​CNC數控機（jī）床深孔加工要訣

　　


什麽叫深（shēn）孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的（de）孔，深孔加工是機械加工中的一道難題，尤其是（shì）大深徑（jìng）比的深（shēn）孔加工，難點在於刀具細長，剛性（xìng）差、強度低，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）、出現錐形或孔偏斜等現象（xiàng），從而達不到質量要求。

航（háng）空發動機某噴嘴類零件（jiàn），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零件（jiàn）的加工難度，為了加工出合（hé）格孔，需製定合理的加工方（fāng）案，選擇合（hé）適的加工設備和（hé）刀（dāo）具。筆者（zhě）經過試件的試切加工，選擇合適（shì）的（de）加工參（cān）數，最終（zhōng）確定了合理的加（jiā）工方法。

 

一、零件簡介

某噴嘴類零（líng）件，總長為105mm，杆部（bù）內（nèi）孔為φ6+0.12mm，壁（bì）厚為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於（yú）深孔加工的（de）零件，其材料為難加工的（de）GH4169。

這類高溫合（hé）金孔加工相對於（yú）一般鋼材切削加工，刀具壽命要低50%以上，且加工效率低（dī），成本高。高溫合金孔（kǒng）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，產生的高切削熱和切屑難以及時排出，遠離刀尖，刀具（jù）磨損（sǔn）更為劇烈;

③用普通的鑽削方法難以保證高（gāo）溫合金孔的精度要求（qiú）。

④高（gāo）溫合金孔加工中，刀具磨損比加工普通（tōng）鋼材快得（dé）多，且需要切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，必須選擇合適的加工設備和刀（dāo）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、操作者勞動強度大、質量難以保證，而且很容易引起堵屑（xiè）或（huò）折斷鑽頭，造成更大的加（jiā）工困難，因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設（shè）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（chǎn）批量較小，不可能購置深孔加（jiā）工專用機床，為了（le）更好地（dì）保證深孔（kǒng）精度（dù）要求，結合（hé）工廠實際，選擇合適的加工設備來滿足深孔加工的技術要求。

 

1.刀具的選（xuǎn）擇

深孔加工的（de）刀具（jù）有多（duō）種，如槍鑽、噴（pēn）吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排屑深孔鑽和（hé）亞幹式深孔加工係統等類型。

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

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

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

 

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

槍鑽由硬質合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部分組成。

槍（qiāng）鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使（shǐ）切屑順利排出，並選擇韌性和抗振性均較（jiào）佳的硬質合金（jīn）作（zuò）為基體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽（zuàn）頭的硬度和耐磨性（xìng）;鑽杆一般選（xuǎn）用40Cr無縫鋼管。

其原理是高壓（yā）油由（yóu）鑽杆後部中孔注入，經腰（yāo）形孔到達切削區後迫使切屑隨（suí）切削液由V型槽與工件孔壁（bì）間空（kōng）間排出（chū），故稱外排屑。

此類深孔鑽前角（jiǎo）一般為0°，以便製造。它無橫刃（rèn），鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖前方形成小圓（yuán）錐，可使（shǐ）切屑在鑽尖處斷離為兩段，使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是用來鑽削回轉工件中心上的孔，加工時，通（tōng）常是工件旋轉，鑽（zuàn）頭作直線進給（gěi），較適用於加工中心及配（pèi）備高壓冷（lěng）卻係統的車床與立式機床（chuáng）、刀（dāo）具或工件旋轉（zhuǎn）場合。

綜合（hé）考慮槍鑽加工的應用場合及公司現（xiàn）有設備情況，在此（cǐ）零件加工（gōng）時，筆者選擇了車（chē）銑複合加工中心，此設備既可（kě）實現零件旋（xuán）轉，又配備高壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場（chǎng）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（xíng）意（yì）味著切（qiē）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（yǐn）導孔分擔。

典型的槍鑽機床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍（qiāng）鑽專用機床，沒有配備（bèi）導套，且沒有夾具，無法設計導套。

因此，筆（bǐ）者考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通（tōng）過大量實驗數（shù）據得出：

槍鑽引導孔的深度應為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（yàn）與分析

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

鑽導向孔時，以不同廠（chǎng）家的（de）鑽頭按不同（tóng）切削參（cān）數（shù）進（jìn）行試驗加工;鑽深孔時，我們選擇了伊斯卡的槍（qiāng）鑽，以不同的加工方法和不同的（de）切削參數進行了（le）多個孔的鑽削試驗（yàn）。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍鑽引導作用（yòng）的前（qián）提下，筆者也兼顧了刀（dāo）具成本問（wèn）題，分別選擇進口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平（píng）合金鑽頭進行了試切加工（gōng）。

經過多個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比（bǐ）國產刀具要高許多，轉速可以（yǐ）達到2500r/min，進給率為50mm/min，而且較耐磨損，但費用較高;國產刀具的切（qiē）削參數偏低，轉（zhuǎn）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（yàn），兩種刀具的加工質（zhì）量相似。因為此零件（jiàn）的批量小且加工件數少，在滿足加工質量的前（qián）提下，我們選擇了費用較低（dī）的（de）四（sì）平合金鑽頭（tóu）。

 

(2)深孔加（jiā）工。

深孔加工（gōng）我們采（cǎi）用（yòng）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時，均采取小於（yú）鑽削時轉數和（hé）進給率的方（fāng）法進行深孔加工;

另（lìng）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（sù）度快速退出深孔的加工方法。

 

經過試驗加工發現：第一種加工方法加工（gōng）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（zhì）量較好。

因此，在（zài）保證足夠冷卻壓力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽（shòu）命試驗。

試驗過程中發現，1把（bǎ）槍鑽加（jiā）工到第4件零件時，加工聲音異（yì）常，於是調低進給倍率為90%，繼續加工，可（kě）順利完成第4件和第5件的（de）加工（gōng），但加工到第6件時，加工到孔深78mm時，鑽頭折斷。

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


在某些加工範圍內，槍鑽能解決麻花鑽不能解決（jué）的（de）深孔和高精度孔加工問題（tí），可鑽出一個直（zhí）線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所（suǒ）有因素（sù），如主軸轉速、進給速度和冷卻液（yè）壓力後，深（shēn）孔鑽這個工（gōng）序便成為（wéi）一個簡易的（de）“標準”工序，不受操作員技術的影響，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（fù）合加工中心和數控車床，經濟適用性強，有一定的推廣價值。