鋁合金腔體高精度內螺紋銑削加工

摘要：隨著電子產品結構件的加工精度逐步提高，用傳統的絲錐手工攻絲加工的螺紋孔很難達到設計精度要求。本文研究了鋁合金腔體高精度內螺紋銑削加工中的工藝方法，包括加工原理、刀具選擇以及編程方式。在MIKRON數控機床上進行了螺紋銑削的加工試驗，并對銑削的螺紋進行了加工精度檢測評估。

關鍵詞：螺紋銑削 內螺紋 加工精度

正文：

1.引 言

電子產品中使用螺紋連接的鋁合金材料的結構件，其螺紋孔加工的典型工藝流程為：數銑點出中心孔——鉗工打螺紋底孔——鉗工用絲錐攻絲加工內螺紋。此方法加工內螺紋存在以下問題：（1）很難控制攻絲深度和垂直度，螺紋精度不高；（2）絲錐加工螺紋毛刺較多，去除困難。

隨著數控技術的發展，螺紋銑削加工開始應用到螺紋加工當中。螺紋銑削具有以下優勢：⑴螺紋垂直度較好，毛刺少，尺寸精度高，無需退刀槽就能靠近底部加工出精確深度的螺紋；（2）不受螺紋結構和旋向的限制，用同一把螺紋銑刀可以加工不同結構、旋向的螺紋；（3）螺紋銑刀耐用度高，能降低加工成本。

隨電子產品的發展，其鋁合金結構件上螺紋孔的加工精度提出了更高的要求，絲錐攻絲加工內螺紋的方法已經很難滿足精度要求，研究數控加工是實現高精度內螺紋銑削加工成為必須。

2.高精度內螺紋加工存在問題分析

電子產品中一個典型的鋁合金腔體結構內螺紋結構如下圖：（單位：mm，下同）

圖中螺紋孔大小為M5×0.5，要求此螺紋孔最小深度為3.3，且不允許深度為3.5的平面有毛刺。使用手工攻絲加工很難實現，面對此類工藝瓶頸，急需尋找一種新的精度更高的內螺紋加工方法。

3.內螺紋銑削加工工藝研究

3.1加工原理

考慮到螺紋銑削法在加工精度上的優勢，采用以下工藝流程進行加工：數銑點出螺紋孔中心孔——數銑加工出螺紋孔底孔——數銑銑削出螺紋孔內螺紋。通過工件一次裝夾和定位，就可加工出一個完整的螺紋孔。

螺紋孔內螺紋銑削中，利用數控銑床的螺旋插補功能，刀具在XY方向上做圓周運動，同時沿Z軸做直線運動，從而走出螺旋線軌跡的方法形成螺紋。加工示意圖如下：

從圖2可以看出，螺紋銑刀在XY平面內每旋轉一周，在Z方向上就移動一個螺距。

3.2銑削刀具選擇

螺紋銑刀分為三種： 單齒式、機夾式和整體式，各螺紋銑刀的結構見下圖。

單齒式 機夾式 整體式

其中單齒式螺紋銑刀結構簡單，可以利用折斷報廢的銑刀刃磨而成，成本較低，在銑削螺紋時與工件接觸面積小，切削力較小，不會出現讓刀現象，能較好的保證螺紋的精度。因此從加工成本和加工安全性的角度綜合考慮，優先選用單齒式螺紋銑刀進行腔體螺紋孔內螺紋的銑削實驗。

3.3加工機床選擇和程序編制

只要是三軸聯動數控機床都可實現螺紋銑削加工。選擇了MIKRON數控機床進行腔體的內螺紋銑削試驗，螺紋銑削過程為：

3.3.1.刀具以快速進給的方式沿著刀具軸向定位在工件表面上方的裝夾間隙中。

3.3.2.刀具按預定的進給速度移動到螺紋孔起始面。

3.3.3.刀具首先以相切的方式切入螺紋公稱直徑，在進行螺旋線切入之前，進行刀具軸的補償運動，以便使螺紋路徑編程從螺紋孔起始面處開始。

3.3.4.根據螺紋銑刀的不同種類和設置的螺紋切削參數，刀具通過連續的螺旋線運動銑削螺紋。

3.3.5.切削完成后，刀具在切線方向切出輪廓并返回加工平面的起始點處。

MIKRON五軸加工中心為海德漢控制系統，本身提供了螺紋銑削指令262，只需短短幾條指令便可完成內螺紋的切削，主要程序段如下：

CYCLE DEF 262 螺紋銑削

Q335=5； 螺紋公稱直徑

Q239=0.5； 螺紋螺距

Q201=-3.3； 螺紋高度

Q355=1； 刀具為單齒銑刀

Q351=+1； 銑削方式為順銑

Q200=10； 安全間隙

Q203=30； 工件表面坐標

Q204=50； 第二個安全間隙

Q204=1000； 銑削進給速度

3.4銑削精度對比

分別用銑削加工和傳統手工攻絲加工圖1所示的M5×0.5深3.3的內螺紋，試驗樣件如圖4。

兩種工藝方法加工的內螺紋剖開形貌如圖5和圖6所示。

加工試驗后，進行了螺紋檢測，其中螺紋徑向尺寸采用M5×0.5的標準螺紋通規和止規進行檢測，而螺紋深度尺寸采用螺紋深度規進行檢測，結果如下：

銑削加工的螺紋徑向尺寸：通規通，止規止；深度尺寸：3.2—3.4；螺紋表面質量：毛刺少，深3.5平面光潔無劃痕，螺紋尾部無積屑現象。

攻絲的螺紋的徑向尺寸：通規旋入較困難，止規止；深度尺寸：3.0—3.5；螺紋表面質量：毛刺較多，深3.5平面有劃痕，螺紋尾部有明顯積屑現象。

可以看出，數控銑削加工的內螺紋尺寸精度均能很好的滿足設計要求。通過數控程序控制，既精確保證了內螺紋最小深度尺寸，又避免了刀具觸傷3.5深的平面，完美地解決了傳統手工攻絲無法解決的難題。

4.結語與展望

本文研究了螺紋銑削技術在高精度內螺紋加工中的應用。分析了螺紋銑削的工作原理，介紹了內螺紋銑削刀具的選擇、數控機床的選擇以及程序的編制方法，對腔體螺紋孔擬制了銑削工藝路線并進行了實驗。實驗結果表明，螺紋銑削工藝可以較好的提高螺紋加工的尺寸精度。

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作者簡介：

周廣晏，男，山東鄆城，1980年12月 西南電子設備研究所，工程師 電子產品制造