摘 要：本文介紹了螺紋銑削加工的特點(diǎn)及方法，并通過(guò)舉例分析說(shuō)明深螺紋數(shù)控銑削的加工工藝及利用宏程序編程加工的方法。

　　1 引言

　　傳統(tǒng)的螺紋加工方法主要為采用螺紋車(chē)刀車(chē)削螺紋，采用絲錐、板牙手工攻絲以及套扣。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，特別是三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工系統(tǒng)的出現(xiàn)，利用數(shù)控銑床進(jìn)行螺紋的銑削得以實(shí)現(xiàn)。螺紋銑削是通過(guò)數(shù)控機(jī)床的三軸聯(lián)動(dòng)，利用螺紋銑刀進(jìn)行螺旋插補(bǔ)銑削而形成螺紋，刀具在水平面上每作一周圓周運(yùn)動(dòng)，在垂直面內(nèi)則直線(xiàn)移動(dòng)一個(gè)螺距[1]。

　　螺紋銑削加工可以實(shí)現(xiàn)在不換刀的情況下，一次性完成螺紋的加工，包括底孔的鉆削，螺紋的加工等；同一把螺紋銑刀能加工出螺距相同、直徑不同的螺紋。因此，與傳統(tǒng)的螺紋加工方法相比，螺紋銑削加工具有較大的優(yōu)勢(shì)：加工效率高，加工質(zhì)量好，刀具通用性好，加工安全性好。對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)的螺紋，如不允許有過(guò)渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋，采用傳統(tǒng)的車(chē)削方法或絲錐、板牙很難加工，但采用數(shù)控銑削卻十分容易實(shí)現(xiàn)。本文介紹螺紋銑削的加工工藝過(guò)程、螺紋銑刀類(lèi)型，zui后介紹一個(gè)螺紋銑削的編程實(shí)例。

　　2 螺紋銑削加工的工藝過(guò)程

　　用螺紋鉆銑刀銑削螺紋時(shí)的加工過(guò)程如圖1所示，具體步驟為：第1步，螺紋鉆銑刀快速運(yùn)行至工件安全平面；第2步，螺紋鉆銑刀鉆孔至孔深尺寸；第3步，螺紋鉆銑刀提升至螺紋深度尺寸；第4步，螺紋鉆銑刀以圓弧切人螺紋起始點(diǎn)；第5步，螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線(xiàn)作X、Y方向的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)作平行于軸線(xiàn)的+Z方向運(yùn)動(dòng)，即每繞螺紋軸線(xiàn)運(yùn)行360°，沿+Z方向就上升一個(gè)螺距，刀具三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡為一螺旋線(xiàn)；第6步，螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點(diǎn)退刀；第7步，螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面，準(zhǔn)備加工下一孔。
　　3 螺紋銑削軌跡

　　螺紋銑削運(yùn)動(dòng)軌跡為一螺旋線(xiàn)，可通過(guò)數(shù)控機(jī)床的三軸聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2為左旋和右旋外螺紋的銑削運(yùn)動(dòng)示意圖。

　　與一般輪廓的銑削運(yùn)動(dòng)一樣，螺紋銑削開(kāi)始進(jìn)刀時(shí)也可采用1/4圓弧切入或直線(xiàn)切入。銑削時(shí)應(yīng)盡量選用刀片寬度大于被加工螺紋長(zhǎng)度的銑刀，這樣， 銑刀只需旋轉(zhuǎn)360°即可完成螺紋加工。螺紋銑刀的軌跡分析如圖3所示。

　　4 深螺紋銑削編程

　　4.1 深螺紋加工工藝分析

　　在鉆削中，那些孔深大于3倍孔徑的孔稱(chēng)為深孔。而深孔攻絲意味著攻絲深度大于絲錐直徑的1.5倍以上。如當(dāng)用一只直徑為1/4″的絲錐加工深度為3/8″的螺紋時(shí)，這種情況通常稱(chēng)為深孔攻絲。

　　加工一個(gè)深孔螺紋，意味著刀具與工件之間需長(zhǎng)時(shí)間的接觸。同時(shí)，在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生更多的切削熱和更大的切削力。因此深孔中進(jìn)行攻絲容易產(chǎn)生刀具破損和螺紋的不一致性[2]。

　　為解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用兩種方案：（1）增大攻絲前孔的直徑；（2）使用專(zhuān)為深孔攻絲設(shè)計(jì)的絲錐。

　　1）增大攻絲前孔的直徑

　　合適的螺紋底孔對(duì)于螺紋加工是十分重要的。一個(gè)尺寸稍大的螺紋底孔能有效降低攻絲過(guò)程中產(chǎn)生的切削熱和切削力。但它也會(huì)減小螺紋的接觸率。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)委員會(huì)規(guī)定：在深孔中，允許在孔壁上只攻出螺紋全高的50%。這一點(diǎn)在對(duì)特殊材料和難加工材料的小孔攻絲時(shí)尤其重要。因?yàn)楸M管由于孔壁上螺紋高度的減少導(dǎo)致螺紋接觸率下降，但由于螺紋長(zhǎng)度的增加，因此仍可保持螺紋可靠的連接。

　　螺紋底孔的直徑增量主要取決于所要求的螺紋接觸率和每單位長(zhǎng)度的螺紋頭數(shù)。根據(jù)上述兩值，利用經(jīng)驗(yàn)公式可計(jì)算出正確的螺紋底孔直徑。

　　2）使用專(zhuān)為深孔攻絲設(shè)計(jì)的絲錐的切削參數(shù)

　　由于鈦金屬零件難于加工，因此需要對(duì)切削參數(shù)和刀具幾何尺寸做充分考慮。

　　A、切削速度

　　由于鈦合金具有大的彈性和變形率，因此需要采有相對(duì)較小的切削速度。在加工鈦合金零件的小孔時(shí)，推薦采用的圓周切削速度為250~300mm/min。

　　B、容屑槽

　　在深孔攻絲時(shí)，需減少絲錐槽數(shù)，使每個(gè)槽的容屑空間增大。這樣，當(dāng)絲錐退刀時(shí)，可以帶走更多的鐵屑，減小由于鐵屑堵塞而造成刀具破損的機(jī)會(huì)。但另一方面，絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑減小，因此，絲錐強(qiáng)度受到影響。所以這也會(huì)影響切削速度。另外，螺旋槽絲錐比直槽絲錐更易排屑。

　　C、前角和后角

　　小前角可提高切削刃強(qiáng)度，從而增加刀具壽命；而大前角有利于切削長(zhǎng)切屑的金屬。因此在對(duì)鈦合金加工時(shí)，需綜合考慮這兩個(gè)方面的因素，選用合適的前角。

　　大后角可以減小刀具和切屑之間的摩擦。因此有時(shí)要求絲錐后角為40°。在加工鈦金屬時(shí)，在絲錐上磨出大的后角，有利于排屑。另外，全磨制絲錐和刃背鏟磨的絲錐也有利于攻絲。

　　D、冷卻液

　　當(dāng)加工特殊材料時(shí)，必須保證切削液到達(dá)切削刃。為改進(jìn)冷卻液的流量，推薦在絲錐的刃背上開(kāi)冷卻槽。如果直徑足夠大的話(huà)，可考慮采用內(nèi)冷卻絲錐。

　　4.2 深螺紋加工實(shí)例

　　現(xiàn)結(jié)合M36×2右旋內(nèi)螺紋銑削加工實(shí)例說(shuō)明螺紋銑削的編程方法。工件材料：45鋼,調(diào)質(zhì)；螺紋底孔直徑：Di=33.84mm；螺紋直徑：D0=36mm；螺紋長(zhǎng)度L=25mm；螺距：P=2mm；整體圓柱螺紋銑刀直徑：D2=14mm,切削刃長(zhǎng)為34mm；銑削方式：順銑。切削速度：50mm/min，每齒進(jìn)給量f=0.1mm。

　　（1）參數(shù)計(jì)算
主軸轉(zhuǎn)速N為
N=1000V/（D2×π）=1000×150/（14×3.14）=3412r/min
銑刀齒數(shù)Z=1，每齒進(jìn)給量fz=0.1mm,銑刀切削刃處進(jìn)給速度F1為
F1=fz×N=0.1×1×3412=341mm/min
銑刀中心進(jìn)給速度F2為
F2=F1（D0-D2）/D0=341×（36-14）/30=250mm/min
設(shè)安全距離CL=0.5mm,切入圓弧半徑Re為
Re=[（Ri-CL）2+R02]/（2R0）=[（16.92-0.5）2+182]/（2×18）=16.489mm
切入圓弧角度b為
b=180°-arcsin[（Ri-CL）/Re]=180°-arcsin[（16.92-0.5）/16.489]=95.24°
為便于計(jì)算，b可近似取值為90°。切入圓弧時(shí)的Z軸位移Za為
Za=Pa/360°=2×90°/360°=0.5mm
切入圓弧起始點(diǎn)坐標(biāo)為
X=0
Y=-Ri+CL=-16.92+0.5=-16.42mm
Z=-（L+Za）=-（25+0.5）=-25.5mm
（2）螺紋銑削程序（Fanuc系統(tǒng)）
在螺紋切削加工時(shí)，可以采用變量編程。在螺紋加工時(shí)，螺紋的參數(shù)并不固定，采用變量編程，可以將螺紋的直徑、螺距、螺紋長(zhǎng)度等參數(shù)設(shè)為變量，不同的螺紋只要改變這些參數(shù)，就可以采用同一個(gè)程序加工不同的螺紋，可以減少編程時(shí)間，提高螺紋銑削的效率，因此，充分利用變量編程、經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，將使螺紋銑削的應(yīng)用更加的廣泛[3]。
對(duì)于Fanuc系統(tǒng)，變量編程就是采用宏程序編程。以下程序是根據(jù)螺紋切削的參數(shù)編制的宏程序。在加工不同螺紋時(shí)，只需改變相應(yīng)的參數(shù)值。

%
#1=16.92 '螺紋底孔半徑
#2=18 '螺紋公稱(chēng)半徑
#3=25 '螺紋長(zhǎng)度
#4=2 '螺紋螺距
#5=14 '螺紋銑刀直徑
#6=150 '切削速度
#7=1 '螺紋銑刀齒數(shù)
#8=0.1 '每齒進(jìn)給量
#11=1000*#6/[#15*3.142] '主軸轉(zhuǎn)速
#12=#7*#8*#11 '銑刀切削刃處進(jìn)給速度
#13=#12*[2*#2-#5]/[2*#2] '銑刀中心進(jìn)給速度
#14=[[#1-#10]^2+[#2]^2]/[2*#2] '切入圓弧半徑值
#15=#4*90/360 '切入圓弧時(shí)Z軸位移
#21=0 '切入圓弧起始點(diǎn)的X坐標(biāo)
#22=-#1/2+#10 '切入圓弧起始點(diǎn)的Y坐標(biāo)
#23=-[#3+#15] '切入圓弧起始點(diǎn)的Z坐標(biāo)
N10 G90 G00 G54 X0. Y0.
N20 G43 H10 Z0. M3 S#11
N30 G91 G00 X0. Y0. Z#23
N40 G41 D01 X#21 Y#22 Z0
N50 G03 X#2 Y-#22 Z#15 R#14 F#13 '圓弧切入
N60 G03 X0. Y0. Z#4 I#2 J0. '螺紋切削
N70 G03 X-#2 Y-#22 Z#15 R#14 '圓弧切出
N80 G00 G40 X0 Y#22 Z0.
N90 G49 G54 G90 G00 Z100. M5
N100 M30
%

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　螺紋銑削的加工方法可以率高精度地完成各種規(guī)格的螺紋加工，比起傳統(tǒng)的螺紋加工方式具有一定的*性。螺紋銑削的編程可以變量編程，只需更改相應(yīng)的參數(shù)，就可以利用同一個(gè)程序加工出參數(shù)不同的螺紋，應(yīng)用范圍廣泛。
　
　　（來(lái)源：機(jī)床搜索網(wǎng)）