​CNC數控機床深孔加工要（yào）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（gōng）是機械加工中的一（yī）道難題，尤（yóu）其是大深徑（jìng）比的深（shēn）孔加工，難點在於刀具細長，剛性差、強（qiáng）度低，易（yì）引起刀具偏斜（xié），且散（sàn）熱困難，排屑不易，經常產生直（zhí）徑變（biàn）大、出現錐（zhuī）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件（jiàn），孔（kǒng）徑為Ф6mm，孔（kǒng）深為105mm，深徑比達17：1。超大（dà）的深（shēn）徑比（bǐ）更增加了此零件（jiàn）的加工難度（dù），為了加工出合格孔，需製定合（hé）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，選擇合適的加工參數（shù），最終確定（dìng）了合理的加工方法。

 

一（yī）、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為105mm，杆部內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵（miàn）粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔加工（gōng）的零件，其材料為難加工（gōng）的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對於一（yī）般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是：

①切削力大，消耗（hào）機床功率大（dà）;

②孔加（jiā）工是半封閉的切削，產生的（de）高切削熱和（hé）切（qiē）屑難以及（jí）時排出，遠離刀（dāo）尖，刀具磨損更為劇烈;

③用普（pǔ）通的鑽削方法難以保證高溫（wēn）合金孔的精度要求。

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

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

 

二、加工（gōng）工藝設計和分析

零（líng）件深孔加工選用常規（guī）的鑽削方式，需加長麻花鑽，而（ér）且要斷屑加工，不僅加工精度低、表（biǎo）麵粗糙（cāo）度差,加（jiā）工效（xiào）率低（dī）、操作者勞動強度（dù）大、質量難以保證，而且很容易引起（qǐ）堵屑或折斷鑽頭，造成更大的加（jiā）工困難，因此（cǐ）刀具（jù）最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選（xuǎn）用考（kǎo）慮到（dào）本公司產品類型（xíng）多，深孔加工產品結構差異大，且生產批量較小（xiǎo），不可能（néng）購置深孔加工專用機床（chuáng），為了（le）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（mǎn）足深孔加工的技術要求。

 

1.刀具的選擇（zé）

深孔加工的刀具有多種，如槍鑽、噴吸鑽（zuàn）、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深（shēn）孔鑽和亞幹式（shì）深孔加工係統等類型。

噴吸鑽適用於經改裝（zhuāng）的車床、臥式加工中心，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（gōng）Ф6mm的小孔;硬質（zhì）合金可轉位深孔鑽一般最小鑽削（xuē）直徑為Ф20mm;

而（ér）亞幹式深（shēn）孔加（jiā）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（xuē）液（yè）進行潤滑，需專用的加工設備。

而槍鑽適（shì）用於加工（gōng）Ф2～Ф20mm、長徑比L/D>100、表（biǎo）麵（miàn）粗（cū）糙（cāo）度Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔（kǒng）。

 

經對上述幾種深孔加工刀具的對比及本廠的實際情況，研究決定（dìng）采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽（zuàn）頭（tóu）冷卻潤滑和使（shǐ）切屑順利排出，並選擇韌性和抗（kàng）振性均（jun1）較佳的硬質合金作為基體，表麵可（kě）塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬度和耐磨性;鑽杆一（yī）般選用40Cr無（wú）縫鋼管。

其原理是高壓油由鑽杆後部（bù）中孔注入，經（jīng）腰形孔到（dào）達切削（xuē）區後（hòu）迫（pò）使切屑隨切削液由V型槽與工（gōng）件孔壁間空間排出，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，鑽（zuàn）尖偏離軸線，鑽孔時鑽（zuàn）尖前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

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

綜合（hé）考慮槍鑽（zuàn）加工的應用場合及公司現有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加（jiā）工（gōng）中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高壓（yā）內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽孔（kǒng）加工。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不（bú）平衡的槽形意味著（zhe）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。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，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（dǎo）套，且沒有夾具，無法設計導套。

因此，筆者考慮用鑽削引導孔的（de）方式來（lái）平衡槍鑽切削（xuē）力。通過大量實驗（yàn）數（shù）據得出：

槍鑽引（yǐn）導孔的深（shēn）度應為1～2倍（bèi）槍鑽直（zhí）徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大（dà）0.004～0.012mm較合適。

 

4.工（gōng）藝試驗與分析

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

鑽導向（xiàng）孔時，以不同（tóng）廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔（kǒng）時，我們（men）選擇了伊斯卡的槍鑽，以不（bú）同（tóng）的加工方法和不同的切削參數進行了多個孔的鑽削試（shì）驗。

 

(1)引導孔加工。

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

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參（cān）數比國產刀具要高許（xǔ）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（gāo）;國產刀具的（de）切削參數偏低，轉速為600r/min，進給率（lǜ）僅為（wéi）20mm/min，加工（gōng）效率遠低於進口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具（jù）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）且加工件（jiàn）數少，在滿足加工質量的前提下（xià），我們選（xuǎn）擇了費用較低的四平合金鑽頭。

 

(2)深孔加工。

深孔加工我們采用了兩種加工方案（àn）進行試驗加工：

一種（zhǒng）是（shì）進入導向孔和退（tuì）出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法（fǎ）進（jìn）行深孔加工;

另一種是以較低轉數和（hé）進給率反轉進（jìn）入導向孔，以零轉數和G0的速度（dù）快（kuài）速退出深孔的加工（gōng）方法。

 

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

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

試驗過（guò）程中發（fā）現，1把槍鑽加工到第4件零件時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給倍（bèi）率為90%，繼（jì）續加工，可順利（lì）完成第4件和（hé）第5件的加（jiā）工，但（dàn）加工到第6件（jiàn）時，加工到孔深78mm時，鑽（zuàn）頭折斷。

經過試驗，在調（diào）低進給（gěi）倍率的情況下，1把槍鑽最多加（jiā）工5件零件，可防止鑽（zuàn）頭折斷（duàn）。


在某些加工範（fàn）圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能（néng）解決的深（shēn）孔（kǒng）和高精度孔加工問題，可鑽出（chū）一個直線度高、表（biǎo）麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主（zhǔ）軸轉速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序（xù）便（biàn）成為一個簡易的“標（biāo）準”工序，不受操作（zuò）員技術的影響，隻要是一個（gè）高（gāo）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（zhuān）用槍（qiāng）鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的情況（kuàng）下也適用於（yú）車銑複合加（jiā）工中心和數控車床，經濟適用性強，有一定（dìng）的推廣價值。