基于加工中心的深孔加工

伍浩刘国栋,彭湘,杨芳

一、简介：

深孔加工的常用加工方法有枪钻机床钻孔、浮动镗镗孔（普通车床改装）、深孔镗床镗孔、深孔珩磨机磨孔等等，必须根据被加工零件的结构、技术要求、生产批量和工厂现有条件等要素确定采用何种加工方法。活塞杆是我公司某座椅缓冲器的关键部件，见图（一），单件小批量生产，其中φ28+0.10内孔属于深孔加工（径长比1：17），其深度达478mm，且内孔直径较小，其内孔直线性、粗糙度、加工精度等也是加工的难点，无法应用普通镗削工艺加工，是活塞杆加工的瓶颈。

应用深孔枪钻加工技术，在没有专用深孔机床的条件下，结合现有的DMG80P五轴加工中心（带内冷系统）加工活塞杆φ28+0.10深孔；利用现有设备条件，解决活塞杆深孔加工难题，有效保证孔的精度、直线性和表面粗糙度，形成了一套有效的、完整的加工操作法，从而提高了公司工艺技术水平和加工能力，并为今后的生产及工艺技术进步奠定基础。

二、技术原理及加工方案

1、零件结构分析及主要难点：

图（一）

图一

图（一）为活塞杆零件结构图，材料30CrMnSiA,热处理HRC35-40,总长582毫米，孔深478.5，孔径?28，孔壁表面光洁度Ra1.6，底面直角，加工难度较大。该零件需应用到深孔加工技术。

对于小批、单件生产，在没有专用深孔机床的条件下，应用带内冷的加工中心也可加工一定程度的深孔（孔深受机床行程的限制）。通过探索一般可稳定地达到IT8～IT9级精度，粗糙度Ra1.6～Ra0.8，直线度≤0.25/1000mm。结合活塞杆零件，研究刀具系统、加工方法、切削参数以控制零件尺寸、表面质量，优化工厂现有设备加工能力。

2、工艺方案的确定：

第一方案——普通车床浮动镗削工艺：

加工刀具：专用浮动镗刀+深孔钻+扩孔钻+平底锪孔钻；φ28+0.10mm孔的加工工艺为用深孔钻钻底孔——深孔钻扩孔——平底锪孔钻锪平底孔——浮动镗刀精镗孔。

在此方案中先行将孔钻成?18mm通孔，由于总长为594mm，需在一头钻削300mm深后掉头再将孔钻通，采用的设备多为普通车床或镗床，进行钻削加工，冷却排屑困难、效率低，操作工人劳动强度大。

钻孔完成后经过几道热处理工序，我们需要镗削修正孔的尺寸精度及表面粗糙度，这里包括粗镗孔及精镗孔两道工序。采用的刀具是非标的浮动镗刀，整个加工系统包括高压冷却液压站、非标内冷钻27.8*600、非标端面锪孔刀28*500、非标内冷钻25*600、非标内冷钻20*600、非标定心钻15*105、非标浮动镗刀28*600一套。

在加工的过程不便于观察断屑，采用的设备还不宜在数控车床上进行，这就造成加工中加工效率及刀具寿命不高的一系列问题。

该方案由于工厂现没有镗床，只能用普照通车床改造，而改造设备和

制造整套刀具，需投资14.8万元，且加工周期长，仅加工此孔需耗时20小时，加工精度与表面质量可以基本满足图样要求。

第二方案——带内冷的卧式加工中心枪钻钻孔工艺：

加工设备：DMG80P五轴加工中心（可选用带内冷卧式数控镗铣床），中心出水，出水压力4Mpa(=40bar)；

加工刀具系统：

名称型号规格

刀片式枪钻刀体GD-DH28.00-L480-M32X-12

刀片TOGT120405-DTIC908

刀片夹紧螺钉SR14-506

导向块GPS-06-20-120IC908

导向块锁紧螺钉SR34-508

非标焊接硬质合金平底枪钻STGD-F28.05-480-W32

BT40侧固刀柄BT40EM32X110

专用夹具：设计制造活塞杆钻孔专用夹具，用于装夹活塞杆，确定活杆定位、夹紧可靠和便于在DMG80P五轴加工中心上加工，并通过夹具解决加工行程、枪钻长度与机床空间不足的矛盾。

以上刀具与夹具投资共4.2万元。

综合考虑后确定采用第二工艺方案。

3、实施过程与加工参数：

枪钻是一种加工深孔长径比大的代表性工具，相对于普通钻头具有连续供油排屑、有自导功能、能钻出尺寸、形位精度很高的深孔。

图（二）加工状态

（1）加工前准备

由于零件批量小、孔深，若使用与深孔钻机相同的钻套、钻套支撑架等设备，生产准备麻烦、装卸复杂。因此在加工中心上使用枪钻时，采用预先在零件上加工引导孔的方法，对刀具起定位与导向作用。对引导孔的要求主要取决于孔深与孔径两个因素。通常，引导孔深一般为钻刃直径的1.2～2.5倍(结构允许应尽量取上限),孔径大于钻刃直径的0.01～0.03mm，以保证枪钻能平稳、顺利进入孔内。我们选用的枪钻直径为φ28+0.020，故选用引导孔直径为φ28+0.04+0.02、孔深为40mm。将工件固定在V形块上，引导孔的加工通过采用点中心孔、钻、铣、镗的步骤加工。

（2）钻削工艺方案

在钻削深孔过程中，如何控制和选择加工参数将直接影响枪钻的加工性能。我们采用的数控加工策略是：首先手动换刀方式调出枪钻（刀具过长无法自动换刀），以快速走刀方式移动到孔口定位处，在没有钻套引导的情况下，刀具需反向转动以主轴S50、进给F6mm/min较低速度进入引导孔，主要是防止由于转速过高引起刀具的径向摆动划伤引导孔，严重的甚至损坏刀具；进入引导孔离底部2～3mm处，开启冷却液，主轴正转，并将转速提高，以合理的切削速度一次性加工到要求的孔深；之后，以快进速度退到离孔底约6mm处时降低转速（非标平底枪钻需全程主轴停转手动退刀）防止高转速引起刀具振动在退出时影响孔壁质量，同时刀具保持一定的低转速可以在旋转时自动调整平衡，并退回到安全距离时关闭冷却液。

图（三）钻削的切屑状态图（四）直角非标枪钻

（3）钻削参数的确定

刀片式枪钻GD-DH28.00-L480-M32X-12Q切削参数：

切削参数的选用是根据机床、夹具系统刚性及刀具性能而定，需慢慢摸索出最佳数据。

第一次钻削参数转速S为1500rpm，进给速率为F200，切削过程平稳，排屑顺畅，铁屑为长块状（略10mm长），表面质量一般，孔壁上有较明显的纹理，产品基本合格；

第二次为改善表面质量采用S1200、F70，切削过程平稳，排屑顺畅，铁屑为螺旋状（形成略2个旋涡略10mm长），表面质量较第一次没有改善，孔壁上的纹理有密集趋向，产品不合格；

第三次采用S1200、F120，切削过程平稳，排屑顺畅，铁屑为方块状（略4～6mm见方），表面质量较第一次有明显改善，孔壁上只有少量的纹理，产品合格；

第四次采用S1000、F50，切削过程平稳，排屑顺畅，铁屑为方块状（略4～6mm见方），表面质量与第三次一样，孔壁上只有少量的纹理，产品合格；

非标焊接硬质合金平底枪钻STGD-F28.05-480-W32切削参数：

通过枪钻加工后孔壁余量为0.05-0.1毫米之间，为了完成孔底直角的加工需要，采用平底枪钻进行平底加工，同时对孔壁修光加工，试验证实：第一次钻削参数转速S为1500rpm，进给速率为F120，切削啸叫声较大，状态波动变大，孔壁有细小的划痕。

第二次钻削参数修改为转速S为1000rpm，进给速率为F100，切削啸叫声降低，状态波动变小，孔壁对光可看见发亮的波纹。

第三次切削参数修改为S为700rpm、进给速度为F30,切削的声音及状

态平稳，孔壁的质量完全达到图样要求。

综合考虑，为保证刀具有合理的足够的使用寿命，确定两种刀具切削参

数分别为：刀片式枪钻GD-DH28.00-L480-M32X-12Q为S1000、F50；非标焊接硬质合金平底枪钻STGD-F28.05-480-W32为S700、F30。加工效果见图（五），实际加工表明：采用上述加工策略，一支φ28mm枪钻加工一批次活塞杆（30根），孔深478.5mm(长径比大于17)，工件精度与表面粗糙度符合图样要求，直线度（通过测量外圆母线间接描述）0.08mm，加工质量明显优于浮动镗工艺，加工效率大为提高（枪钻钻孔仅需10分钟，锪孔时间略长为16分钟），且刀具的加工性能仍然良好，充分说明合理地控制切削过程与参数，一方面可以保证孔的加工质量，另一方面可以提高枪钻的加工稳定性和使用寿命。

图（五）活塞杆内孔加工质量

三、结束语

应用工厂现有条件在加工中心上应用枪钻，解决了没有专用设备加工径深比为1：17的深孔加工难题，解决了制约活塞杆的生产加工瓶颈，同时掌握了枪钻在五轴加工中心上加工深孔的工艺策略与操作要领，确定了加工中心加工深孔的工艺方法、技巧、切削参数，有效保证了活塞杆尺寸精度、表面质量要求。