數控機床螺紋銑削工藝的應用

方剛

摘 要：螺紋銑削具有加工效率高、螺紋質量高、刀具通用性好、加工安全性好等諸多優點。在實際生產應用中，得到了很好的加工效果。本文介紹了螺紋數控銑削原理、工藝特點，對實際應用中的刀具、切削用量選擇以及數控編程作了闡述。

關鍵詞：數控；螺紋銑削；螺旋插補；螺紋銑刀

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

1概述

傳統螺紋加工以車削、手工攻絲為主，但對于難加工材料，又不能使用車削方式加工，用手工攻絲將會非常困難，甚至無法加工。如：鎳基高溫合金、鈷基合金（經過熱等靜壓處理后硬度超過HRC52）。我分公司所接外貿產品，原材料鈷基合金，硬度超過HRC52，使用絲錐加工，無法加工出一個合格零件。采取螺紋銑削工藝后，取得了良好的效果。

2螺紋銑削的原理及特點

2.1螺紋銑削原理

如圖l所示，AB表示的為螺紋銑削刀具在X- Y平面上隨著Z軸同步上升的螺旋運動軌跡， 反映了使用螺旋插入法進行螺紋銑削加工的基本原理。就是在假想的圓柱表面上， 刀具沿著從A 點到B點的螺旋軌跡上升所形成的運動。

這個刀具運動是包括了 X、Y、Z三軸的同步運動。即在螺紋銑削中，X-Y平面上的圓周運動形成螺紋直徑，與此同步的Z軸直線移動形成螺紋的螺距。換句話說，就是繞自身軸線旋轉的刀具又環繞內（外）螺紋的中心線作螺旋運動。

2.2螺紋銑削的特點

通過各個方面的對比，可以發現螺紋銑削相對手工攻絲及其他加工方式有很多優勢：

（1）用一把螺紋銑刀可以改變插補半徑來加工不同直徑、牙型相同的螺紋，因此可減少刀具數量，節省換刀時間，提高效率，方便刀具管理。

（2）提高螺紋精度及粗糙度度。因螺紋銑削過程是通過刀具高速旋轉、主軸插補的方式加工完成。其切削方式是銑削，切削速度高，加工出來的螺紋表面粗糙度好；而絲錐切削速度低，并且切屑長，容易損壞內孔表面。另一方面，銑削螺紋更能有效的保證螺紋孔的位置度及垂直度，尤其是在圓弧表面上加工的螺紋，使用手工攻絲，即使是有攻絲導板也有可能造成螺紋孔歪斜，難以保證螺紋孔的位置度及垂直度。

（3）加工內螺紋排屑更加方便。銑螺紋性質是斷屑切削，切屑短小，加工刀具直徑比加工螺紋孔小，因此會排屑通暢；但絲錐是成型連續切削，切屑很長，絲錐直徑和加工孔一樣大，因此排屑困難。

（4）螺紋銑刀不會形成回轉線，而絲錐無法避免。

（5）萬一刀具折斷容易處理。螺紋銑刀作用力小，不易發生折損現象，即使發生了，因為加工孔徑比螺紋銑刀大，折斷部分很容易取出，不會給工件造成損壞；而絲錐受力大、排屑不暢，容易折斷，折斷部分難以處理。

（6）由于螺紋銑刀和絲錐在結構上的不同，預留底孔深度小。螺紋銑刀可加工平底螺紋。

（7）可加工硬度較高的材質。螺紋銑刀是斷屑切削，局部受力，壽命長；而一般硬度較大的材料，絲錐加工相當困難，壽命很短。若是很小的螺紋孔會經常打斷絲錐。

（8）減少工序，減少換刀次數。

同一把刀可加工左、右旋及內、外螺紋。數控程序可以決定螺紋的旋向

（9）加工效率高。對于大孔徑加工更為明顯，比如大孔徑螺紋，若人工使用絲錐加工，由于阻力大，手工攻絲困難。

（10）可加工非回轉體零件的內、外螺紋（相比車削螺紋）。

3螺紋銑削刀具

螺紋銑刀是套在心軸上的若干個圓盤銑刀的組合體，外形就是圓柱立銑刀與螺紋絲錐的結合體。但其螺紋切削刃與絲錐有很大不同，刀具上無螺旋升程。目前最常用的螺紋銑刀有兩種，即硬質合金整體螺紋銑刀和機夾式螺紋銑刀。

4螺紋銑削參數的選擇

選擇合理的切削參數是提高加工效率、保證螺紋質量、提高刀具耐用度的關鍵因素。如果參數選擇不當，則切削不穩定、刀片崩刃或加工效率太低，最嚴重的則會影響螺紋的質量。在螺紋銑削中，主軸轉速，走刀速度，切削深度是關鍵的三個參數。

4.1主軸轉速N

公式中：VC為線速度，由經驗或銑刀制造廠商提供。

d為銑刀直徑。

4.2走刀速度F

銑刀每齒進給量fZ 由經驗或銑刀制造廠商提供，一般為0.005～0.025mm/Z，根據具體加工材料、加工情況而定。

4.3切削深度ap

D為內螺紋底孔直徑尺寸或外螺紋初始圓柱直徑。

d 為內螺紋大徑或外螺紋小徑。

根據現有的經驗，尤其是難加工的材料，如鎳基高溫合金，一般需走刀三到四次才能加工到尺寸。而第一刀切削深度可以較深，k取值為0.6左右，也可根據具體情況而定。剩下加工余量可進行平均分配。

5螺紋銑削應用實例

5.1產品描述

本例產品為油田用軸類零件，需要在軸端面上的孔，加工螺紋，材料為inconel718，極難加工。

5.2參數確定

選用刀具為美國SCT公司生產的螺紋銑刀，銑刀直徑d=φ2.03mm，銑刀每周齒數z=3，。根據刀具商提供的參數：線速度VC=21000 mm/min，銑刀每齒進給量fZ=0.005mm，通過公式（1）、（2）計算得到轉速N=3294r/min，實際選擇3000r/min，F=45mm/min，實際選擇40mm/min 。第一刀切削深度ap=-1×（2.27-2.84）/2×0.6=0.17mm。

結語

螺紋銑削具有加工效率高、螺紋質量高、刀具通用性好、加工安全性好等諸多優點。在實際生產應用中，也常用語車削時難裝夾的場合，作為車削螺紋的一種補充。本例通過從螺紋銑刀的類型、銑削的刀具軌跡、切削參數以及編程的方面對螺紋銑削的工藝性進行了分析，總結出合理的工藝方案，可以運用得更廣，得到了更好的加工效果。

參考文獻

[1]陳日曜.金屬切削原理[M].機械工業出版社，1991.

[2]中國航空材料手冊編輯委員會.中國航空材料手冊[M].中國標準出版社，2002.endprint

摘 要：螺紋銑削具有加工效率高、螺紋質量高、刀具通用性好、加工安全性好等諸多優點。在實際生產應用中，得到了很好的加工效果。本文介紹了螺紋數控銑削原理、工藝特點，對實際應用中的刀具、切削用量選擇以及數控編程作了闡述。

關鍵詞：數控；螺紋銑削；螺旋插補；螺紋銑刀

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

1概述

傳統螺紋加工以車削、手工攻絲為主，但對于難加工材料，又不能使用車削方式加工，用手工攻絲將會非常困難，甚至無法加工。如：鎳基高溫合金、鈷基合金（經過熱等靜壓處理后硬度超過HRC52）。我分公司所接外貿產品，原材料鈷基合金，硬度超過HRC52，使用絲錐加工，無法加工出一個合格零件。采取螺紋銑削工藝后，取得了良好的效果。

2螺紋銑削的原理及特點

2.1螺紋銑削原理

如圖l所示，AB表示的為螺紋銑削刀具在X- Y平面上隨著Z軸同步上升的螺旋運動軌跡， 反映了使用螺旋插入法進行螺紋銑削加工的基本原理。就是在假想的圓柱表面上， 刀具沿著從A 點到B點的螺旋軌跡上升所形成的運動。

這個刀具運動是包括了 X、Y、Z三軸的同步運動。即在螺紋銑削中，X-Y平面上的圓周運動形成螺紋直徑，與此同步的Z軸直線移動形成螺紋的螺距。換句話說，就是繞自身軸線旋轉的刀具又環繞內（外）螺紋的中心線作螺旋運動。

2.2螺紋銑削的特點

通過各個方面的對比，可以發現螺紋銑削相對手工攻絲及其他加工方式有很多優勢：

（1）用一把螺紋銑刀可以改變插補半徑來加工不同直徑、牙型相同的螺紋，因此可減少刀具數量，節省換刀時間，提高效率，方便刀具管理。

（2）提高螺紋精度及粗糙度度。因螺紋銑削過程是通過刀具高速旋轉、主軸插補的方式加工完成。其切削方式是銑削，切削速度高，加工出來的螺紋表面粗糙度好；而絲錐切削速度低，并且切屑長，容易損壞內孔表面。另一方面，銑削螺紋更能有效的保證螺紋孔的位置度及垂直度，尤其是在圓弧表面上加工的螺紋，使用手工攻絲，即使是有攻絲導板也有可能造成螺紋孔歪斜，難以保證螺紋孔的位置度及垂直度。

（3）加工內螺紋排屑更加方便。銑螺紋性質是斷屑切削，切屑短小，加工刀具直徑比加工螺紋孔小，因此會排屑通暢；但絲錐是成型連續切削，切屑很長，絲錐直徑和加工孔一樣大，因此排屑困難。

（4）螺紋銑刀不會形成回轉線，而絲錐無法避免。

（5）萬一刀具折斷容易處理。螺紋銑刀作用力小，不易發生折損現象，即使發生了，因為加工孔徑比螺紋銑刀大，折斷部分很容易取出，不會給工件造成損壞；而絲錐受力大、排屑不暢，容易折斷，折斷部分難以處理。

（6）由于螺紋銑刀和絲錐在結構上的不同，預留底孔深度小。螺紋銑刀可加工平底螺紋。

（7）可加工硬度較高的材質。螺紋銑刀是斷屑切削，局部受力，壽命長；而一般硬度較大的材料，絲錐加工相當困難，壽命很短。若是很小的螺紋孔會經常打斷絲錐。

（8）減少工序，減少換刀次數。

同一把刀可加工左、右旋及內、外螺紋。數控程序可以決定螺紋的旋向

（9）加工效率高。對于大孔徑加工更為明顯，比如大孔徑螺紋，若人工使用絲錐加工，由于阻力大，手工攻絲困難。

（10）可加工非回轉體零件的內、外螺紋（相比車削螺紋）。

3螺紋銑削刀具

螺紋銑刀是套在心軸上的若干個圓盤銑刀的組合體，外形就是圓柱立銑刀與螺紋絲錐的結合體。但其螺紋切削刃與絲錐有很大不同，刀具上無螺旋升程。目前最常用的螺紋銑刀有兩種，即硬質合金整體螺紋銑刀和機夾式螺紋銑刀。

4螺紋銑削參數的選擇

選擇合理的切削參數是提高加工效率、保證螺紋質量、提高刀具耐用度的關鍵因素。如果參數選擇不當，則切削不穩定、刀片崩刃或加工效率太低，最嚴重的則會影響螺紋的質量。在螺紋銑削中，主軸轉速，走刀速度，切削深度是關鍵的三個參數。

4.1主軸轉速N

公式中：VC為線速度，由經驗或銑刀制造廠商提供。

d為銑刀直徑。

4.2走刀速度F

銑刀每齒進給量fZ 由經驗或銑刀制造廠商提供，一般為0.005～0.025mm/Z，根據具體加工材料、加工情況而定。

4.3切削深度ap

D為內螺紋底孔直徑尺寸或外螺紋初始圓柱直徑。

d 為內螺紋大徑或外螺紋小徑。

根據現有的經驗，尤其是難加工的材料，如鎳基高溫合金，一般需走刀三到四次才能加工到尺寸。而第一刀切削深度可以較深，k取值為0.6左右，也可根據具體情況而定。剩下加工余量可進行平均分配。

5螺紋銑削應用實例

5.1產品描述

本例產品為油田用軸類零件，需要在軸端面上的孔，加工螺紋，材料為inconel718，極難加工。

5.2參數確定

選用刀具為美國SCT公司生產的螺紋銑刀，銑刀直徑d=φ2.03mm，銑刀每周齒數z=3，。根據刀具商提供的參數：線速度VC=21000 mm/min，銑刀每齒進給量fZ=0.005mm，通過公式（1）、（2）計算得到轉速N=3294r/min，實際選擇3000r/min，F=45mm/min，實際選擇40mm/min 。第一刀切削深度ap=-1×（2.27-2.84）/2×0.6=0.17mm。

結語

螺紋銑削具有加工效率高、螺紋質量高、刀具通用性好、加工安全性好等諸多優點。在實際生產應用中，也常用語車削時難裝夾的場合，作為車削螺紋的一種補充。本例通過從螺紋銑刀的類型、銑削的刀具軌跡、切削參數以及編程的方面對螺紋銑削的工藝性進行了分析，總結出合理的工藝方案，可以運用得更廣，得到了更好的加工效果。

參考文獻

[1]陳日曜.金屬切削原理[M].機械工業出版社，1991.

[2]中國航空材料手冊編輯委員會.中國航空材料手冊[M].中國標準出版社，2002.endprint

摘 要：螺紋銑削具有加工效率高、螺紋質量高、刀具通用性好、加工安全性好等諸多優點。在實際生產應用中，得到了很好的加工效果。本文介紹了螺紋數控銑削原理、工藝特點，對實際應用中的刀具、切削用量選擇以及數控編程作了闡述。

關鍵詞：數控；螺紋銑削；螺旋插補；螺紋銑刀

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

1概述

傳統螺紋加工以車削、手工攻絲為主，但對于難加工材料，又不能使用車削方式加工，用手工攻絲將會非常困難，甚至無法加工。如：鎳基高溫合金、鈷基合金（經過熱等靜壓處理后硬度超過HRC52）。我分公司所接外貿產品，原材料鈷基合金，硬度超過HRC52，使用絲錐加工，無法加工出一個合格零件。采取螺紋銑削工藝后，取得了良好的效果。

2螺紋銑削的原理及特點

2.1螺紋銑削原理

如圖l所示，AB表示的為螺紋銑削刀具在X- Y平面上隨著Z軸同步上升的螺旋運動軌跡， 反映了使用螺旋插入法進行螺紋銑削加工的基本原理。就是在假想的圓柱表面上， 刀具沿著從A 點到B點的螺旋軌跡上升所形成的運動。

這個刀具運動是包括了 X、Y、Z三軸的同步運動。即在螺紋銑削中，X-Y平面上的圓周運動形成螺紋直徑，與此同步的Z軸直線移動形成螺紋的螺距。換句話說，就是繞自身軸線旋轉的刀具又環繞內（外）螺紋的中心線作螺旋運動。

2.2螺紋銑削的特點

通過各個方面的對比，可以發現螺紋銑削相對手工攻絲及其他加工方式有很多優勢：

（1）用一把螺紋銑刀可以改變插補半徑來加工不同直徑、牙型相同的螺紋，因此可減少刀具數量，節省換刀時間，提高效率，方便刀具管理。

（2）提高螺紋精度及粗糙度度。因螺紋銑削過程是通過刀具高速旋轉、主軸插補的方式加工完成。其切削方式是銑削，切削速度高，加工出來的螺紋表面粗糙度好；而絲錐切削速度低，并且切屑長，容易損壞內孔表面。另一方面，銑削螺紋更能有效的保證螺紋孔的位置度及垂直度，尤其是在圓弧表面上加工的螺紋，使用手工攻絲，即使是有攻絲導板也有可能造成螺紋孔歪斜，難以保證螺紋孔的位置度及垂直度。

（3）加工內螺紋排屑更加方便。銑螺紋性質是斷屑切削，切屑短小，加工刀具直徑比加工螺紋孔小，因此會排屑通暢；但絲錐是成型連續切削，切屑很長，絲錐直徑和加工孔一樣大，因此排屑困難。

（4）螺紋銑刀不會形成回轉線，而絲錐無法避免。

（5）萬一刀具折斷容易處理。螺紋銑刀作用力小，不易發生折損現象，即使發生了，因為加工孔徑比螺紋銑刀大，折斷部分很容易取出，不會給工件造成損壞；而絲錐受力大、排屑不暢，容易折斷，折斷部分難以處理。

（6）由于螺紋銑刀和絲錐在結構上的不同，預留底孔深度小。螺紋銑刀可加工平底螺紋。

（7）可加工硬度較高的材質。螺紋銑刀是斷屑切削，局部受力，壽命長；而一般硬度較大的材料，絲錐加工相當困難，壽命很短。若是很小的螺紋孔會經常打斷絲錐。

（8）減少工序，減少換刀次數。

同一把刀可加工左、右旋及內、外螺紋。數控程序可以決定螺紋的旋向

（9）加工效率高。對于大孔徑加工更為明顯，比如大孔徑螺紋，若人工使用絲錐加工，由于阻力大，手工攻絲困難。

（10）可加工非回轉體零件的內、外螺紋（相比車削螺紋）。

3螺紋銑削刀具

螺紋銑刀是套在心軸上的若干個圓盤銑刀的組合體，外形就是圓柱立銑刀與螺紋絲錐的結合體。但其螺紋切削刃與絲錐有很大不同，刀具上無螺旋升程。目前最常用的螺紋銑刀有兩種，即硬質合金整體螺紋銑刀和機夾式螺紋銑刀。

4螺紋銑削參數的選擇

選擇合理的切削參數是提高加工效率、保證螺紋質量、提高刀具耐用度的關鍵因素。如果參數選擇不當，則切削不穩定、刀片崩刃或加工效率太低，最嚴重的則會影響螺紋的質量。在螺紋銑削中，主軸轉速，走刀速度，切削深度是關鍵的三個參數。

4.1主軸轉速N

公式中：VC為線速度，由經驗或銑刀制造廠商提供。

d為銑刀直徑。

4.2走刀速度F

銑刀每齒進給量fZ 由經驗或銑刀制造廠商提供，一般為0.005～0.025mm/Z，根據具體加工材料、加工情況而定。

4.3切削深度ap

D為內螺紋底孔直徑尺寸或外螺紋初始圓柱直徑。

d 為內螺紋大徑或外螺紋小徑。

根據現有的經驗，尤其是難加工的材料，如鎳基高溫合金，一般需走刀三到四次才能加工到尺寸。而第一刀切削深度可以較深，k取值為0.6左右，也可根據具體情況而定。剩下加工余量可進行平均分配。

5螺紋銑削應用實例

5.1產品描述

本例產品為油田用軸類零件，需要在軸端面上的孔，加工螺紋，材料為inconel718，極難加工。

5.2參數確定

選用刀具為美國SCT公司生產的螺紋銑刀，銑刀直徑d=φ2.03mm，銑刀每周齒數z=3，。根據刀具商提供的參數：線速度VC=21000 mm/min，銑刀每齒進給量fZ=0.005mm，通過公式（1）、（2）計算得到轉速N=3294r/min，實際選擇3000r/min，F=45mm/min，實際選擇40mm/min 。第一刀切削深度ap=-1×（2.27-2.84）/2×0.6=0.17mm。

結語

螺紋銑削具有加工效率高、螺紋質量高、刀具通用性好、加工安全性好等諸多優點。在實際生產應用中，也常用語車削時難裝夾的場合，作為車削螺紋的一種補充。本例通過從螺紋銑刀的類型、銑削的刀具軌跡、切削參數以及編程的方面對螺紋銑削的工藝性進行了分析，總結出合理的工藝方案，可以運用得更廣，得到了更好的加工效果。

參考文獻

[1]陳日曜.金屬切削原理[M].機械工業出版社，1991.

[2]中國航空材料手冊編輯委員會.中國航空材料手冊[M].中國標準出版社，2002.endprint