​CNC數控機床深孔（kǒng）加工要訣

　　


什麽叫深（shēn）孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔（kǒng），深孔加工是機械加（jiā）工中的一道難題，尤（yóu）其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強（qiáng）度低，易引起（qǐ）刀具偏斜，且散熱困（kùn）難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不（bú）到質量要（yào）求。

航空發動機某噴嘴類零件，孔徑為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（jiā）工難度，為了加工出合格孔（kǒng），需製定合理的加工方案，選擇合適的加工（gōng）設備和刀具。筆者經過試件的試切加工，選擇合（hé）適的加工參數，最終確定了合理的加工方法。

 

一、零件簡介（jiè）

某（mǒu）噴嘴類（lèi）零件，總長為105mm，杆部內孔為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（gāo）溫合金孔加工相對於一般鋼材（cái）切削加工，刀具壽命要低50%以上，且（qiě）加（jiā）工效（xiào）率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點（diǎn）是（shì）：

①切削力（lì）大，消（xiāo）耗機（jī）床功率大;

②孔加工是半封閉的切（qiē）削，產（chǎn）生（shēng）的高切削熱和切（qiē）屑難以及（jí）時排出，遠（yuǎn）離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用（yòng）普通的鑽削（xuē）方法難以保證高（gāo）溫合金孔的精度要求。

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

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

 

二、加工工藝設計和分析

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，不僅加工精度低、表麵粗糙度差,加工效（xiào）率低、操作者（zhě）勞動強度（dù）大、質量（liàng）難以（yǐ）保證，而（ér）且很容易引起堵屑或折斷（duàn）鑽頭，造成更大的加工困難，因此刀具（jù）最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選用考慮到本公司產品（pǐn）類型多（duō），深孔加（jiā）工產品結構差異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加工專用機床，為了更好地保證深孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工（gōng）的技術要求。

 

1.刀具的選擇

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽（zuàn）、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內（nèi）排屑深孔（kǒng）鑽和亞幹式深孔加工係（xì）統等類型。

噴吸（xī）鑽適用於（yú）經改裝（zhuāng）的車床、臥（wò）式加工中心，易加工（gōng）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（hé）金可轉（zhuǎn）位深孔鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而（ér）亞幹式深孔加工係統主要是利用（yòng）壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用霧化切削液進行（háng）潤滑，需專用的加工設備。

而（ér）槍鑽適用於加（jiā）工Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表（biǎo）麵粗糙度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

 

經對上述幾種（zhǒng）深孔加工刀具的對比及本廠的實際情況（kuàng），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、鑽杆和刀柄三部分（fèn）組成（chéng）。

槍鑽鑽（zuàn）尖（jiān）上開有油孔，以加強鑽頭冷（lěng）卻潤（rùn）滑和使切屑順利排出（chū），並選擇韌性和抗振性均較佳的硬質合金作為基體（tǐ），表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度（dù）和耐磨性;鑽杆一般選用40Cr無縫鋼管。

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

此類（lèi）深孔鑽前角一般為0°，以便製造。它（tā）無橫（héng）刃（rèn），鑽（zuàn）尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離（lí）為兩段，使之較易排出。

 

2.設備（bèi）

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

綜（zōng）合考慮槍鑽加（jiā）工的應用場合（hé）及公司現有設備情況，在此零（líng）件加工時，筆者選（xuǎn）擇了車銑複合加工中心（xīn），此設備既可實現零件旋轉（zhuǎn），又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的（de）應用場合。可以進行鑽孔加工。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平（píng）衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力（lì）不平衡。

為了減少（shǎo）鑽頭周邊的徑向切削力，需（xū）要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍（qiāng）鑽引（yǐn）導套，而本例（lì）所選的車銑加工中心不是槍（qiāng）鑽專用（yòng）機床，沒（méi）有配備（bèi）導套，且沒有夾（jiá）具，無法設計導套（tào）。

因此，筆者（zhě）考慮用（yòng）鑽（zuàn）削引導孔（kǒng）的方式來平（píng）衡（héng）槍鑽切削力。通過大量實驗數據得出：

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

 

4.工藝試驗與分析（xī）

深（shēn）孔加工工序草圖（tú）如圖3所示，由圖可知，用軟（ruǎn）三爪裝（zhuāng）夾，以定位，夾緊，按車端麵→鑽導向孔→鑽（zuàn）深孔的順序進行零件的深（shēn）孔加工。

鑽導向孔時，以不同廠家的鑽頭（tóu）按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊（yī）斯卡的槍（qiāng）鑽，以不同的加工方法和（hé）不（bú）同的切削參數進行了多個孔的鑽削試驗。

 

(1)引導孔（kǒng）加（jiā）工。

鑽引導孔時，在（zài）滿足槍鑽引導作用的前（qián）提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進口（kǒu）的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和（hé）國產的四（sì）平合金鑽頭進行了（le）試切加工。

經過多個孔（kǒng）的試驗加工，發（fā）現進口刀具（jù）切削參數（shù）比（bǐ）國產刀具要高許（xǔ）多，轉速可以達（dá）到2500r/min，進給率為50mm/min，而且（qiě）較（jiào）耐磨損，但費用較高;國（guó）產刀具的切削參數偏低，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（yòng）同樣遠（yuǎn）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（qiě）加工件數少，在滿足加工質量的前提下，我（wǒ）們選擇了費用較低的（de）四（sì）平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深（shēn）孔加工我們（men）采用了兩種加工方案進行試驗加工：

一種是進入導向孔和退出深孔（kǒng）時，均采取小（xiǎo）於鑽削時轉數和（hé）進（jìn）給率的方法進行深（shēn）孔加工;

另一種是以較低轉數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（jīng）過試驗加工發現：第一種加工（gōng）方法加工效率低且零件表麵質量差，而第（dì）二（èr）種加工方法，加工效率高且質量較（jiào）好。

因此，在（zài）保證足夠冷卻（què）壓力的情況下，選擇第二種加工方法進（jìn）行了刀（dāo）具壽命試（shì）驗。

試驗過程中發現，1把槍（qiāng）鑽加工到第4件零件時，加工聲音（yīn）異常，於是調（diào）低進給（gěi）倍率為90%，繼（jì）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，鑽頭折斷。

經過試驗，在（zài）調（diào）低進給倍率的情況下，1把槍（qiāng）鑽最多加工5件零件，可防止鑽頭折斷。


在某些（xiē）加工範圍內，槍鑽能解決（jué）麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工問題，可（kě）鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的（de）孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速、進給（gěi）速度和冷卻液壓力後，深（shēn）孔鑽（zuàn）這個工序便成為一個簡易的“標準”工（gōng）序，不受操作員技術的影（yǐng）響，隻要是（shì）一個高質量的槍鑽便可在生產過程中提供一致的表現。

它不僅適用於專用槍鑽（zuàn）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（jiā）工中心和數控車（chē）床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。