螺紋的數控銑削加工

1 引言

    傳統的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣。隨著數控加工技術的發展，尤其是三軸聯動數控加工系統的出現，使更先進的螺紋加工方式———螺紋的數控銑削得以實現。螺紋銑削加工與傳統螺紋加工方式相比， 在加工

2 螺紋銑削加工實例

    圖1所示為M6標準內螺紋的銑削加工實例。工件材料：鋁合金；刀具：硬質合金螺紋鉆銑刀；螺紋深度：10mm；銑刀轉速：2,000r/min；切削速度：314m/min； 鉆削進給量：0.25mm/min；銑削進給量： 0.06mm/齒；加工時間：每孔1.8s。

    圖1所示加工工位流程為：①位，螺紋鉆銑刀快速運行至工件安全平面；②位，螺紋鉆銑刀鉆削至孔深尺寸；③位，螺紋鉆銑刀快速提升到螺紋深度尺寸；④位，螺紋鉆銑刀以圓弧切入螺紋起始點；⑤位，螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向插補運動，同時作平行于軸線的+Z方向運動，即每繞螺紋軸線運行360°，沿+Z方向上升一個螺距，三軸聯動運行軌跡為一螺旋線；⑥位，螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點(也是結束點)退刀；⑦位，螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面，準備加工下一孔。該加工過程包括了鉆孔、 倒角、內螺紋銑削和螺紋清根槽銑削，采用一把刀具一次完成，加工效率極高。

3 螺紋銑刀主要類型

    在螺紋銑削加工中，三軸聯動數控機床和螺紋銑削刀具是必備的兩要素。以下介紹幾種常見的螺紋銑刀類型：

(1) 圓柱螺紋銑刀

    圓柱螺紋銑刀的外形很像是圓柱立銑刀與螺紋絲錐的結合體(見圖2上，圖2下為錐管螺紋銑刀)，但它的螺紋切削刃與絲錐不同，刀具上無螺旋升程，加工中的螺旋升程靠機床運動實現。由于這種特殊結構，使該刀具既可加工右旋螺紋，也可加工左旋螺紋，但不適用于較大螺距螺紋的加工。

    常用的圓柱螺紋銑刀可分為粗牙螺紋和細牙螺紋兩種。出于對加工效率和耐用度的考慮，螺紋銑刀大都采用硬質合金材料制造，并可涂覆各種涂層以適應特殊材料的加工需要。圓柱螺紋銑刀適用于鋼、鑄鐵和有色金屬材料的中小直徑螺紋銑削，切削平穩，耐用度高。缺點是刀具制造成本較高，結構復雜，價格昂貴。

    (2) 機夾螺紋銑刀及刀片

    機夾螺紋銑刀適用于較大直徑(如D>25mm)的螺紋加工。其特點是刀片易于制造，價格較低，有的螺紋刀片可雙面切削，但抗沖擊性能較整體螺紋銑刀稍差。因此，該刀具常推薦用于加工鋁合金材料。圖3 所示為兩種機夾螺紋銑刀及刀片。圖3a為機夾單刃螺紋銑刀及三角雙面刀片，圖 3b為機夾雙刃螺紋銑刀及矩形雙面刀片。

    (3) 組合式多工位專用螺紋鏜銑刀

    組合式多工位專用螺紋鏜銑刀的特點是一刀多刃， 一次完成多工位加工，可節省換刀等輔助時間，顯著提高生產率。圖4所示為組合式多工位專用螺紋鏜銑刀加工實例。工件需加工內螺紋、倒角和平臺d4。若采用單工位自動換刀方式加工，單件加工用時約30s。而采用組合式多工位專用螺紋鏜銑刀加工，單件加工用時僅約5s。

4 螺紋銑削軌跡

    螺紋銑削運動軌跡為一螺旋線，可通過數控機床的三軸聯動來實現。圖5為左旋和右旋外螺紋的銑削運動示意圖。

    與一般輪廓的數控銑削一樣，螺紋銑削開始進刀時也可采用1/4圓弧切入或直線切入。銑削時應盡量選用刀片寬度大于被加工螺紋長度的銑刀，這樣， 銑刀只需旋轉360°即可完成螺紋加工。螺紋銑刀的軌跡分析如圖6所示。

5 螺紋銑削編程

    現結合M30×1.5右旋內螺紋銑削加工實例說明螺紋銑削的編程方法。工件材料：42CrMo4；螺紋底孔直徑：Di=28.38mm；螺紋直徑：Do=30mm；螺紋長度L=20mm；螺距：P=1.5mm；機夾螺紋銑刀直徑：D2=19mm；銑削方式：順銑。

(1) 參數計算
主軸轉速N為
N=1000V/(D2×p=1000×150/(19×3.14)=2512r/min
銑刀齒數Z=1，每齒進給量f=0.1mm，銑刀切削刃處進給速度F1為
F1=fz×N=0.1×1×2512=251.2mm/min
銑刀中心進給速度F2為
F2=F1(D0-D2)/D0=251.2×(30-19)/30=92.1mm/min
設安全距離CL=0.5mm,切入圓弧半徑Re為
Re=[(Ri-CL)2+R02]/(2R0)=[(14.19-0.5)2+152]/(2×15)=13.747mm
切入圓弧角度b為
b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re]=180°-arcsin[(14.19-0.5)/13.747]=95.22°
為便于計算， ! 可近似取值為90°。切入圓弧時的Z軸位移Za為
Za=Pa/360°=1.5×90°/360°=0.375mm
切入圓弧起始點坐標為 
 
(2)螺紋銑削程序(Fanuc系統)
%
N10 G90 G00 G57 X0. Y0.
N20 G43 H10 Z0. M3 S2512
N30 G91 G00 X0. Y0. Z-20.375
N40 G41 D60 X0. Y-13.690 Z0.
N50 G03 X15. Y13.69 Z0.375 R13.747 F92
N60 G03 X0. Y0. Z1.5 I-15. J0.
N70 G03 X-15. Y13.69 Z0.375 R13.747
N80 G00 G40 X0. Y-13.690 Z0.
N90 G49 G57 G00 Z200. M5
N100 M30
%