Ф22深孔加工工艺改进

刘佛贵

摘要：针对某车型构架12×Ф22mm深孔加工效率低、加工质量不稳定的问题，通过优化加工刀具选型和改进数控程序，大幅提高了深孔加工质量和效率，已经推广应用到各车型构架深孔加工。

关键词：深孔；刀具；程序；质量；效率

1. 前言

孔加工分为浅孔加工和深孔加工两类，一般规定孔深L与孔径d之比大于5，即L/d＞5的孔称为深孔。深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的，具有以下特点：（1）不能直接观察到刀具的切削情况；（2）切削热不易传散；（3）切屑不易排出；（4）工艺系统刚性差。深孔加工难度高、加工工作量大，已成为机械加工中的关键性工序。随着科学技术的进步、产品的更新换代十分频繁，新型高强度、高硬度的难加工零件不断出现，无论是对深孔加工的质量、加工效率，还是刀具的耐用度都提出了更高的要求。因此，对深孔加工技术的研究，已成为相关技术人员十分关注的问题。

2. 现状及问题

我公司生产的某车型构架需加工12×Ф22mm深孔，孔深228.5mm±0.5mm，孔的位置度为Ф0.5mm，表面粗糙度Ra12.5，具体要求见图1。该孔轴线处于YZ平面，需要使用龙门加工中心的回转铣头加工，切削液难以浇注到深孔内部，并且因排屑困难不能使用G73高速深孔钻削循环指令，原加工工艺流程为：

（1）使用刃长160mm的Ф20mm整体硬质合金钻头，G83指令钻100mm深,转速S为1000r/min，进给速度F为80mm/min，步进深度10mm，加工程序为：G98G83Z-100.R10.Q10.S1000F80 ；

（2）使用刃长240mm的Ф20mm加长高速钢钻头将孔深加工到尺寸，G83指令钻230mm深,转速S为200r/min，进给速度F为40mm/min，步进深度5mm，加工程序为：G98G83Z[-230]R[10]Q5.S200F40 ；

（3）使用刃长242mm的Ф22mm加长U钻扩孔，G83指令钻230mm深,转速S为800r/min，进给速度为100mm/min，步进深度65mm，加工程序为：G98G83Z-230.R10.Q65.S800F100 。

图1 构架Ф22深孔加工图

原加工工艺存在两个问题：（1）加工效率低，完成12个Ф22mm深孔加工需要4个小时；（2）加工质量不稳定，一次加工位置度检测不合格率接近50%，需要二次返工。

3. 解决问题思路

造成加工效率低的原因为：（1）刀具刚性差，进给速度较低，G83指令步进深度较小；（2）Ф20mm加长高速钢钻头存在100mm的空跑刀。位置度包含孔的位置和孔的直线度两个因素，造成位置度超差的主要因素是直线度不良，根本原因为：刀具刚性差，加工过程中刀具受切削阻力影响产生偏斜。综上所述，解决问题需要从提高刀具刚性和减少空跑刀两方面制定措施。

4. 改进后工艺

（1）将刃长160mm的Ф20mm整体硬质合金钻头更换为刃长140mm的Ф20mm整体硬质合金钻头，提高刀具刚性，钻孔深度由100mm增加到120mm，进给速度F提高到120mm/min。改进后加工程序为：G98G83Z-120.R10.Q10.S1000F120。

（2）增加1把Ф20mm加长U钻，该U钻刃长只有220mm，将孔深加工到220mm深。该U钻比Ф20mm加长高速钢钻头刚性更好，能够很好地控制孔的直线度。为了减少空跑刀，不直接用深孔循环指令G83，而是编制一段循环加工程序，每一刀均快速定位至高于上一刀加工深度1mm处，每一刀工进10mm，加工程序如下所述。

12个孔分成4组，每1组3个孔，每一组孔加工的主程序为：

G65P3604M402.X80.Y-75. ；孔1调用O3604程序N402程序段

G65P3604M402.X75.Y60.；孔2调用O3604程序N402程序段

G65P3604M402.X-75.Y60. ；孔3调用O3604程序N402程序段

子程序O3604:

GOTO#13；跳转到N402程序段

N402

G0X#24Y#25 ；定位到孔中心

Z10. ；定位到高于孔端面10mm处

G0Z-119. ；快进到119mm深

G01Z-130.F120；F120工进到130mm深

G0Z10.；快速退刀至高于孔端面10mm处，便于排屑

#1=1 ；#1赋值为1

N4009IF[#1GT9]GOTO4010 ；如果#1大于9，跳转到N4010

G0Z[-120-#1*10+1]；快进至高于上一刀加工深度1mm处

G01Z[-130-#1*10]F120 ；在原加工深度上以F120的速度工进10mm

G0Z10. ；快速退刀至高于孔端面10mm处

#1=#1+1；#1加1

GOTO4009 ；跳转到N4009程序段

N4010G0Z100. ；循环9次加工至220mm深时循环结束，退刀

M99；返回主程序

（3）使用Ф20mm加长高速钢钻头将孔深加工到230mm，每一刀工进5mm，加工程序如下所述。

主程序：

G65P3604M401.X80.Y-75.；孔1调用O3604程序N401程序段

G65P3604M401.X75.Y60.；孔2调用O3604程序N401程序段

G65P3604M401.X-75.Y60.；孔3调用O3604程序N401程序段

子程序O3604:

GOTO#13；跳转到N401程序段

N401

G0X#24Y#25 ；定位到孔中心

Z10.  ；定位到高于孔端面10mm处

G0Z-219.；快进到219mm深

G01Z-225.F50 ；F50工进到225mm深

G0Z10. ；快速退刀至高于孔端面10mm处，便于排屑

G0Z-224.；快进到210mm深

G01Z-230.F50 ；F50工进到230mm深

G0Z100. ；快速退刀至高于孔端面100mm处

M99；返回主程序

（4）增加1把有效长度100mm的Ф21.5粗镗刀,镗孔深度80mm，用于校正孔的直线度，转速S为1000r/min，进给速度F为100mm/min，步进深度10mm，加工程序为：G98G81Z-80.R10.S1000F100。

（5）Ф22加长U钻扩孔，G83指令钻230mm深,转速S为800r/min，进给速度F为100mm/min，步进深度65mm，加工程序为：G98G83Z-230.R10.Q65.K0S800F100。

5. 工艺改进后的效果

工艺改进后，加工效率得到显著提高，12×Ф22mm深孔加工完成只需要2小时40分钟，相对原工艺节约了1小时20分钟。对改进后3个月加工工件的质量进行统计，孔的位置度一次加工合格率高达98%以上，加工质量有了大幅提升。改进后的工艺效果良好，已经推广应用到各车型构架的深孔加工。

6. 结语

深孔加工是机械加工行业永恒的难题，数控加工技术和装备的变化日新月异，工艺技术人员需要在刀具选型、程序编制等方面不断学习、深入钻研，让深孔加工变得更加简单、快捷、高质量。

参考文献

[1] 王世清.深孔加工技术[M].西安：西北工业大学出版，2003.

[2] 张树森.机械制造工程学[M].沈阳：东北大学出版，2001.

[3] 陈宏钧等.实用机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1996.

[4] 魏斯亮，张克义.机床数控技术.大连：大连理工大学出版社，2006.

[5]顾京.数控加工编程及操作.北京：高等教育出版社，2003.作者简介：刘佛贵（1987-），男，高级工程师，本科