大型內螺紋的銑削加工

1前言
　　傳統的螺紋加工主要采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣等方法。隨著數控加工技術的發展，尤其是三軸聯動數控加工技術的出現，使更先進的螺紋加工方式—螺紋的數控銑削得以實現。螺紋銑削加工主要采用數控撞、銑類機床或加工中心。對于小直徑內螺紋(≤20mm)常用攻絲、套扣等方法來加工;對于材質硬度高、孔數較多的大型精密非標準內螺紋的加工，用這些傳統的加工方法則比較困難。英格索爾的NC-120內螺紋旋風銑削加工方法，則很好地解決了用傳統方法難以加工的大型精密內螺紋的加工問題。它可嚴格控制中徑公差、減小或消除刀具切削時對牙型的干涉，大大提高了被加工螺紋的精度，并且加工效率高。本文主要介紹旋風銑削的加工工藝方法和編程。
　　2加工原理和加工工藝方法
　　加工原理和軌跡
　　在數控鏜銑類機床上加工大型內螺紋，可采用旋風銑削，其加工原理為:高速旋轉的成形銑刀，其刀尖回轉圓始終與內螺紋外徑處于內接狀態，與此同時，刀具繞工件孔軸線作螺旋運動，此時60°成形刀把與刀尖干涉的金屬切除，在工件孔壁上就切出螺紋槽。螺旋運動由數控機床的螺旋插補功能來實現。為防止加工到孔底部時，切屑與刀具的干擾阻擠和加工部位被切屑遮蓋，旋風銑削均采用從孔底向外加工的走刀方向。
　　刀具和附具
　　在內螺紋的旋風銑削時是借用NC-120裝置上的刀片、刀盤和刀桿，其機構如圖1所示。并設計制造了一根專用接桿，前面連接NC-120刀桿和刀盤，后面的錐柄與機床主軸連接(圖1)。該刀片是可轉位、不重磨硬質合金刀片，其尺寸和角度精度較高，可裝于銑刀盤，同時裝4～6把刀片，組成多刃銑刀盤。通過刀盤尾部的定心柱和螺紋與刀桿聯結，又通過刀桿尾部的短錐、鍵和螺釘，緊固在可裝入錐孔的專用刀桿上。該刀具有同時參與切削的刀片多、精度高、耐磨性能好等優點。由于刀具直接連接主軸，在選擇刀盤時，主要是考慮加工螺距的大小和螺孔的深淺，螺孔直徑不是考慮的主要因素。銑螺紋用的刀具也可自行設計，但其制造精度要滿足工作的要求。為保證其牙廓尺寸精度和表面粗糙度，盡可能采用多刃結構。
　　螺紋有關參數的計算
　　內螺紋的牙型尺寸和刀點如圖2所示。螺紋標準中規定其牙型是將等腰三角形尖峰削去H/8高度，并以此處作為螺紋公稱直徑。圖2中體現螺紋配合間隙的要求。數控銑削中，為使圖2中所示的刀尖A與牙型尺寸中的點B重合，必須計算出螺孔的最大直徑D1。其計算如下：
　　D1=d+2×H/8=d+H/4式中，H=0.866P，P為螺距，中徑公差按其公差值的1/3考慮，則D1直徑還將加大：D1=d+H/4+e/3式中，e為中徑公差值。
　　3程序編制
　　以西門子8系統為例，介紹其數控程序的編制。以子程序形式編寫。用R參數代替語句中的數碼和數值，能適用于不同直徑、不同螺距、不同深度的螺紋加工，具有一定的通用性。程序按刀具中心軌跡編寫，所以不需要使用刀補功能。程序可存入機床，使用時，由主程序調用并給出切削用量、初始參數賦值，同時使刀具中心定位在已加工好的底孔上方。
　　程序的初始賦值參數的定義和軌跡
　　R03—專用銑刀盤刀尖直徑(SK)；
　　R05—加工螺紋的深度；
　　R06—螺紋中徑的公差值；
　　R08—螺紋銑削走刀速度；
　　R09—螺距；
　　R11—刀具軸編號(X軸，111=1；Y軸，111=2；Z軸，R11=3)。
　　XY平面上內螺紋銑削程序框圖
　　在XY平面上進行內螺紋銑削的程序框圖如圖4所示：
　　XY平面上內螺紋銑削程序
　　對于數控鏜、銑類機床(加工中心)來說，螺紋銑削加工程序的編制主要采用G02、GO3圓弧插補指令，形成螺旋插補運動。下面是西門子8M系統使用的子程序單：N1 R1O 0.8S6 R12 4 R50 0;
　　R52 2 R53 R02 0
　　R54 0
　　N2 R30×RO9 R00 0 R30/R32;
　　N3 R01 R30 R00 0 R06/R51;
　　N4 R01 R06 R00 0 R01-R01;
　　N5 R01/R52 R00 0 R02 R01;
　　N6 R02/R52 R00 0 R54 R01 ;
　　N7 R54×R51 R00 0 R05 R54 ;
　　N8 G64 G91 G01 Z-R05 FR08 M03;刃具進入孔底
　　N9 G03 X-R01 Y0 PR2;圓弧切入至最大外徑
　　N10 G03 X0 Y0 IR01 J0 ZR9;螺旋插補銑削一扣
　　N11 R50 R09;已加工長度增加一個螺距
　　N12 @02-10 R5 R50;判斷R05>R50時，前跳到N10段
　　N13 G00 XR01 M05;R05≤R50時，刀具退到孔中心
　　N14 G90 G60 M17;子程序結束
　　程序是按加工右旋內螺紋設計的，也可按同樣方法編寫左旋內螺紋的通用參數子程序。
　　4結論
　　用旋風銑削法來加工大型精密內螺紋，能嚴格控制中徑公差，加工精度好，效率高。由于采用了子程序技術，編程較為簡便。且對于不同類型的螺紋，只需修改程序中的參數即可，程序可保存于數控系統中，加工時調出，適合于批量生產。我們在型號為XK713型數控機床上采用了旋風銑削加工M200的大型內螺紋，結果表明，用該方法加工，生產效率比用傳統方法加工提高了40%，且容易控制其加工精度。