基于宏程序的內外螺紋的數控銑削加工

張寧菊

（無錫科技職業學院，江蘇無錫 214028）

0 引言

傳統的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣。隨著三軸聯動數控加工系統的出現，產生了更為先進的螺紋加工方式——螺紋數控銑削，它主要在數控銑床或加工中心上進行[1]。在實際生產中采用宏程序控制的螺紋銑削加工與傳統螺紋加工方式相比，有以下幾大優勢：

（1）用同一把螺紋銑刀可以加工不同結構（外螺紋/內螺紋）、不同旋向（左旋/右旋）的螺紋；

（2）螺紋數控銑削可以加工沒有過渡螺紋或退刀槽的螺紋；

（3）螺紋數控銑削加工時只要改變宏程序的變量值，即可加工不同參數（例：直徑等）的螺紋，特別是深螺紋、大螺紋、大螺距螺紋、精密非標準螺紋等；

（4）螺紋銑刀的材料一般是硬質合金，切削平穩，且其耐用度是絲錐的十倍甚至數十倍；

（5）螺紋數控銑削加工可嚴格控制螺紋中經公差，可減少或消除刀具切削對牙型的干涉。

采用宏程序控制的螺紋銑削加工的諸多優勢，可有效提高螺紋加工精度和加工效率，目前發達國家的大批量螺紋生產已較廣泛地采用了銑削工藝。

1 宏程序的基本功能[2]

（1）變量

變量分為四類：空變量（#0）；局部變量（#1-#33）； 公共變量（#100-#199），（#500-#999），系統變量（#1000-）。

（2）宏程序語句使用

1）GOTO語句（無條件轉移）

2）IF 語句（條件轉移：IF…THEN…）或IF［〈條件表達式〉］GOTON

3）WHILE語句（當…時循環）

（3）特點

1）高效：數控加工中常會遇到數量少、品種繁多、有規則幾何形狀的工件（例螺紋件），可稍加分析與總結，找出共同點，把共同點設定為局部變量（局部變量只能用在宏程序中存儲數據）應用到程序中，就能達到事半功倍的效果。

2）經濟：螺紋類零件結構相似，但品種多數量少，為了降低加工成本，可用宏程序控制進行螺紋銑削加工。

3）應用范圍廣：宏程序還可以應用到數控加工的其它環節。例如它可對刀具長度補償（H），刀具半徑補償（D），進給量（F），主軸轉速（S），G代碼，M代碼等進行設置，也能有效提高加工效率。

2 螺紋銑削工藝

2.1 螺紋銑削運動方式

螺紋銑削加工主要用于數控銑床、加工中心等銑削類機床。實際加工時一般小直徑內螺紋（≤20 mm）可以采用攻螺紋加工；但對于大直徑內螺紋的加工以及外螺紋的加工，采用螺紋銑削加工是最好的手段。

螺紋銑削加工主要是通過機床的三軸聯動和螺旋插補加工來實現的，即在其中二軸作圓弧銑削加工的同時，第三軸作直線進給運動，其軸向的移動距離正好是螺紋的螺距，（例：在X、Y軸走G03/G02一圈時，Z軸同步移動一個螺距P的量）。圖1為右旋和左旋外螺紋的銑削運動示意圖。

圖1 外螺紋的銑削運動示意圖

2.2 螺紋銑刀

（1）整體螺紋銑刀

常用整體螺紋銑刀一般采用硬質合金，適用于鋼、鑄鐵和有色金屬材料的中小直徑螺紋銑削，切削平穩，耐用度高。加工不同的材料可采用不同涂層的螺紋刀。

（2）機夾螺紋銑刀及刀片

由銑刀桿及刀片組成（圖2），其特點是刀片易于制造，價格較低，有的螺紋刀片可雙面切削，但抗沖擊性能較整體螺紋銑刀稍差。因此，該刀具常推薦用于加工鋁合金材料。

圖2 機夾單刃螺紋銑刀及三角雙面刀片

2.3 螺紋切削用量的選擇

螺紋切削用量（切削速度、背吃刀量、走刀次數）的選擇是由刀具和零件的材質確定的。螺紋切削的切削速度一般要比普通切削低25% ～50%。螺紋的背吃刀量ap值的選擇正確與否，直接影響切削力的大小，關系到螺紋是否合格，背吃刀量需遵循遞減原則，最小背吃刀量值不小于0.05 mm。表1 和表2 提供了車削米制內、外螺紋背吃刀量ap的參考值。對于銑削螺紋是采用三軸聯動螺旋插補加工來實現的，有別于車削螺紋，如銑削螺紋是單刃切削，則其切削速度應選擇車削的一半為宜，背吃刀量ap值仍可按車削選取。

表1 ISO米制螺紋背吃刀量ap值（外螺紋）

表2 ISO米制螺紋背吃刀量ap值（內螺紋）

3 宏程序銑削加工

3.1 單齒螺紋銑刀銑削加工內螺紋

螺紋銑削時，采用宏程序變量編程，可以將螺紋的直徑、螺距、螺紋長度、刀具直徑等參數設為變量，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[2]。

以下程序是利用宏程序對M30×1.5 mm 的內螺紋進行參數編程。在加工不同螺紋時，只需改變相應的參數值，FANUC 0i系統宏程序編制程序如下：

O0011

#1=30（大徑）

#2=1.5（螺距）

#3=#1-1.1*#2（小徑）

#4=16（刀具直徑）

#5=10（螺紋深度）

#9=[#1-#4]/2+1

#16=FIX[#5/#2]

#17=#5-#2*#16

#18=#2-#17

M03 S3000

G54 G90 G00 X0 Y0

Z20

G01 Z[#18]

#20=#18

G91 G02 X-[#9]Y0 R[#9]F300

WHILE[#20GT-10]DO1

#20=#20-#2

G90 G02 I[#9]Z[#20]

END1

G91 G02 X[#9]Y0 R[#9]

G90 G00 Z20

M30

3.2 單齒螺紋銑刀銑削加工外螺紋

對于M18X 1.5mm 的外螺紋，用FANUC 0i 系統宏程序編制程序如下：

#1=18（大徑）

#2=1.5（螺距）

#3=#1-1.1*#2（小徑）

#4=16

#5=10

#9=[#1-#3]/2+1

#6=FIX[#5/#2]

#7=#5-#2*#6

#8=#2-#7

M03 S2500

G54 G90 G00 X0 Y0

Z20

X[[#3+#4]/2+#9]Y[#9]

Z[#8]

#20=#8

G91 G03 X-[#9]Y-[#9]R[#9]F250

WHILE[#20GE-10]DO1

#20=#20-#2

G90 G02 I-[[#3+#4]/2]Z[#20]F250

END1

G91 G03 X[#9]Y-[#9]R[#9]

END1

G91 G03 X[#9]Y-[#9]R[#9]

G90 G00 Z30

M05

M30

4 結束語

螺紋銑削加工在機械制造中應用日益廣泛，推動了行業的發展。采用銑削方式加工螺紋，螺紋的質量比傳統方式加工質量高；加工時采用機夾式刀片刀具，刀具壽命長；螺紋銑刀加工時的加工速度遠超攻絲；采用螺紋銑刀加工的過程具有較高的安全性，例：在加工大型或貴重結構部件的時候，或在所需轉矩較小的情況下加工較大規格的螺紋，螺紋銑削都不失為常規螺紋加工方法的經濟有效的替代方案。

因此，只有綜合運用螺紋銑削技術，充分利用宏程序變量編程高效、經濟和應用范圍廣的特點，才會使螺紋銑削的應用更加廣泛，才能夠充分發揮螺紋銑削加工的優點。

［1］鄒金蘭.螺紋的宏程序銑削加工分析［J］.裝備制造技術，2010（2）：153-154.

［2］陳海舟.數控銑削加工宏程序及應用實例［M］.北京：機械工業出版社，2008.