍鑽、噴吸鑽（zuàn）、套料鑽、硬質合金（jīn）可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和亞幹（gàn）式深孔加工係統等類型。

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

而亞幹式深孔加工係統主要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使（shǐ）用霧化切削液進行潤（rùn）滑，需專用的加工設備。

而（ér）槍鑽適用於加（jiā）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（jīng）對上述幾（jǐ）種深孔（kǒng）加工刀具（jù）的對比及（jí）本廠的實際情況，研究決定采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖（jiān）、鑽杆和刀柄三部分組成（chéng）。

槍（qiāng）鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切屑（xiè）順利排出，並選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，以提高鑽頭（tóu）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）到達切削區後迫使切屑隨切削液由V型槽與工件孔壁間空（kōng）間排出（chū），故稱外排屑。

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

2.設備（bèi）

槍鑽是用來鑽削回轉工件（jiàn）中心上的孔，加工時，通常是工件旋轉，鑽頭作直線（xiàn）進給，較適用於加工中心及配備高（gāo）壓冷卻係統的車床與立式機床、刀具或工件（jiàn）旋轉場合。

綜合考（kǎo）慮槍鑽加工的應用場合及公司現有設備（bèi）情況，在此（cǐ）零件加工時，筆者選擇了車銑複合（hé）加（jiā）工中心，此設備（bèi）既可實（shí）現零件旋（xuán）轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應（yīng）用場（chǎng）合。可以進行（háng）鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔（kǒng）加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平（píng）衡的（de）槽形（xíng）意（yì）味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍（qiāng）鑽機床上配有槍鑽（zuàn）引導套，而（ér）本例所選的車銑加工中心不是（shì）槍鑽專用（yòng）機床，沒有配備（bèi）導套，且沒有（yǒu）夾具，無法（fǎ）設（shè）計導套。

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

槍鑽引導孔的深度應為（wéi）1～2倍槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合適。

4.工藝試驗與分（fèn）析

深孔加（jiā）工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車（chē）端麵→鑽導向孔→鑽深孔的順序進行零件的深孔加工。

鑽導向孔時（shí），以不同（tóng）廠家的鑽頭（tóu）按不同（tóng）切削參（cān）數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍鑽，以不同的加工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

(1)引導（dǎo）孔加工。

鑽引導孔時，在滿足（zú）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（zé）進口的伊斯（sī）卡中空內冷合金鑽（zuàn）頭和國產的四平合金鑽（zuàn）頭進行了試切加工（gōng）。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具（jù）切削參數比國產刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐（nài）磨損，但費用較高;國產刀具的（de）切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率（lǜ）遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低（dī）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（jiàn）數少，在（zài）滿足加工質量的前提下，我們選（xuǎn）擇（zé）了費用（yòng）較低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深（shēn）孔加工我們采用了兩種加工方（fāng）案進行（háng）試驗加（jiā）工：

一種是進入導向孔和退出（chū）深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進（jìn）給率的方法（fǎ）進行深孔加工;

另一種（zhǒng）是以較低轉數和進給率反轉（zhuǎn）進入導向（xiàng）孔（kǒng），以零轉數（shù）和G0的速度快速退出深孔的加工（gōng）方法。

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

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

試驗過程（chéng）中發現，1把槍（qiāng）鑽加工到第4件零件時，加工聲音異常，於是調（diào）低進給倍率為90%，繼續加工，可順利完（wán）成第4件和第5件的加工（gōng），但（dàn）加工到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭（tóu）折斷。

經（jīng）過（guò）試驗，在調低進給（gěi）倍率的情況下，1把槍鑽最多加（jiā）工5件零件（jiàn），可防止鑽頭（tóu）折斷。

在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花（huā）鑽不能解決的（de）深孔（kǒng）和高精度孔加工問題，可鑽出（chū）一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定（dìng）所有因素，如主軸轉速、進（jìn）給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個（gè）簡易的“標（biāo）準”工序，不受操作（zuò）員技術的影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可在生產過程中提供一（yī）致的表現。

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