M4以下小內螺紋的加工方法分析

毛爽軍

（深圳市飛亞達科技發展有限公司，廣東 深圳 518107）

0 引言

隨著數控加工技術的飛速發展，在航空零件、高精密激光器封裝盒零件中，對小螺紋（M4以下螺紋）運用傳統的鉗工攻牙已無法滿足生產效率和質量需求，特別在高精密激光器封裝盒中，對螺紋加工工藝過程、尺寸精度、螺紋表面質量提出了更高的要求。在不銹鋼、可伐合金、鈦合金等硬度高的材料上，由于螺紋直徑小、絲錐剛性差，導致絲錐容易折斷；在加工高精密無氧銅電子零件中，容易出現螺紋牙尖毛刺和螺紋孔底堆積切屑兩個難題。筆者結合實際生產經驗，分別從擠壓攻絲、切削攻絲和銑削螺紋三種加工方式出發，分析加工細節，總結出了一些經驗。

1 絲錐加工螺紋

絲錐攻牙在實際生產運用中有兩種方式：擠壓攻絲和切削攻絲。鋼和銅零件一般采用擠壓攻絲，鋁件加工通常采用切削攻絲。其運用方法如下。

1.1 擠壓攻絲

優點：攻牙效率高、成本低、加工范圍廣（不銹鋼零件、銅類零件、鈦合金、可伐合金等），適合加工大批量零件。

缺點：1）螺紋牙尖易出現絲狀毛刺；2）在攻牙前螺紋底孔內有切屑時，會將碎屑壓死在螺紋孔底，且攻牙將切屑擠壓后難以取出，如圖1所示。

圖1 小螺紋在20倍放大鏡下的狀態

1.1.1 攻絲前準備

攻絲前的準備工作是螺紋加工過程中比較重要的環節，具體做以下準備工作：

1）查詢螺紋參數表格。確定螺紋大徑、小徑、螺距，確定螺紋底孔孔徑尺寸范圍，需要注意的是，擠壓攻絲的螺紋底孔孔徑不是螺紋小徑，而是靠擠壓絲攻的壓迫使材料產生塑性變形后得到螺紋小徑。

2）擠壓絲錐的選用及攻牙條件。根據螺紋公差等級的要求，選取相應精度等級的絲錐。攻絲加工對機床主軸跳動、刀柄裝夾絲錐的精度都要滿足要求，絲錐裝夾在機床上采用千分表進行回轉跳動檢測，跳動值應保證在0.015 mm以內，如絲錐跳動過大，將會導致螺紋尺寸超差，無法滿足圖樣要求。

3）螺紋底孔加工的細節。獲取螺紋底孔的方法有兩種：鉆削加工底孔和銑削加工底孔。鉆削加工產生節狀切屑，能將絕大部分底孔內的切屑排出，得到干凈的底孔。銑削加工產生碎末狀的切屑，由于底孔孔徑小而且深，使用壓縮空氣也難以將切屑吹出，如有碎沫和碎塊狀切屑遺留在孔底，攻牙時又對其向下擠壓，螺紋加工完后就更難將其取出，加工時應盡量使用鉆削底孔。

1.1.2 加工流程及細節

1）中心鉆打定位孔。2）鉆螺紋底孔（或銑螺紋底孔）。加工完后用塞規檢測底孔大小，確保尺寸符合攻牙條件。3）螺紋孔口倒角。4）吹螺紋底孔。加工程序暫停，用壓縮空氣吹出孔內切屑，給攻絲一個良好的環境，避免攻牙后出現牙尖毛刺和切屑擠壓在孔底。5）攻牙。

1.1.3 擠壓絲錐折斷原因分析

1）底孔直徑的影響。首先查詢擠壓攻絲底孔的參數表，最實用的就是依靠經驗的積累，以在304不銹鋼上加工M2內螺紋為例：查詢擠壓絲錐參數表，參考底孔直徑是1.79～1.84 mm，實際生產中盡可能將底孔做大，一般加工到φ1.83 mm，底孔越大，對絲錐的磨損越小，但不能太大，如超過φ1.84 mm，會導致擠壓余量不足，螺紋牙形不飽滿，螺紋小徑超差。如螺紋底孔小于φ1.79 mm，擠壓余量過多，會導致絲錐卡住折斷[1]。在試驗中底孔與小徑的對比如表1所示。

表1 M 2螺紋擠牙前底孔與擠牙后小徑的尺寸對比

2）加工參數的影響。螺紋加工主軸轉速越高、進給越快，由于小螺紋絲錐剛性差，易于折斷，應采用低轉速、低進給，如在304不銹鋼上加工M2內螺紋為例，實際生產中轉速采用200 r/min。

3）冷卻潤滑。擠壓攻絲在冷卻潤滑上選擇以潤滑為主的切削油，避免因為潤滑狀況不好造成滯錐、斷錐現象。而對于擠壓攻絲冷卻則不是必須的：一方面,良好的潤滑不會產生過多的熱量,即使產生少量的熱量對于金屬的塑性變形也是無害的；另一方面,不均勻的冷卻使得被擠金屬各處性能不一致,影響擠壓成型的效果[2]。

1.2 切削攻絲

優點：攻牙效率高、成本低、排屑好、加工時冷卻效果好，適合加工低硬度、黏性大的材料，以鋁制零件、塑料零件為主。

缺點：剛性差，不適合加工不銹鋼等硬度高的材料，螺紋牙尖毛刺大。

1.2.1 攻絲前準備

1）查詢螺紋參數表格。確定螺紋大徑、小徑、螺距，確定螺紋底孔孔徑尺寸范圍，特別注意，切削絲錐的螺紋底孔孔徑是螺紋小徑。不能與擠壓絲錐底孔大小搞混。

2）切削絲錐攻牙前的條件。切削絲錐同擠壓絲錐一樣用千分表對機床主軸跳動、刀柄裝夾絲錐的精度進行檢測，回轉跳動值應保證在0.015 mm以內。

3）螺紋底孔的加工方法與擠壓絲錐一樣，采用鉆削或銑削兩種方式，優先選用鉆削底孔。

1.2.2 加工流程

切削攻絲的加工流程與擠壓攻絲流程一樣，當產品螺紋要求高，牙尖毛刺太大，無法滿足產品要求時，可增加一次螺紋底孔加工與攻牙加工，以達到去除毛刺的效果。

1.2.3 切削絲錐折斷的原因分析

冷卻潤滑：材料塑性強，冷卻潤滑不足時，切屑堵住絲錐，造成滯錐引起絲錐折斷。

產品材料：切削絲錐由于有排屑槽，剛性差，高硬度產品會引起絲錐折斷。

擠壓絲錐攻牙在出現牙尖毛刺和擠壓孔底切屑時，不能對螺紋底孔二次加工，只能在攻牙前暫停程序，通過人工使用壓縮空氣對準螺紋底孔吹氣，排出切屑，雖不能全部吹出，但能很大程度上將切屑排出，從而提高螺紋質量。而切削絲錐螺紋底孔等于螺紋小徑，在攻牙結束后出現較大的牙尖毛刺和擠壓孔底切屑時，可以對底孔和攻牙兩步加工進行二次空走，能很好地去除牙尖毛刺和螺紋底部碎屑。

2 銑削螺紋

銑削螺紋在螺紋加工中應用最為廣泛，能應對各種材料，適應性強[3]，在數控機床上可以根據圖樣要求任意設定螺紋螺距，不管英制螺紋還是公制螺紋，可通用加工。

銑削螺紋的優點：螺紋牙形表面光亮、粗糙度低，牙形飽滿、牙尖無殘留的毛刺，螺紋尺寸方便調整，加工過程中螺紋大徑、小徑可以通過刀具半徑補償的方式調整，加工靈活，適合小批量、樣板類零件加工，螺紋孔底殘留的碎屑沒有擠壓現象，能輕易用壓縮空氣吹出，對后工序產品的清洗提供了很大的便利，如圖2所示。銑削螺紋的缺點：銑削小螺紋相比CNC機床用絲錐攻牙效率低，且螺紋牙刀定做價格高于普通絲錐價格。

圖2 銑牙小螺紋在20倍放大鏡下的狀態

2.1 銑削螺紋的方法

1）查詢螺紋參數表格。確定螺紋大徑、小徑、螺距、螺紋底孔大小。

2）選用合適的螺紋銑刀[4]。螺紋牙刀的耐用度遠遠高于擠牙絲錐，在加工中常見螺紋銑刀分為三類：

a.鑲片式機夾螺紋銑刀。剛性強，適用于大型螺紋加工，加工效率高，刀片更換方便，成本低。

b.整體式多牙螺紋銑刀。適用于中小型螺紋加工，加工效率高，缺點是切削阻力大，定做價格高，只能加工固定螺距螺紋。

c.整體式單牙螺紋銑刀。適用于小直徑的螺紋銑削，冷卻好，排屑流暢，加工小螺紋時比絲錐耐用度高，可加工不同螺距的螺紋。

針對于小螺紋加工，選取整體式單牙螺紋銑刀為例，螺紋銑刀回轉直徑必須小于螺紋小徑，回轉直徑為螺紋小徑的0.8倍最為合適。根據圖樣對螺紋深度的要求，保證刀具避空長度大于螺紋牙深度，刀具裝夾時伸長量不宜過大，略大于底孔深度5 mm最為合適，能很好地保證螺紋牙刀的剛性。

3）程序加工過程。運用CAD/CAM進行自動編程：a.加工出螺紋底孔（優先選用鉆削）；b.底孔孔口倒角；c.采用順銑加工螺紋,第一次運行完銑削螺紋程序段后，此時螺紋牙尖（小徑）會粘有毛刺和切屑；d.二次運行底孔程序和螺紋程序，去除牙尖（小徑）上毛刺，同時也是對螺紋牙面進行修光，降低表面粗糙度；e.用螺紋通止規檢測螺紋尺寸，在螺紋尺寸不合格時采用刀具半徑補償功能來調整螺紋大小，達到圖樣的要求。

2.2 銑削螺紋常見的問題[5]

2.2.1 振動

螺紋銑削中常常出現振動的問題，在螺紋牙表面產生嚴重的振紋。其原因是在切削過程中，牙型兩側面同時參與切削，而小螺紋銑刀剛性差，當切削參數不合理、切削力過大，導致刀具共振，從而產生牙面振紋。從以下三個方面去解決：1）優化切削參數，減少每齒切削負荷；2）縮短刀具裝夾懸伸，增加刀具直徑，提高刀具剛性；3）檢測刀具跳動，機床主軸跳動。

2.2.2 蹦刀、斷刀

在螺紋銑削生產中，刀具蹦刀、斷刀的大致原因有：切削參數過大，超過刀具每齒切削負荷；冷卻不足，排屑不流暢。因此優化切削方式，將粗加工與精加工分開，選擇合適的冷卻方式，增加冷卻油的壓力，將多牙銑刀改為單牙銑刀。

2.2.3 螺紋帶有錐度

內螺紋帶有錐度通常表現為螺紋孔口直徑較大，而內部直徑較小，出現這種現象的主要原因有：刀具長徑比大，造成剛性不足；工件和刀具的裝夾剛性不足，在加工過程中刀具磨損不夠鋒利；加工程序不合理，順銑、逆銑選擇錯誤等。那么在直徑允許的范圍內，采用較大的刀具直徑，提高剛性，同時運用鋒利（新的銑刀）的螺紋刀，增加一次螺紋精銑，對螺紋進行修光，從而解決螺紋錐度問題。

2.2.4 螺紋通規擰不進或太緊

在銑削螺紋調試過程中，最常見的就是通規擰不進或太緊，發生這種情況有兩種原因：1）底孔直徑太小（螺紋小徑小），導致螺紋通規進不去；2）編程中螺紋銑刀直徑大于實際螺紋銑刀直徑，導致加工出的螺紋大徑太小。因此，在實際生產中，銑牙前首先用塞規檢測螺紋底孔大小，如銑牙后螺紋通規不進，直接運用機床刀具半徑補償功能，對螺紋銑刀進行補償，調整螺紋大小，解決通規不進問題。

3 結語

根據上述螺紋加工方法，結合實際生產經驗，對大批量鋼類、銅類零件優先選用擠壓攻絲加工螺紋；對大批量鋁制零件，優先選用切削攻絲加工螺紋；對于小批量零件、高硬度材料、特殊螺距、螺紋表面要求高的零件，采用銑削方式加工螺紋，螺紋表面質量與精度最高。在數控加工中，M4以下精密小螺紋加工具有一定的復雜性，目前我國數控加工還處在發展階段，隨著時代的步伐，數控加工技術將不斷實踐、創新、完善、成熟。