​CNC數控（kòng）機床深孔加工要（yào）訣（jué）

　　


什麽叫深孔?

深孔是指孔深與孔徑比L/d≥5的孔，深孔加工是（shì）機械（xiè）加工中的一道難題，尤其是大深徑（jìng）比的深孔加工，難點在於刀具細長，剛（gāng）性差、強度低，易引起刀（dāo）具偏斜，且散熱困難，排屑不易，經常產生直（zhí）徑變（biàn）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（pēn）嘴類零件，孔徑（jìng）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（líng）件的加（jiā）工難（nán）度，為了加工出合格孔，需製定合理（lǐ）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，選擇合適的加工參（cān）數，最終確定了合理（lǐ）的加（jiā）工方法。

 

一、零件簡介

某噴嘴類零件，總長為（wéi）105mm，杆（gǎn）部內孔為φ6+0.12mm，壁厚為（wéi）2mm，表麵（miàn）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。

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

①切削力大，消耗機床（chuáng）功率大;

②孔加工是半封閉的切削，產生的（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用普通的鑽削方法難以保證高溫合金孔的（de）精度要求。

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

為了解決以（yǐ）上加工難點，加工此深孔時，必須選擇合適（shì）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（xī）

零件深孔加（jiā）工（gōng）選用常規的鑽削方式，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（gōng）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，造成更大的加工困難，因此刀具最好選（xuǎn）擇深孔加工專（zhuān）用刀具。

設備的（de）選用考慮到本公司產品類型多，深孔加工產品結構（gòu）差異大，且生產批量較小，不可能購置深孔加工（gōng）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（gōng）設備來滿足深孔（kǒng）加工的技術要求。

 

1.刀具的選擇

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

噴吸鑽適用於經改裝的（de）車床、臥式（shì）加工（gōng）中心，易加工工件材料;套料鑽、內排屑（xiè）深（shēn）孔鑽的鑽孔直徑不適合鑽（zuàn）加工Ф6mm的小孔;硬質合金可（kě）轉位深孔鑽一（yī）般最（zuì）小鑽削直徑為（wéi）Ф20mm;

而亞（yà）幹式深孔加工係統主要是利用壓（yā）縮空氣進（jìn）行排屑和冷卻（què），使（shǐ）用霧化切削液（yè）進行潤（rùn）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（dù）Ra6.3～Ra0.4μm、精度H7～H10級的深孔。

 

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（jué）定采用槍（qiāng）鑽（zuàn）進行（háng）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。

槍鑽鑽尖上開有油孔，以加強鑽頭冷卻（què）潤滑和使（shǐ）切屑順利排出，並選擇韌性和抗（kàng）振性均較佳的硬質合金作為基（jī）體，表麵（miàn）可塗TiC或TiN，以提高鑽頭（tóu）的（de）硬度和耐磨（mó）性;鑽杆（gǎn）一般選用（yòng）40Cr無縫鋼（gāng）管。

其原理是高壓油由鑽杆（gǎn）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。

此類深孔（kǒng）鑽前角一（yī）般為0°，以便製造。它無橫刃，鑽尖偏離軸線（xiàn），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（duàn），使之較易排出。

 

2.設備

槍鑽是（shì）用來鑽削回轉（zhuǎn）工件中心上的孔（kǒng），加工時，通常（cháng）是工件旋轉，鑽頭作（zuò）直（zhí）線進給，較（jiào）適用於加工中心及配備（bèi）高壓冷卻係（xì）統的車床與立式機床、刀具或工件（jiàn）旋轉場合。

綜合考慮（lǜ）槍鑽加工的應用場合及公司現有設備情況，在此（cǐ）零件加工時，筆者選擇了（le）車（chē）銑複合加工中心，此設備既可實現零件旋轉，又配備高（gāo）壓內冷係統，滿足槍鑽的應用場合。可以進（jìn）行鑽孔加工（gōng）。

 

3.槍鑽引（yǐn）導孔加工

槍鑽屬於非平衡鑽頭，不（bú）平衡的（de）槽形意味著切削力不平衡。

為了減少鑽頭周邊（biān）的（de）徑向切削力，需要靠導套或引導孔分擔。

典型的槍鑽機（jī）床上配有槍鑽引導套，而本例所選的車銑加工中心不是槍鑽專用（yòng）機床，沒有配（pèi）備（bèi）導（dǎo）套，且沒有夾具，無法（fǎ）設計（jì）導套。

因此（cǐ），筆者（zhě）考慮用鑽削引導孔的方式來平衡槍鑽切削力。通過大（dà）量實驗數據得出：

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

 

4.工藝試驗與分（fèn）析

深孔（kǒng）加工工序草圖如圖3所示，由圖可知，用（yòng）軟三爪裝夾，以定位，夾緊，按車端（duān）麵（miàn）→鑽導向（xiàng）孔→鑽深孔的順序進行零件的深（shēn）孔（kǒng）加工。

鑽（zuàn）導向孔時（shí），以不（bú）同廠家的鑽頭按不同（tóng）切削參數進行試驗加工;鑽深孔時（shí），我們選擇了伊（yī）斯卡的槍鑽，以不（bú）同的加工方法和不同的切削參（cān）數進行（háng）了多個（gè）孔的鑽削試驗。

 

(1)引導孔加工。

鑽引導孔時，在滿足槍（qiāng）鑽引導作用的前提下，筆者也兼顧了刀具成本問題，分別選擇進（jìn）口的伊斯卡中空內冷合金鑽頭和國產的四平合（hé）金鑽頭進行了試切加工。

經過多（duō）個孔的試驗加工，發現進口刀具切削參數比國產刀具要（yào）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（jiào）高;國產刀具（jù）的切削（xuē）參數偏低，轉速為600r/min，進給率僅為20mm/min，加工效率遠低於進（jìn）口刀具，費用同樣遠遠低於進口刀具的費用。

經試（shì）驗，兩種刀具的加工質量相似。因為此零件的批量小且加工件數少（shǎo），在（zài）滿足加工質量的前提（tí）下，我們選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）是進入導向孔和退出深孔時，均采取小於鑽削時轉數和進給率的方法進行深孔（kǒng）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（kuài）速退出深孔的（de）加工方法。

 

經過試驗加工發現：第（dì）一（yī）種加工方法加工效率低且零（líng）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，在保證足夠冷（lěng）卻壓力的情況下，選擇第二種加工（gōng）方法進行了刀具壽命試驗。

試（shì）驗過程中發現，1把槍鑽加工（gōng）到第4件零件時（shí），加（jiā）工聲（shēng）音異常，於是調低進給倍率為90%，繼（jì）續加工，可順利（lì）完成第4件（jiàn）和第5件的加工，但加工到第6件時（shí），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把槍鑽最（zuì）多（duō）加（jiā）工5件零件，可防止（zhǐ）鑽頭折斷。


在某些加工（gōng）範圍內，槍（qiāng）鑽能解決麻花鑽不能解決的深孔和高精度孔加工（gōng）問題，可鑽出一個直線度高、表麵粗糙度好的孔。

而且在固定所有因素，如主軸轉速（sù）、進給速度和冷卻液壓力後，深孔鑽這個工序便成為一個簡易的“標準”工序，不受（shòu）操作員技術的影響，隻要是（shì）一個高質量（liàng）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（yú）車銑複合加工中心和數控車床，經濟適用（yòng）性強，有（yǒu）一定的推（tuī）廣價（jià）值。