在數控鏜銑中心上去除不全螺紋的銑削方法

王 芳 田 云 孟艷玲 李連海 崔文東 林 斌

（沈陽鼓風機集團核電泵業有限公司，沈陽 110869）

核主泵泵體均為大型工件，其密封法蘭面上的大螺紋孔（此尺寸在M100以上）需在大型數控鏜銑中心上進行加工，在實際操作中無論螺紋孔的端面是否進行倒角，均會出現不是全螺紋的螺牙，這是必然現象。按照核主泵的加工制造要求，螺紋孔的開始部分不允許存在不全螺紋部分。目前是在設備上加工完螺紋后采用手工打磨的方法去除不全螺紋部分。手工打磨操作存在太多不確定因素，首先，一個工件存在多個螺紋孔，要保證在打磨過程中不能傷到里面相鄰的螺牙；其次，打磨工具不能含有污染元素，價格高昂，由于孔多，打磨工具消耗數量大；再次，消耗工人的大量的加工時間。即使采用一些保護措施，也很難保證操作的安全性和可靠性。因此，需要開發數控程序進行加工，以增加制造的安全性、經濟性和可靠性。

1 研究背景

一般大尺寸的螺距P都是在3～6mm，螺紋的間距都很小，由于螺紋升角與端面相交，在接近端面的部位都是不全螺紋部分，如圖1所示，此部分螺紋邊緣與刀尖一樣鋒利，很容易劃傷螺栓表面，且由于存在此部分螺紋，螺栓也不容易對正。根據此大尺寸工件的結構特點，沈陽鼓風機集團核電泵業有限公司（以下簡稱“我公司”）采用意大利PAMA公司生產的SPEEDRAM2000數控鏜銑加工中心，應用SIEMENS840語言系統進行加工。為達到銑除不全螺紋的目的，經過技術人員和操作者反復進行編程和實踐操作，最終研究出了加工不全螺紋的通用方法，即不論不全螺紋在任何位置，均可通過該程序進行銑削。

2 不全螺紋數控銑削方法

第一：加工基準的統一。在加工螺紋及不全螺紋時均是以工件端面作為基準平面進行加工，如圖2所示。而加工基準的統一確保了加工操作的安全性。

第二，加工區域的確定。螺紋是以每360°產生一個螺距形式的連續螺旋線，如圖3所示，將一個圓周分成4等分，形成4個區域，每個區域是1/4個圓周，即90°，1號區域的加工起始點為0°，2號區域的加工起始點為-90°，3號區域的加工起始點為-180°，4號區域的加工起始點為-270°，因為每個螺距加工都是以螺旋線形式連接的，即360°為1個螺距，所以，每個區域都是以1/4螺距的距離產生。

圖1 螺紋加工圖

圖2 銑削不全螺紋示意圖

第三，加工起始點的確定。當加工完螺紋時，觀察螺紋端頭與工件端面形成的不全螺紋位置處于哪個區域，確定區域后再確定程序的輸入參數。

第四，采用逆銑的方式進行加工。根據確定的不同區域，確定不同的加工深度，將刀具確定在加工深度處，采用逆銑，即從里往端面進行銑削，由于在原理第一處已確定了相同的加工基準，因此，采用從里往外銑削的加工方法，保證了不能銑削到里邊的相鄰的全螺紋齒形，使其加工具有安全性。

如圖2所示，首先是以工件的端面作為加工螺紋及銑削不全螺紋的基準平面，然后通過觀察，確定好要加工第一個全扣的位置，如圖3所示。如果是1號區域，則主程序里的R1=1，如果是2號區域則R1=2，以此類推。在設計子程序時，避免銑到相鄰的扣牙，采用3軸聯動方法沿螺旋升角小圓（R52）切入，然后沿螺距整圓銑削一圈，之后退刀，一個孔加工完。在選用銑刀時可任意銑刀直徑，只要不超過孔直徑就可以。因為此程序與銑螺紋程序是同一個加工基準平面，所以在銑不全螺紋時只要對一次零點就可以了，程序可以直接走連續加工完所有孔。這種加工路線即方便又準確。

圖3 加工區域1的數控坐標圖

程序說明：

子程序設置：R1為加工區域；R2為參考平面；R3為加工深度（必須是螺距倍數）；R9為螺距；R10為安全返回平面；R21為螺紋孔公稱直徑。

R1=1 R2=0 R9=3 R10=L R21=115 R50=10

R1=加工區域，共分為4個區域，1為1號區域，2為2號區域，3為3號區域，4為4號區域。

R2=基準平面。

R9=螺距。

R10=L，安全返回平面。此平面離基準平面應足夠大，以使刀具在從此孔運行到下一孔時避免與基準平面干涉，碰壞工件表面。

R21=螺紋大徑。

R50=銑刀半徑。

;(R1=MACHIN ANGLE 1=0 DEGREE 2=-90 DEGREE 3=-180 DEGREE 4=-270 DEGREE )

;(R2=REFERENCE PLANE )

;(R9=PITCH )

;(R10=RETRACT PLANE )

;(R21=THREAD DIA. )

;(R50=TOOL RAD. )

R51=R21/2-R50 銑刀移動到起點的直線距離。

R52=R51/2 銑刀從加工深度O′移動到S點的半徑。

R53=R9/4 1/4螺距，360°為一個螺距，因為是4個加工區域，所以每90°是一個加工區域。

R80=-R9 將螺距數值賦予R80用于計算。

R81=R80-R53 R82=R81-R53 R83=R82-R53 R84=R83-R53

R81—1號區域的加工深度；R82—2號區域的加工深度；R83—3號區域的加工深度；R84—4號區域的加工深度。

當R1=1時跳轉到目標程序1；當R1=2時跳轉到目標程序2；當R1=3時跳轉到目標程序3；當R1=4時跳轉到目標程序4；當R1什么都沒等于或超出條件范圍時跳轉到目標程序5。

LABEL1：目標程序1。

G00 G90 Z=R2 Z軸快速移動到基準平面。

G00 Z=R81 Z軸快速移動到1號區域所需要的加工深度。

G91 G64由絕值改為增量值編程，開始連續路徑執行程序。

G03 X=R51 Y=0 Z=R53 CR=R52 逆時針切削，X軸Y軸移動到螺紋起點，Z軸移動1/4螺距的距離，沿著螺紋升角切入。（G03為程序語言，表示逆時針旋轉；CR為程序語言，表示刀具軌跡半徑）

G03 X=0 Y=0 Z=R9 I=-R51 J=0 逆時針切削整圓，X軸Y軸起點與終點為同一點，Z軸沿著螺旋線移動一個螺距。（I，J為刀具中心S相對于坐標原點O的坐標，等同于X，Y坐標）

G01 X=-R51 X軸返回到螺紋孔中心。

G00 G90 G60 Z=R10 取消準停連續路徑，Z軸以絕對值快速移動到安全返回平面。

GOTOF LABEL5 跳轉到目標5結束程序。

LABEL5∶ M17子程序結束。

注：子程序包括LABEL1，2，3，4共4上（？？），涵蓋4個象限，共360°，即一個螺距。

3 先進性和社會效益

本研究通過機械加工方法去除不全螺紋，加工精確，節省鉗工的精力和節省打磨設備，且安全性高。在屏蔽主泵泵體的加工上均應用了這種方法，加工效果良好，這種加工方法可以應用到所有大尺寸工件螺紋孔的加工中，尤其對有密封要求的產品對其裝配及承壓件的密封均有很大益處。