浅析深孔的加工方案

张堃

摘 要：在数控加工中常遇到孔的加工，如定位销孔、螺纹底孔、挖槽加工预钻孔等。采用立式加工中心和数控铣床进行孔加工是最普通的加工方法。但深孔加工，则较为困难，在深孔加工中除合理选择切削用量外，还需解决三个主要问题：排屑、冷却钻头和使加工周期最小化。在实际生产过程中应根据工件的加工特点与要求正确灵活地运用切削循环指令。文章从深孔的特点出发联系数控加工介绍深孔及小孔的加工方案。

关键词：深孔加工；小孔

1 深孔加工的特点

一般将长径比为L/D>5的孔称为深孔。深孔加工与一般孔的加工相比较，具有以下特点：

1、加工中易产生孔的轴线歪斜。

因为深孔加工刀具长而细，强度和刚度较差，加工中易发生偏斜和振动。

2、刀具的冷却散热条件差，切削温度升高，使刀具耐用度降低。

3、排屑困难。

排屑排除过程中不仅会划伤已加工表面，严重时还会引起刀具崩刃或折断。为了解决以上问题，工艺上应采用下列措施：

（1）为解决刀具偏斜，宜采用工件旋转的方式及改进刀具导向结构。

（2） 为解决散热和排屑问题，采用压力输送切削液以冷却刀具和排出切屑。同時改进刀具结构，使其既能有一定压力的切削液和断屑，又有利于切屑顺利排出。

2 深孔加工的编程指令及自动编程

1.深孔加工指令格式

大多数的数控系统都提供了深孔加工指令，这里以FANUC系统为例来进行叙述。FANUC系统提供了G73和G83两个指令：G73为高速深孔往复排屑钻指令，G83为深孔往复排屑钻指令。其指令格式为：

2.深孔加工的动作

深孔加工动作是通过Z轴方向的间断进给，即采用啄钻的方式，实现断屑与排屑的。虽然G73和G83指令均能实现深孔加工，而且指令格式也相同，但二者在Z向的进给动作是有区别的，图1和图2分别是G73和G83指令的动作过程。

从图1和图2可以看出，执行G73指令时，每次进给后令刀具退回一个d值（用参数设定）；而G83指令则每次进给后均退回至R点，即从孔内完全退出，然后再钻入孔中。深孔加工与退刀相结合可以破碎钻屑，令其小得足以从钻槽顺利排出，并且不会造成表面的损伤，可避免钻头的过早磨损。

G73指令虽然能保证断屑，但排屑主要是依靠钻屑在钻头螺旋槽中的流动来保证的。因此深孔加工，特别是长径比较大的深孔，为保证顺利打断并排出切屑，应优先采用G83指令。

3 对直径较小的孔的加工

对直径小于20mm且长径比达100：1的深孔，多采用枪钻加工，它可以一次加工全部孔深，大大简化了加工工艺，且加工精度较高。枪钻的工作部分由高速钢或硬质合金与无缝钢管压制成形的钻杆对焊而成，工作时工件旋转，钻头进给，同时高压切削液由钻杆尾部注入，冷却切削后沿钻杆凹槽将切屑冲刷出来。

枪钻切削部分的主要特点是仅在轴线一侧有切削刃，没有横刃。内刃切出的孔有锥形凸台，有助于钻头的定心导向。若合理配置内外刃偏角与钻头偏距，可使两刃产生的径向力相互抵消一部分。可控制外、内刃切削时产生恰当的径向合力与孔壁支撑反力平衡，维持枪钻钻头的平稳性，并使枪钻沿轴线方向前进，这是枪钻特有的性能。钻头刃磨时，内刃前刀面应低于钻头轴心的距离。这样，既可使钻心切削刃的工作后角大于零，改善加工状况，同时又可使，芯柱也附加起定心导向的作用。

4 解决孔加工产生的一般问题

1、常出现的一些问题如下：

（1）钻孔时产生振动或者不圆

（2） 钻出的孔直径增大

（3）孔位超差或者孔发生歪斜现象

（4）钻头折断，或者发生崩刃

（5）孔壁表面粗糙增大

2、解决的方法：

（1）修磨横刃，减小横刃长度，使用新尖点钻是比较理想的选择，其无横刃结构使轴向切削力大幅度降低，左右刃要对称，摆差在允许范围内，降低进给率，将刃带上的积屑瘤用油石修整到合格。

（2）改变工艺顺序，调整或者更换轴承，或改进夹具与定位装置。

（3）钻杆伸出过长时必须有导向套，采用合适间隙的导向套，先打中心孔再钻孔。

（4）加大切削液流量，选择性能好的切削液。

（5）减小机床、工件、夹具的弹性变形，改进夹紧定位，增加动力头重锤重量示着较加二次进给。

（6）增加热处理工艺，适当提高工件硬度。

（7）将钻头磨锋利，校直或更换。及时发现崩刃情况，当加工较硬的钢件时，后角要适当减小。

（8）修磨钻头顶角，尽可能降低钻孔轴向力除惯性将要钻通时，改为手动进给，并控制进给量。

5 结束语

目前，孔加工的高速化明显滞后于其他切削加工。零件的快捷生产是制造业赖以生存的重要条件，因而孔加工技术不能成为机械加工的瓶颈工艺，它必须沿着切削高速化的方向快速跟进，尽快步入高速高精度化的加工行列。通过合理地设置钻孔加工参数和适当地修改后置处理文件，使自动编程产生的程序能满足深孔加工的断屑、保证刀具充分冷却等实际情况。

参考文献

[1]肖诗纲主编《刀具材料及其合理选择》 机械工业出版社

[2]孙家宁主编《金属切削原理与刀具》