螺紋的宏程序銑削加工分析

鄒金蘭

（廣東工貿職業技術學院，廣東廣州510510）

傳統的螺紋加工方法，主要為采用車刀車削，采用絲錐、板牙手工攻絲以及套扣。隨著數控加工技術的發展，特別是三軸聯動數控加工系統的出現，利用數控銑床進行螺紋的銑削得以實現。螺紋銑削是通過數控機床的三軸聯動，利用螺紋銑刀進行螺旋插補銑削而形成螺紋，刀具在水平面上每作一周圓周運動，在垂直面內則直線移動一個螺距的距離[1]。

螺紋銑削加工可以實現在不換刀的情況下，一次性完成加工，包括底孔的鉆削和螺紋的加工等；同一把螺紋銑刀能加工出螺距相同而直徑不同的螺紋。因此，與傳統的螺紋加工方法相比，螺紋銑削加工具有較大的優勢：加工效率高、質量好，刀具通用性好，加工安全性好。對于一些特殊結構的螺紋，如不允許有過渡扣或退刀槽結構的螺紋，采用傳統的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但采用數控銑削卻十分容易實現。本文介紹了螺紋銑削的加工工藝過程及螺紋銑刀類型，并介紹了一個螺紋銑削的編程實例。

1 螺紋銑削加工的工藝過程

用螺紋鉆銑刀銑削螺紋時的加工過程如圖1所示，具體步驟為：

（1）螺紋鉆銑刀快速運行至工件安全平面；

（2）螺紋鉆銑刀鉆孔至孔深尺寸；

（3）螺紋鉆銑刀提升至螺紋深度尺寸；

（4）螺紋鉆銑刀以圓弧切人螺紋起始點；

（5）螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向的插補運動，同時作平行于軸線的+Z方向運動，即每繞螺紋軸線運行360°，沿+Z方向就上升一個螺距，刀具三軸聯動運動軌跡為一螺旋線；

圖1 內螺紋銑削加工示意圖

（6）螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點退刀；

（7）螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面，準備加工下一孔。

2 螺紋銑削軌跡

螺紋銑削運動軌跡為一螺旋線，可通過數控機床的三軸聯動來實現。圖2為左旋和右旋外螺紋的銑削運動示意圖。

圖2 外螺紋的銑削運動示意圖

與一般輪廓的銑削運動一樣，螺紋銑削開始進刀時也可采用1/4圓弧切入或直線切入。銑削時應盡量選用刀片寬度大于被加工螺紋長度的銑刀，這樣，銑刀只需旋轉360°即可完成螺紋加工。螺紋銑刀的軌跡分析如圖3所示。

圖3 螺紋銑刀的軌跡圖

3 深螺紋銑削編程

3.1 深螺紋加工工藝分析

在鉆削中，那些孔深大于3倍孔徑的孔稱為深孔。而深孔攻絲，意味著攻絲深度大于絲錐直徑的1.5倍以上。如當用一只直徑為1/4"的絲錐加工深度為3/8"的螺紋時，這種情況通常稱為深孔攻絲。

加工一個深孔螺紋，意味著刀具與工件之間需長時間的接觸。同時，在加工過程中會產生更多的切削熱和更大的切削力。因此在深孔中攻絲，容易產生刀具破損和螺紋的不一致性[2]。

為解決這個問題，可以采用兩種方案：

（1）增大攻絲前孔的直徑。合適的螺紋底孔對于螺紋加工是十分重要的。一個尺寸稍大的螺紋底孔，能有效降低攻絲過程中產生的切削熱和切削力。但它也會減小螺紋的接觸率。國家標準和技術委員會規定：在深孔中，允許在孔壁上只攻出螺紋全高的50%。這一點在對特殊材料和難加工材料的小孔攻絲時尤其重要。因為盡管由于孔壁上螺紋高度的減少，導致螺紋接觸率下降，但由于螺紋長度的增加，因此仍可保持螺紋可靠的連接。

螺紋底孔的直徑增量，主要取決于所要求的螺紋接觸率和每單位長度的螺紋頭數。根據上述兩值，利用經驗公式可計算出正確的螺紋底孔直徑。

（2）使用專為深孔攻絲設計的絲錐的切削參數。由于鈦金屬零件難于加工，因此需要對切削參數和刀具幾何尺寸做充分考慮。

1）切削速度。由于鈦合金具有大的彈性和變形率，因此需要采有相對較小的切削速度。在加工鈦合金零件的小孔時，推薦采用的圓周切削速度為250~300 mm/min。

2）容屑槽。在深孔攻絲時，需減少絲錐槽數，使每個槽的容屑空間增大。這樣，當絲錐退刀時，可以帶走更多的鐵屑，減小由于鐵屑堵塞而造成刀具破損的機會。但另一方面，絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑減小，因此，絲錐強度受到影響。所以這也會影響切削速度。另外，螺旋槽絲錐比直槽絲錐更易排屑。

3）前角和后角。小前角可提高切削刃強度，從而增加刀具壽命；而大前角有利于切削長切屑的金屬。因此在對鈦合金加工時，需綜合考慮這兩個方面的因素，選用合適的前角。

大后角可以減小刀具和切屑之間的摩擦。因此有時要求絲錐后角為40°。在加工鈦金屬時，在絲錐上磨出大的后角，有利于排屑。另外，全磨制絲錐和刃背鏟磨的絲錐也有利于攻絲。

4）冷卻液。當加工特殊材料時，必須保證切削液到達切削刃。為改進冷卻液的流量，推薦在絲錐的刃背上開冷卻槽。如果直徑足夠大的話，可考慮采用內冷卻絲錐。

3.2 深螺紋加工實例

現結合M36×2右旋內螺紋銑削加工實例，說明螺紋銑削的編程方法。工件材料：45鋼,調質；螺紋底孔直徑：Di=33.84 mm；螺紋直徑D0=36 mm；螺紋長度L=25 mm；螺距P=2 mm；整體圓柱螺紋銑刀直徑D2=14 mm,切削刃長為34 mm；銑削方式：順銑。切削速度50 mm/min，每齒進給量f=0.1mm。

（1）參數計算。主軸轉速N為：

銑刀齒數Z=1，每齒進給量fz=0.1 mm，銑刀切削刃處進給速度F1為：

銑刀中心進給速度F2為：

設安全距離CL=0.5 mm,切入圓弧半徑Re為：

切入圓弧角度b為：

b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re]=180°-arcsin[(16.92-0.5)/16.489]=95.24°，為便于計算，b可近似取值為90°。

切入圓弧時的Z軸位移Za為：

切入圓弧起始點坐標為

（2）螺紋銑削程序(Fanuc系統)。在螺紋切削加工時，可以采用變量編程。在螺紋加工時，螺紋的參數并不固定，采用變量編程，可以將螺紋的直徑、螺距、螺紋長度等參數設為變量，不同的螺紋只要改變這些參數，就可以采用同一個程序加工不同的螺紋，可以減少編程時間，提高螺紋銑削的效率。因此，充分利用變量編程高效、經濟和應用范圍廣的特點，將使螺紋銑削的應用更加的廣泛[3]。

對于Fanuc系統，變量編程就是采用宏程序編程。以下程序是根據螺紋切削的參數編制的宏程序。在加工不同螺紋時，只需改變相應的參數值。

4 結束語

螺紋銑削的加工方法，可以高效率高精度地完成各種規格的螺紋加工，比起傳統的螺紋加工方式具有一定的優越性。螺紋銑削的編程可以變量編程，只需更改相應的參數，就可以利用同一個程序加工出參數不同的螺紋，應用范圍廣泛。

[1]王玉娣，陳小峰.螺紋銑刀在加工中心上的應用[J].機械工人（冷加工），2006，（11）：39.

[2]孟 華.談螺紋的數控銑削加工技術[J].今日科苑，2008，（14）：63.

[3]李 剛.大型內螺紋的數控銑削加工[J].長沙航空職業技術學院學報，2006，（1）：63.