加工中心內(nèi)螺紋銑削加工解析

邱文軍 仝永平 馮喜鳳 高尚宇 何曉格

（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司，山西 運(yùn)城 044502）

數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)當(dāng)前加工工藝的重要技術(shù)手段，不僅能夠滿足復(fù)雜加工工序的實(shí)際需求，并且最大程度上保障了加工工件的質(zhì)量。本文將針對(duì)內(nèi)螺紋銑削加工工藝中的內(nèi)螺紋技術(shù)手段、刀具類型、工藝選擇以及數(shù)控機(jī)床程序編程進(jìn)行詳細(xì)的解析。

1 加工中心內(nèi)螺紋的加工手段

1.1 絲錐攻絲加工技術(shù)手段

絲錐加工技術(shù)手段是一種較為傳統(tǒng)的內(nèi)螺紋加工方式，其主要的加工程序便是在加工的過(guò)程中，先加工出螺紋的底孔，隨后利用絲錐攻出內(nèi)螺紋的一種加工手段。絲錐加工手段作為一種高效的加工手段，主要分為手動(dòng)攻絲和機(jī)動(dòng)攻絲兩種形式[1]。機(jī)動(dòng)攻絲是在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，開展的攻絲技術(shù)，并且在當(dāng)前機(jī)床加工中使用的頻率相對(duì)較高。相比之下，傳統(tǒng)手工攻絲技術(shù)中，存在一定的弊端。在手工攻絲的過(guò)程中，切屑的狀態(tài)很難控制，切屑也很難順利的排出。此外，若手動(dòng)操作中存在問(wèn)題，那么便會(huì)導(dǎo)致加工表現(xiàn)被劃傷。此外，手工攻絲也容易造成螺紋孔徑過(guò)大、折損的現(xiàn)象，并且其效率相對(duì)較低。

1.2 其他攻絲加工技術(shù)

除了傳統(tǒng)的絲錐攻絲技術(shù)之外，還研發(fā)出了擠壓攻絲技術(shù)和高速攻絲技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)絲錐攻絲技術(shù)帶來(lái)了一定的沖擊。但是不同攻絲技術(shù)的利弊也是不同的，在實(shí)際選擇攻絲技術(shù)的過(guò)程中，還需要結(jié)合不同技術(shù)的實(shí)際利弊開展螺紋攻絲。

針對(duì)擠壓攻絲技術(shù)來(lái)說(shuō)，其主要的原理便是利用金屬材質(zhì)受力之后容易發(fā)生塑性變形和流動(dòng)性的特點(diǎn)，在螺紋制作的過(guò)程中，會(huì)在底孔上，通過(guò)擠壓攻絲技術(shù)，促使金屬出現(xiàn)加工螺紋。但是擠壓攻絲技術(shù)相比傳統(tǒng)的絲錐攻絲技術(shù)來(lái)說(shuō)，具有高效的優(yōu)勢(shì)[2]。不僅自身的實(shí)際質(zhì)量過(guò)硬，并且精確度也相對(duì)較高，不容易發(fā)生形變。但是擠壓攻絲技術(shù)有所弊端，很難加工脆性的材質(zhì)，并且當(dāng)前擠壓攻絲技術(shù)在業(yè)界并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，需要機(jī)床加工企業(yè)結(jié)合自身的實(shí)際需求，進(jìn)行擠壓攻絲設(shè)計(jì)，這也造成了擠壓攻絲技術(shù)的局限性。

針對(duì)高速攻絲技術(shù)來(lái)說(shuō)，是在我國(guó)機(jī)械技術(shù)不斷發(fā)展的前提上引申出的一種新型的攻絲技術(shù)。攻絲技術(shù)為螺紋加工帶來(lái)了新的機(jī)遇，其實(shí)際效率相對(duì)較高。高速攻絲的技術(shù)要點(diǎn)內(nèi)容便是高速的絲錐攻絲，充分的利用了高速螺旋插補(bǔ)技術(shù)和人工擠壓切削來(lái)實(shí)現(xiàn)快速攻絲。高速攻絲技術(shù)和傳統(tǒng)攻絲技術(shù)都是在絲錐攻絲技術(shù)基礎(chǔ)上不斷進(jìn)步與發(fā)展的攻絲技術(shù)。當(dāng)前絲錐攻絲技術(shù)的尺寸和類型有所限制，并且很少能夠生產(chǎn)出直徑大于30mm的絲錐，這也導(dǎo)致了快速攻絲技術(shù)的發(fā)展局限性。此外，快速攻絲技術(shù)在使用的范圍內(nèi)，更加要適應(yīng)于較小螺紋，很難滿足不同行業(yè)的實(shí)際需求。

2 內(nèi)螺紋銑削刀的類型

2.1 梳形內(nèi)螺紋銑削刀

梳形內(nèi)螺紋銑削刀是一種相對(duì)較為常見的銑削刀，并且在實(shí)際數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程中，所運(yùn)用的次數(shù)相對(duì)較多。在實(shí)際開展內(nèi)螺紋銑削的過(guò)程中，一般提前確定螺紋底孔，之后將制作的工件倒立放置使得預(yù)留的底孔呈現(xiàn)出倒角，將梳形內(nèi)螺紋銑削刀通過(guò)退刀切向進(jìn)刀的手段，循環(huán)的針對(duì)制作的工件進(jìn)行插補(bǔ)工作。在循環(huán)插補(bǔ)之后，將梳形內(nèi)螺紋銑削刀退到至工件的中心，并且退出工件，這樣工件的內(nèi)螺紋銑削制作便完成。梳形內(nèi)螺紋銑削刀在實(shí)際使用的過(guò)程中，力度相對(duì)較強(qiáng)，具有一定的高效性。

2.2 鉆銑內(nèi)螺紋銑刀

鉆銑內(nèi)螺紋銑刀是在梳形內(nèi)螺紋銑刀的基礎(chǔ)上創(chuàng)新而來(lái)的新型內(nèi)螺紋銑削工藝，其主要的進(jìn)步便是在傳統(tǒng)梳形內(nèi)螺紋銑刀上添加了預(yù)鉆的功能。鉆銑內(nèi)螺紋銑刀在實(shí)際開展工件制作的過(guò)程中，能夠有效的避免螺紋銑刀部門刃口參與銑削，可以有效的降低工件銑削刀開展銑削工作的阻力，這樣有效的避免了工件底孔的損傷現(xiàn)象[3]。此外，鉆銑內(nèi)螺紋銑刀還能夠切實(shí)的避免環(huán)境和對(duì)象的制約，刀刃的角度、螺距、直徑和倒角角度等內(nèi)容，可以隨著工件加工的要求進(jìn)行改變。鉆銑內(nèi)螺紋銑刀在開展加工的過(guò)程中，首先，鉆銑內(nèi)螺紋銑刀快速的對(duì)工件進(jìn)行加工，鉆銑內(nèi)螺紋銑刀自鉆到一定的工件底孔深度的過(guò)程中，鉆銑內(nèi)螺紋銑刀軸退出工件的同時(shí)，開展工件鐵屑排除，退刀至螺紋中心，迅速的將鉆銑內(nèi)螺紋銑刀軸轉(zhuǎn)向下一個(gè)工件。鉆銑內(nèi)螺紋銑刀的效率相對(duì)較快，并且能夠有效的清除工件的鐵屑，不僅縮短了工件加工的時(shí)間，而且能夠?qū)?fù)雜的銑削工藝進(jìn)行簡(jiǎn)化，滿足了工件加工的實(shí)際需求。但是使用鉆銑內(nèi)螺紋銑刀的過(guò)程中，專業(yè)要求相對(duì)較強(qiáng)。

2.3 復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀

復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀與一上述兩種螺紋銑刀存在一定的差距，復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀的銑削工藝在開展的過(guò)程中，是將螺紋銑削與底孔銑削同時(shí)進(jìn)行的，并且工件螺紋的長(zhǎng)度和標(biāo)準(zhǔn)，需要依靠循環(huán)銑削進(jìn)行確定。在實(shí)際開展復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀運(yùn)行的過(guò)程中，首先將復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀靠近工件，通過(guò)循環(huán)插補(bǔ)的形式，完成工件底孔的確定和螺紋的銑削[4]。其次，進(jìn)行復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀退刀，并且隨著復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀的軸向清理出工件的鐵屑。最后，刀具切入工件銑倒角，進(jìn)行退刀，完成工件加工。復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀的實(shí)際工序便是依靠插補(bǔ)的形式，進(jìn)行工件加工。在利用復(fù)合內(nèi)螺紋銑刀進(jìn)行加工的過(guò)程中，加工的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。但是工件的剛性有所保障，其實(shí)際耐用性相對(duì)較強(qiáng)，是一種效率相對(duì)較高的銑削工藝。

3 加工中心內(nèi)螺紋銑削加工工藝選擇

3.1 螺紋數(shù)控銑削機(jī)床選擇

螺紋銑削工作，主要是利用數(shù)控機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)工件銑削工作的，當(dāng)數(shù)控機(jī)床編程完畢之后，工件處理工序只需要螺紋銑削刀旋轉(zhuǎn)一周，通過(guò)螺紋銑削刀的移動(dòng)和清除切屑等工序，便可以完成工件處理，銑削出工件的所有螺紋。在選擇數(shù)控銑削機(jī)床的過(guò)程中，一般需要選擇三軸聯(lián)動(dòng)銑削機(jī)床。

3.2 內(nèi)螺紋銑削刀的選擇

內(nèi)螺紋銑削刀的種類較多，并且不同內(nèi)螺紋銑削刀的利弊也有所差異。所以在實(shí)際選擇內(nèi)螺紋銑削刀的過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合工件處理的實(shí)際情況，選擇不同的內(nèi)螺紋銑削刀。首先，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，選擇內(nèi)螺紋銑削刀的齒距，必須要保障內(nèi)螺紋銑削刀上沿刀軸線相鄰兩齒對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)之間的距離等于被加工螺紋的螺距[5]。其次，還要保障內(nèi)螺紋銑削刀的外徑小于加工工件螺紋底孔的80%。最后，針對(duì)螺紋銑刀位軌跡數(shù)學(xué)模型，必須要按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

螺紋銑刀位軌跡數(shù)學(xué)模型中 α∈【0，h·2π/P】，其中h是工件螺紋的深度；P為工件螺紋的螺紋距離；xc、yc、zc是工件螺紋的位置坐標(biāo)；D為螺紋銑刀的直徑；d為工件內(nèi)螺紋的大徑或者外螺紋的小徑；?為螺紋銑刀的加工余量。

3.3 內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)

在內(nèi)螺紋銑削刀開展實(shí)際工作的過(guò)程中，由于不同內(nèi)螺紋銑削刀的實(shí)際工作的螺旋線存在一定的差異，所以必須要通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的指令進(jìn)行插補(bǔ)活動(dòng)。由于不同數(shù)控系統(tǒng)的指令格式存在一定的差異，所以在開展數(shù)控機(jī)床編程的過(guò)程中，必須要對(duì)數(shù)控機(jī)床的各環(huán)境進(jìn)行熟悉。最大程度上保障數(shù)控機(jī)床編程的簡(jiǎn)單化，確保內(nèi)螺紋銑削刀運(yùn)作的直線插補(bǔ)，并且結(jié)合不同工件處理的要求，精確的保障內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)。內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)一般是由內(nèi)螺紋銑削刀運(yùn)行軌跡決定的，內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)決定著工件制作的實(shí)際效率。若內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)相對(duì)較小，那么在數(shù)控機(jī)床執(zhí)行命令的過(guò)程中，會(huì)造成速度波動(dòng)的速率整體下降，造成了工件處理表面質(zhì)量的下降。若內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)較大，那么工件處理的過(guò)程中，會(huì)造成刀位數(shù)據(jù)密度相對(duì)較小，其精確度相對(duì)較小，螺紋表現(xiàn)惡化等多種現(xiàn)象。所以，確定內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)是開展螺紋加工的重要內(nèi)容[6]。想要控制內(nèi)螺紋銑削走刀步長(zhǎng)就必須要針對(duì)α這一銑削走刀步長(zhǎng)變量進(jìn)行控制，以便于保障銑削走刀步長(zhǎng)誤差最小。當(dāng)α的增量Δα很小時(shí),相鄰兩刀位點(diǎn)之間的曲線可以近似為半徑為r圓弧。則誤差e與允許誤差E之間的關(guān)系數(shù)學(xué)公式為（2）

在（2）這一數(shù)據(jù)公式中，r的實(shí)際意義為螺旋的直徑；其中E為工件螺旋加工中最大的誤差值。

4 加工中心內(nèi)螺紋銑削數(shù)控機(jī)床編程

想要保障工件螺紋銑削的實(shí)際效率，就必須要嚴(yán)格的結(jié)合數(shù)控機(jī)床的實(shí)際性能和實(shí)際工作情況，高效的開展數(shù)控機(jī)床編程。例如，針對(duì)工件內(nèi)螺旋為M20×1.5進(jìn)行數(shù)控機(jī)床銑削時(shí)，已經(jīng)其工件材料是灰口鑄鐵；其螺紋底孔直徑18.5mm；螺紋直徑 20mm；內(nèi)螺紋銑削刀長(zhǎng)度25mm；內(nèi)螺紋距離為1.5mm；機(jī)加螺紋銑削刀直徑為15mm；銑削形式為順銑削。其數(shù)控機(jī)床編程的內(nèi)容為：

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，內(nèi)螺紋銑削加工是非常復(fù)雜且統(tǒng)一的工藝，涉及到的工藝內(nèi)容也相對(duì)較多。想要有效的保障內(nèi)螺紋銑削加工的實(shí)際效率，應(yīng)該結(jié)合工件加工的原材料和實(shí)際要求，統(tǒng)籌內(nèi)螺紋銑削加工的各個(gè)工序。在不斷的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和分析當(dāng)中，不斷研究新型的內(nèi)螺紋銑削加工工藝，促進(jìn)我國(guó)加工工藝的不斷發(fā)展與進(jìn)步。