鋁合金腔體高精度內(nèi)螺紋銑削加工

摘要：隨著電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的加工精度逐步提高，用傳統(tǒng)的絲錐手工攻絲加工的螺紋孔很難達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。本文研究了鋁合金腔體高精度內(nèi)螺紋銑削加工中的工藝方法，包括加工原理、刀具選擇以及編程方式。在MIKRON數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行了螺紋銑削的加工試驗(yàn)，并對(duì)銑削的螺紋進(jìn)行了加工精度檢測(cè)評(píng)估。

關(guān)鍵詞：螺紋銑削 內(nèi)螺紋 加工精度

正文：

1.引 言

電子產(chǎn)品中使用螺紋連接的鋁合金材料的結(jié)構(gòu)件，其螺紋孔加工的典型工藝流程為：數(shù)銑點(diǎn)出中心孔——鉗工打螺紋底孔——鉗工用絲錐攻絲加工內(nèi)螺紋。此方法加工內(nèi)螺紋存在以下問(wèn)題：（1）很難控制攻絲深度和垂直度，螺紋精度不高；（2）絲錐加工螺紋毛刺較多，去除困難。

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，螺紋銑削加工開(kāi)始應(yīng)用到螺紋加工當(dāng)中。螺紋銑削具有以下優(yōu)勢(shì)：⑴螺紋垂直度較好，毛刺少，尺寸精度高，無(wú)需退刀槽就能靠近底部加工出精確深度的螺紋；（2）不受螺紋結(jié)構(gòu)和旋向的限制，用同一把螺紋銑刀可以加工不同結(jié)構(gòu)、旋向的螺紋；（3）螺紋銑刀耐用度高，能降低加工成本。

隨電子產(chǎn)品的發(fā)展，其鋁合金結(jié)構(gòu)件上螺紋孔的加工精度提出了更高的要求，絲錐攻絲加工內(nèi)螺紋的方法已經(jīng)很難滿足精度要求，研究數(shù)控加工是實(shí)現(xiàn)高精度內(nèi)螺紋銑削加工成為必須。

2.高精度內(nèi)螺紋加工存在問(wèn)題分析

電子產(chǎn)品中一個(gè)典型的鋁合金腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)如下圖：（單位：mm，下同）

圖中螺紋孔大小為M5×0.5，要求此螺紋孔最小深度為3.3，且不允許深度為3.5的平面有毛刺。使用手工攻絲加工很難實(shí)現(xiàn)，面對(duì)此類工藝瓶頸，急需尋找一種新的精度更高的內(nèi)螺紋加工方法。

3.內(nèi)螺紋銑削加工工藝研究

3.1加工原理

考慮到螺紋銑削法在加工精度上的優(yōu)勢(shì)，采用以下工藝流程進(jìn)行加工：數(shù)銑點(diǎn)出螺紋孔中心孔——數(shù)銑加工出螺紋孔底孔——數(shù)銑銑削出螺紋孔內(nèi)螺紋。通過(guò)工件一次裝夾和定位，就可加工出一個(gè)完整的螺紋孔。

螺紋孔內(nèi)螺紋銑削中，利用數(shù)控銑床的螺旋插補(bǔ)功能，刀具在XY方向上做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沿Z軸做直線運(yùn)動(dòng)，從而走出螺旋線軌跡的方法形成螺紋。加工示意圖如下：

從圖2可以看出，螺紋銑刀在XY平面內(nèi)每旋轉(zhuǎn)一周，在Z方向上就移動(dòng)一個(gè)螺距。

3.2銑削刀具選擇

螺紋銑刀分為三種： 單齒式、機(jī)夾式和整體式，各螺紋銑刀的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。

單齒式 機(jī)夾式 整體式

其中單齒式螺紋銑刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以利用折斷報(bào)廢的銑刀刃磨而成，成本較低，在銑削螺紋時(shí)與工件接觸面積小，切削力較小，不會(huì)出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，能較好的保證螺紋的精度。因此從加工成本和加工安全性的角度綜合考慮，優(yōu)先選用單齒式螺紋銑刀進(jìn)行腔體螺紋孔內(nèi)螺紋的銑削實(shí)驗(yàn)。

3.3加工機(jī)床選擇和程序編制

只要是三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床都可實(shí)現(xiàn)螺紋銑削加工。選擇了MIKRON數(shù)控機(jī)床進(jìn)行腔體的內(nèi)螺紋銑削試驗(yàn)，螺紋銑削過(guò)程為：

3.3.1.刀具以快速進(jìn)給的方式沿著刀具軸向定位在工件表面上方的裝夾間隙中。

3.3.2.刀具按預(yù)定的進(jìn)給速度移動(dòng)到螺紋孔起始面。

3.3.3.刀具首先以相切的方式切入螺紋公稱直徑，在進(jìn)行螺旋線切入之前，進(jìn)行刀具軸的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，以便使螺紋路徑編程從螺紋孔起始面處開(kāi)始。

3.3.4.根據(jù)螺紋銑刀的不同種類和設(shè)置的螺紋切削參數(shù)，刀具通過(guò)連續(xù)的螺旋線運(yùn)動(dòng)銑削螺紋。

3.3.5.切削完成后，刀具在切線方向切出輪廓并返回加工平面的起始點(diǎn)處。

MIKRON五軸加工中心為海德漢控制系統(tǒng)，本身提供了螺紋銑削指令262，只需短短幾條指令便可完成內(nèi)螺紋的切削，主要程序段如下：

CYCLE DEF 262 螺紋銑削

Q335=5； 螺紋公稱直徑

Q239=0.5； 螺紋螺距

Q201=-3.3； 螺紋高度

Q355=1； 刀具為單齒銑刀

Q351=+1； 銑削方式為順銑

Q200=10； 安全間隙

Q203=30； 工件表面坐標(biāo)

Q204=50； 第二個(gè)安全間隙

Q204=1000； 銑削進(jìn)給速度

3.4銑削精度對(duì)比

分別用銑削加工和傳統(tǒng)手工攻絲加工圖1所示的M5×0.5深3.3的內(nèi)螺紋，試驗(yàn)樣件如圖4。

兩種工藝方法加工的內(nèi)螺紋剖開(kāi)形貌如圖5和圖6所示。

加工試驗(yàn)后，進(jìn)行了螺紋檢測(cè)，其中螺紋徑向尺寸采用M5×0.5的標(biāo)準(zhǔn)螺紋通規(guī)和止規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，而螺紋深度尺寸采用螺紋深度規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下：

銑削加工的螺紋徑向尺寸：通規(guī)通，止規(guī)止；深度尺寸：3.2—3.4；螺紋表面質(zhì)量：毛刺少，深3.5平面光潔無(wú)劃痕，螺紋尾部無(wú)積屑現(xiàn)象。

攻絲的螺紋的徑向尺寸：通規(guī)旋入較困難，止規(guī)止；深度尺寸：3.0—3.5；螺紋表面質(zhì)量：毛刺較多，深3.5平面有劃痕，螺紋尾部有明顯積屑現(xiàn)象。

可以看出，數(shù)控銑削加工的內(nèi)螺紋尺寸精度均能很好的滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)數(shù)控程序控制，既精確保證了內(nèi)螺紋最小深度尺寸，又避免了刀具觸傷3.5深的平面，完美地解決了傳統(tǒng)手工攻絲無(wú)法解決的難題。

4.結(jié)語(yǔ)與展望

本文研究了螺紋銑削技術(shù)在高精度內(nèi)螺紋加工中的應(yīng)用。分析了螺紋銑削的工作原理，介紹了內(nèi)螺紋銑削刀具的選擇、數(shù)控機(jī)床的選擇以及程序的編制方法，對(duì)腔體螺紋孔擬制了銑削工藝路線并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，螺紋銑削工藝可以較好的提高螺紋加工的尺寸精度。

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作者簡(jiǎn)介：

周廣晏，男，山東鄆城，1980年12月 西南電子設(shè)備研究所，工程師 電子產(chǎn)品制造