CNC數控機床深孔加工要訣

什麽叫深（shēn）孔（kǒng）?

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，尤其是大深徑比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強度低，易引（yǐn）起刀具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直徑變大、出現錐形或孔偏斜等現象，從而達不到質量要求。

航空發動機某噴嘴類零（líng）件，孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的深徑比更增加了此（cǐ）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，選擇合適的加工設備和刀具。筆者經（jīng）過試件的試（shì）切加工，選擇合適的（de）加工參數，最終確定了合理的（de）加工（gōng）方法。

一、零（líng）件簡介

某（mǒu）噴嘴類零件，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（shēn）徑比為17：1，屬於深孔加工的零件，其（qí）材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相（xiàng）對於一般（bān）鋼材切削（xuē）加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，成本高（gāo）。高（gāo）溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消（xiāo）耗機床功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產（chǎn）生的（de）高切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普通的（de）鑽削方法難以保證高（gāo）溫合金孔的精度要求。

④高溫合金（jīn）孔加工中，刀具磨損比加（jiā）工普通鋼材快得（dé）多，且需要切削（xuē）性能更好的刀具材料（liào）。

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

二、加工（gōng）工藝設計和分析

零件深孔（kǒng）加工選用常規的鑽削方式，需（xū）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,加工效率低、操（cāo）作者勞動強度大、質量（liàng）難以保證，而且很容易引（yǐn）起堵屑或折斷鑽頭，造成更大（dà）的加工困難，因此刀具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類型多，深孔加（jiā）工產（chǎn）品結（jié）構差異大，且生產（chǎn）批量較小，不（bú）可（kě）能購置深（shēn）孔加工專用機床，為了更好地保證深（shēn）孔精度要求，結合工廠實際，選擇合適的加工設備來滿（mǎn）足深（shēn）孔加工的技術要求。

1.刀具（jù）的選擇

深孔加工的（de）刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽、套料（liào）鑽、硬質合金可（kě）轉位深孔（kǒng）鑽、內排屑深孔鑽和亞幹式深孔加（jiā）工係統等類型。

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（kě）轉（zhuǎn）位深孔（kǒng）鑽一（yī）般最小（xiǎo）鑽削直徑為Ф20mm;

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

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

經對上述幾（jǐ）種深孔加工刀具的對比及本廠（chǎng）的實（shí）際情（qíng）況，研究決（jué）定采用（yòng）槍鑽進行此（cǐ）深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和（hé）刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽（zuàn）頭冷卻潤滑和使切（qiē）屑順（shùn）利排出，並選擇韌性和抗振性均較（jiào）佳的（de）硬質（zhì）合金作為基體（tǐ），表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽（zuàn）頭的硬度和（hé）耐磨性;鑽杆一般選用（yòng）40Cr無（wú）縫鋼（gāng）管。

其原理是高（gāo）壓（yā）油由鑽（zuàn）杆後部中孔注入，經腰形孔到達切削（xuē）區後迫使切（qiē）屑隨切削液由（yóu）V型槽與工件孔壁間空間排出，故稱外排屑。

此類（lèi）深孔鑽前角一般（bān）為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽（zuàn）尖（jiān）前方形（xíng）成小圓（yuán）錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易（yì）排出。

2.設備

槍鑽是用來鑽削回（huí）轉工件中心上的孔，加（jiā）工時，通（tōng）常是工件旋轉，鑽頭作直線進給，較適用（yòng）於加（jiā）工中（zhōng）心及配（pèi）備高壓冷卻係統的車床與立式機床、刀具或工件旋（xuán）轉場合。

綜合考（kǎo）慮（lǜ）槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此（cǐ）零件（jiàn）加工時，筆者選擇了車銑複合加工中（zhōng）心，此設備既可實現（xiàn）零件旋轉，又配備高（gāo）壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔加工。

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意（yì）味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊的（de）徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽（zuàn）機床上配有槍（qiāng）鑽引導套，而本例所選的車銑（xǐ）加工中心不是槍鑽專用機（jī）床，沒有配備導套，且沒有（yǒu）夾具，無法設計導套（tào）。

因此，筆者（zhě）考慮用鑽（zuàn）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：

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

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖如圖3所示，由圖可知（zhī），用軟三爪裝夾，以定（dìng）位，夾緊，按車端麵（miàn）→鑽導向孔→鑽深孔的（de）順序進行（háng）零件的深孔加工（gōng）。

鑽（zuàn）導向孔時，以不同廠家的（de）鑽頭按不同切削參數進行試驗加工（gōng）;鑽（zuàn）深（shēn）孔時，我們選擇了伊（yī）斯（sī）卡的（de）槍鑽，以不（bú）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（zhě）也兼（jiān）顧了（le）刀具成本問（wèn）題，分別選擇進口的伊斯卡（kǎ）中空內冷合金鑽頭和國產的四平（píng）合金鑽頭進（jìn）行了試切加工。

經過多個孔的試驗加工（gōng），發現進口刀具切（qiē）削（xuē）參數比國產刀具要高許多，轉速可以達到2500r/min，進給率為（wéi）50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國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，費用同（tóng）樣遠遠低於進（jìn）口刀具的費用。

經試驗，兩種（zhǒng）刀具的加工質量相似。因為此零（líng）件的批量小且加工件數（shù）少（shǎo），在滿足加工（gōng）質量的前提下，我們選擇了費用較（jiào）低的四平合金鑽頭。

(2)深孔加工。

深孔加（jiā）工我（wǒ）們采用了兩種（zhǒng）加工方案進行試驗加工：

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

另一種是以（yǐ）較低轉數和（hé）進給率反轉進入導向孔，以零（líng）轉數和G0的速度（dù）快速退出（chū）深孔的加工方法。

經過試（shì）驗加工（gōng）發現：第一種加工方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（gòu）冷卻壓力的情況下，選擇（zé）第二種加（jiā）工方法進行了刀具壽（shòu）命試驗。

試驗過程中發現（xiàn），1把槍鑽加工到第4件零件時，加工（gōng）聲（shēng）音異常，於是調（diào）低進給倍（bèi）率為90%，繼續加工，可順利（lì）完成第4件和第5件的加工，但加工到第6件時，加工（gōng）到（dào）孔深（shēn）78mm時，鑽頭折斷。

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

在某些加工範圍內，槍鑽能解決（jué）麻花鑽（zuàn）不能解決的深孔和高精度孔加工問題，可鑽出一個直線度高（gāo）、表麵粗糙度好（hǎo）的孔。

而且在固定所有因素，如主（zhǔ）軸轉速、進給速度和（hé）冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工序，不受操作員技術（shù）的影響，隻要是一個高質量的槍鑽便可在生產過程（chéng）中提供一致的表現。

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（yòng）於（yú）車銑複合加工中（zhōng）心和數控車床，經濟適用性強，有（yǒu）一定的推廣價值。