​CNC數控機床深孔加工要訣（jué）

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深（shēn）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（gōng），難點在於刀具細長，剛性差、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、出現錐形或孔偏斜等現象，從（cóng）而達不到質量要求。

航空發動機某（mǒu）噴嘴類零件（jiàn），孔徑為Ф6mm，孔深為105mm，深徑比達17：1。超大的（de）深徑比更增加了此零件的加工難度，為了加工（gōng）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（zé）合適的加（jiā）工參數，最終確定（dìng）了（le）合理的加工方法。

 

一、零件簡介

某噴嘴類零（líng）件，總長為105mm，杆（gǎn）部內孔為φ6+0.12mm，壁厚（hòu）為2mm，表麵粗糙度為Ra3.2μm，深徑比為17：1，屬於深孔（kǒng）加工（gōng）的（de）零件，其（qí）材料為難加工的GH4169。

這類高溫合金孔加工相對（duì）於一般鋼材切削加工，刀具（jù）壽命要低50%以（yǐ）上，且加工效率低，成本高。高溫合金孔加工主要難點是（shì）：

①切（qiē）削力大，消耗機床功率大;

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

③用普通（tōng）的鑽削（xuē）方法難以保證高溫合金孔的精度（dù）要求。

④高溫（wēn）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。

為了解決以上加工難點，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（jiàn）的加工精度。

 

二、加工工藝設計和分析

零件深孔加工選用（yòng）常規的鑽削方式，需加長麻花鑽，而且（qiě）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或折斷鑽頭，造成（chéng）更大的加工困（kùn）難，因此刀具最好選擇深孔加工專用刀具。

設備的選（xuǎn）用考慮到本公（gōng）司產品類型多，深孔加工產品結（jié）構差異大，且生產（chǎn）批量較小，不可能購置深孔（kǒng）加工專用機床，為了更（gèng）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（lái）滿足深孔加工的技術要求。

 

1.刀具的（de）選擇

深孔加工的刀具有多種（zhǒng），如槍鑽、噴吸鑽、套料鑽、硬質合金可轉位深孔鑽、內排（pái）屑深孔鑽和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（chuáng）、臥式加工中心，易加（jiā）工工件材料;套料（liào）鑽、內排屑深孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽加工（gōng）Ф6mm的小孔;硬質合（hé）金可轉位深孔（kǒng）鑽一般最小鑽削直徑為Ф20mm;

而亞幹式深孔（kǒng）加工係統主（zhǔ）要是利用壓縮空氣進行排屑和冷卻，使用（yòng）霧化切（qiē）削液進（jìn）行潤滑，需專（zhuān）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及本廠的實際情況，研究決定采用槍鑽進行此深孔的加工。

槍鑽由（yóu）硬質（zhì）合金鑽尖、鑽杆和刀柄三部（bù）分組成。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻潤滑和使切（qiē）屑順利排出，並選擇韌性和抗振性均較佳的硬質合金（jīn）作為基（jī）體，表麵可塗TiC或TiN，以提高鑽頭的硬（yìng）度和耐磨性;鑽杆一般選用（yòng）40Cr無縫鋼管。

其原理是高（gāo）壓油由（yóu）鑽杆後部（bù）中（zhōng）孔注入，經腰形孔到達切削（xuē）區後迫（pò）使切（qiē）屑隨切削液由V型槽（cáo）與工件孔（kǒng）壁間空間（jiān）排出，故稱外排屑。

此類深孔鑽前角一般為0°，以便（biàn）製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線，鑽孔時鑽尖（jiān）前方形成小圓錐，可使切屑在鑽尖處斷離為（wéi）兩（liǎng）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（de）孔，加工時，通常是（shì）工件旋轉，鑽頭作直線進給，較（jiào）適用於加（jiā）工中心（xīn）及（jí）配備高壓冷卻係統（tǒng）的車床與立式機床（chuáng）、刀具或工件旋轉場合（hé）。

綜合考慮槍鑽加工（gōng）的應用場合及公（gōng）司現有設備情況，在此零件加工時，筆者選擇了車銑複合加工（gōng）中心（xīn），此設備（bèi）既可實現零件（jiàn）旋轉，又配（pèi）備高（gāo）壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進行鑽（zuàn）孔加工（gōng）。

 

3.槍鑽引導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不平衡的槽形意味著切削力不（bú）平衡。

為了（le）減少鑽頭周邊的徑向切削力，需要（yào）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（ér）本例所選的車銑加工（gōng）中心不是槍鑽專用機床（chuáng），沒有配（pèi）備導套，且沒（méi）有夾具，無法設計導套。

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

槍鑽引導孔的深度（dù）應為1～2倍（bèi）槍鑽直徑，直徑應比槍鑽鑽頭直徑大0.004～0.012mm較合（hé）適。

 

4.工藝試驗與分析

深孔加工工序草圖如圖3所示（shì），由圖（tú）可知，用軟三爪裝夾（jiá），以定位，夾緊（jǐn），按車端麵→鑽（zuàn）導向孔（kǒng）→鑽深孔的順序進行零（líng）件的深孔加工。

鑽（zuàn）導向孔時，以不同廠家的鑽頭按不同切削參數進行試驗加工;鑽深孔時，我（wǒ）們選（xuǎn）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（jìn）行了多個孔的鑽削試驗。

 

(1)引導（dǎo）孔（kǒng）加工。

鑽引導孔時，在（zài）滿足槍鑽引導作用的前提下，筆者（zhě）也兼顧了刀具成本（běn）問題，分別選擇進口的（de）伊（yī）斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平合金鑽頭進行了（le）試（shì）切加工。

經過多個孔的試驗（yàn）加（jiā）工（gōng），發現進口刀具切削參數比國產刀具要高許多，轉速（sù）可以達到2500r/min，進給率（lǜ）為（wéi）50mm/min，而且較（jiào）耐磨（mó）損，但費用較高;國產刀具的切削參數偏低（dī），轉（zhuǎn）速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進口刀（dāo）具，費用同（tóng）樣遠遠（yuǎn）低（dī）於進口刀具的費用。

經試驗，兩種（zhǒng）刀（dāo）具（jù）的加工質量（liàng）相似。因為（wéi）此零件的批量小且加工件數少，在滿足加工（gōng）質量（liàng）的（de）前提下，我（wǒ）們選擇了費用（yòng）較低（dī）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（fāng）案進行試驗（yàn）加工：

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

另一種是以（yǐ）較低轉數和進（jìn）給率反轉進（jìn）入導向孔，以零轉數和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（zhǒng）加工方法加（jiā）工效率低且零件表麵（miàn）質量差（chà），而第（dì）二種加工方法，加工效率高且質量（liàng）較好（hǎo）。

因（yīn）此（cǐ），在保證足夠冷卻（què）壓（yā）力的情況下，選擇第二種加工方法進行了刀具壽命試驗。

試驗過程中發現，1把槍鑽（zuàn）加工到第4件零件（jiàn）時，加（jiā）工聲音（yīn）異常，於是調低進給倍率為90%，繼續（xù）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（gōng）到孔深78mm時，鑽（zuàn）頭（tóu）折斷（duàn）。

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


在某些加工範（fàn）圍內，槍鑽能解決麻花（huā）鑽不能解決的深孔和高精（jīng）度孔加工問題，可鑽出一個直線度高、表（biǎo）麵粗（cū）糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉（zhuǎn）速、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工（gōng）序便成（chéng）為一個簡易的“標準”工（gōng）序（xù），不（bú）受操作員技（jì）術的影響，隻要是一（yī）個高質量的槍鑽便可（kě）在生產過程中提供（gòng）一致的表現。

它不僅適用於專用（yòng）槍鑽機床，同時在高壓內冷和導向滿足的（de）情況下也適用（yòng）於車銑複合加工中心和數控（kòng）車床，經（jīng）濟適用性強，有一定的推廣價值。