鄒金蘭

（廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510510）

傳統(tǒng)的螺紋加工方法，主要為采用車刀車削，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)則直線移動(dòng)一個(gè)螺距的距離[1]。

螺紋銑削加工可以實(shí)現(xiàn)在不換刀的情況下，一次性完成加工，包括底孔的鉆削和螺紋的加工等；同一把螺紋銑刀能加工出螺距相同而直徑不同的螺紋。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：加工效率高、質(zhì)量好，刀具通用性好，加工安全性好。對于一些特殊結(jié)構(gòu)的螺紋，如不允許有過渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋，采用傳統(tǒng)的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但采用數(shù)控銑削卻十分容易實(shí)現(xiàn)。本文介紹了螺紋銑削的加工工藝過程及螺紋銑刀類型，并介紹了一個(gè)螺紋銑削的編程實(shí)例。

1 螺紋銑削加工的工藝過程

用螺紋鉆銑刀銑削螺紋時(shí)的加工過程如圖1所示，具體步驟為：

（1）螺紋鉆銑刀快速運(yùn)行至工件安全平面；

（2）螺紋鉆銑刀鉆孔至孔深尺寸；

（3）螺紋鉆銑刀提升至螺紋深度尺寸；

（4）螺紋鉆銑刀以圓弧切人螺紋起始點(diǎn)；

（5）螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)作平行于軸線的+Z方向運(yùn)動(dòng)，即每繞螺紋軸線運(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；

圖1 內(nèi)螺紋銑削加工示意圖

（6）螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點(diǎn)退刀；

（7）螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面，準(zhǔn)備加工下一孔。

2 螺紋銑削軌跡

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

圖2 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，螺紋銑削開始進(jìn)刀時(shí)也可采用1/4圓弧切入或直線切入。銑削時(shí)應(yīng)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(zhuǎn)360°即可完成螺紋加工。螺紋銑刀的軌跡分析如圖3所示。

圖3 螺紋銑刀的軌跡圖

3 深螺紋銑削編程

3.1 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時(shí)間的接觸。同時(shí)，在加工過程中會(huì)產(chǎn)生更多的切削熱和更大的切削力。因此在深孔中攻絲，容易產(chǎn)生刀具破損和螺紋的不一致性[2]。

為解決這個(gè)問題，可以采用兩種方案：

（1）增大攻絲前孔的直徑。合適的螺紋底孔對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，因此需要對切削參數(shù)和刀具幾何尺寸做充分考慮。

1）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250~300 mm/min。

2）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。

3）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切屑的金屬。因此在對鈦合金加工時(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。

4）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冷卻槽。如果直徑足夠大的話，可考慮采用內(nèi)冷卻絲錐。

3.2 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=33.84 mm；螺紋直徑D0=36 mm；螺紋長度L=25 mm；螺距P=2 mm；整體圓柱螺紋銑刀直徑D2=14 mm,切削刃長為34 mm；銑削方式：順銑。切削速度50 mm/min，每齒進(jìn)給量f=0.1mm。

（1）參數(shù)計(jì)算。主軸轉(zhuǎn)速N為：

銑刀齒數(shù)Z=1，每齒進(jìn)給量fz=0.1 mm，銑刀切削刃處進(jìn)給速度F1為：

銑刀中心進(jìn)給速度F2為：

設(shè)安全距離CL=0.5 mm,切入圓弧半徑Re為：

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：

切入圓弧起始點(diǎn)坐標(biāo)為

（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，充分利用變量編程高效、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。

4 結(jié)束語

螺紋銑削的加工方法，可以高效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優(yōu)越性。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。

[1]王玉娣，陳小峰.螺紋銑刀在加工中心上的應(yīng)用[J].機(jī)械工人（冷加工），2006，（11）：39.

[2]孟 華.談螺紋的數(shù)控銑削加工技術(shù)[J].今日科苑，2008，（14）：63.

[3]李 剛.大型內(nèi)螺紋的數(shù)控銑削加工[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（1）：63.