芻議數控加工中銑削螺紋的應用

摘要：隨著經濟的快速發展，市場環境競爭越來越激烈，螺紋加工是一種新的現代數控制造技術，是在數控銑床上銑削螺紋，和傳統的制造技術相比，能極大地提高零件加工質量和生產效率。文章對數控加工中銑削螺紋的應用進行了探討。

關鍵詞：數控加工；銑削螺紋；數控制造技術；機械加工；刀具；機床 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2015）01-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0029

零件通常會采用螺紋連接的方式進行，在機械產品中，螺紋零件的種類和數量十分繁多，因此，在機械加工中，螺紋加工是十分重要的。在傳統的螺紋加工中，對于回轉體零件，是在車床上用車削內螺紋和外螺紋；對于箱體類零件是采用銑床、鉆床加工螺紋孔，然后采用板牙、攻錐加工螺紋，這種加工方式具有扭矩大、切削力大、尺度不精準、粗糙度大、生產效率低等缺陷，很難滿足市場需要。隨著科技的快速發展，數控技術不斷改進，逐漸出現了銑削螺紋技術。

1 銑削螺紋的原理

螺紋是指在圓柱、圓錐表面，沿著螺旋線形成具有規定牙型的連續凹凸形狀。螺紋銑刀和被加工螺紋相同的刀刃，在制定的銑床上，沿著X軸、Y軸、Z軸進行螺旋插補運動，從而形成螺旋移動軌跡，螺紋銑刀沿著規定的平面做整圓運動，其圓弧沿著Z方向行走1個螺距，經過多次循環，直至螺紋加工完成為止。

2 銑削螺紋的優勢

銑削螺紋和傳統的加工方式相比，其優勢主要表現在以下六個方面：

2.1 刀具數量少

在進行數控加工過程中，傳統的加工方式，需要根據螺紋孔的大小、螺距大小針對性使用不同的絲錐進行加工，而在選擇螺紋銑刀時，只要保證螺距相同，就能選擇同一把螺紋刀。如一把螺距為1.25的螺紋銑刀可以加工M12×1.25、M14×1.25、M16×1.25等三種螺紋，當螺紋不同時，可以采用刀片式螺紋銑刀，通過更換刀片來完成加工。

2.2 加工質量好

銑削螺紋的加工質量很好，尤其是在加工內螺紋、攻螺紋過程中。傳統的加工技術由于絲錐的直徑和需要加工的螺紋相同，并且切削過程是連讀的，排屑存在很大的難度，很容易折斷刀具，在加工攻螺紋時，由于刀具的旋轉速度比較慢，進給也慢，導致切屑過程中容易劃傷零件已經加工的表面。銑削螺紋式的加工旋轉速度很快，并且刀具直徑要比孔的直徑小，銑削過程中產生的斷屑容易排除，不會出現劃傷加工表面的現象。

2.3 效率高

傳統的攻螺紋主軸轉速比較慢，進給比較慢，同時受力比較大，銑削螺紋的主軸會高速旋轉，通過插補運動進行切削，受力小，速度快，有很高的加工效率。

2.4 對機床功率要求低

在傳統的加工技術中，絲錐是全接觸的，需要連讀作用，作用力比較大，對機床的功率要求比較高，銑削螺紋是斷屑加工方式，刀具僅和加工零件的局部接觸，作用力比較小，對機床功率的要求也比較低。

2.5 適用性強

在制造薄壁類零件時，在加工過程中，由于切削力比較大，很容易發生變形現象，不但會對加工效率造成影響，還會影響質量，此時采用銑削螺紋方式進行加工能有效地解決這些問題。

2.6 經濟性高

對于硬度比較高的材料，采用傳統的加工方式進行，如果使用成套的整體式硬質合金絲錐，需要投入很大的成本，而采用硬質合金刀片式或整體式硬質合金的螺紋銑刀，只需要購買刀片就能完成加工，具有很高的經濟效益。

3 銑削螺紋刀具

螺紋銑刀可以分為機夾式和整體式兩種，機夾式可以分為單齒式和多齒式兩種，單齒式刀具結構和內螺紋車刀比較相似，刀具旋轉一周只能加工一個齒；多齒式刀具具有多個螺紋加工齒，刀具旋轉一周能加工多個齒，具有很高的加工效率。機夾式螺紋銑刀的主要特點是刀片制造簡單，成本比較低，部分刀片可以雙面切削，但機夾式螺紋刀具的抗沖擊能力比較差。整體式螺紋銑刀是一種固定螺距螺紋銑刀，刀刃上有多個螺紋加工齒，刀具的整體是由硬質合金支撐的，具有很好的剛性，切削速度和進給速度很快，加工范圍比較廣，但成本比較高。

4 螺紋銑削加工實例

某零件材料為鋁合金，要求小批量生產，Φ50的螺紋底孔留余量為0.1mm，螺紋有效長度為40mm，數控銑床操作系統為Fanucoi-MA。

4.1 工藝分析

該工藝要求加工1個M72×2內螺紋和4個M16×1.5內螺紋，要求四個內螺紋的相對位置精度、同軸度等相同，采用螺紋銑削加工。根據實際情況選擇機夾單刃螺紋銑刀，其中螺距為2.0mm，刀片型號為VARGUS6BI2OISOTM2，硬度為HRC100，回轉直徑為46，刀片的參數為L=63mm、I=36mm、D1=54mm、D2=38mm，銑削方式為順銑。

在選擇螺紋銑刀時需要注意刀具的直徑必須小于孔直徑，螺紋銑刀的選擇要根據螺距確定，無論是在進行內螺紋加工，還是在進行外螺紋加工時，都必須保證螺紋銑刀的螺距不發生變化。刀具的長度要根據實際情況調整。本次加工中，采用M14組合式多工位專用螺紋銑刀，刀具裝夾后，能一次性加工4個M16×1.5內螺紋，能為加工精度提供保障。

4.2 初步計算

經過計算得出，M72螺紋底徑為69.4mm，M16螺紋底徑為14.05mm，M72內螺紋單邊加工余量為1.3，由于分三次加工完成，因此，1.3余量依次分為0.53、0.62、0.15，M16內螺紋單邊加工余量為0.975，三次加工依次分配為0.175、0.625、0.175，切削速度為120m/min，M72內螺紋主軸轉速為830r/min，M16內螺紋主軸轉速為764r/min。

4.3 起始下刀位置

由于螺紋銑刀本身沒有導程，因此，主軸的轉速不需要和Z軸的進給速度完全相同，只需要通過數控系統的G02、G03螺旋插補功能完成X、Y、Z軸聯動。每圈進給距離不變，每次下刀都從一個固定不變的高度開始，這樣就能保證加工出來的螺紋在相同的位置。本次加工從Z軸原點開始，刀具從下到上順銑加工右旋內螺紋，刀具主軸沿著順時針方向轉動。

在加工M72×2內螺紋時，銑刀必須位于零件X軸、Y軸的原點，同時要在Z軸的安全深度，由于多齒刀片存在一定的安全距離，因此，下刀的起始位置要比零件的底面稍微低點。本次加工M72×2內螺紋下刀起始點在Z-41處，這個位置能保證銑刀平緩地切出螺紋。

在加工M16×1.5內螺紋時，采用組合式多工位專用螺紋銑刀，先定位，然后垂直下刀鏜Φ50內孔面及銑倒角，然后緩慢將刀片抬起來，銑削螺紋。

5 銑削螺紋程序編制

隨著經濟的快速發展和科技的進步，在進行銑削螺紋程序編制時，可以采用我國自主研制的CAD、CAM、CAPP、PDM等軟件產品，操作界面十分簡單，生產加工人員只需要通過選擇“加工”—“其他加工”—“銑削螺紋加工”的命令，然后根據加工螺紋的相關信息，填入加工參數，就能產生刀具運行軌跡。

6 結語

銑削螺紋加工工藝具有性能高、精度高、生產效率高等特點，將銑削螺紋應用在數控加工中，能有效地降低生產成本、提高加工效率，使用者可以根據生產的實際情況，合理地運用銑削螺紋工藝，從而有效促進機械制造業的發展。

參考文獻

[1] 龐勇.螺紋加工工藝方法研究[J].新技術新工藝，2014，（6）.

[2] 劉峙.螺紋車刀在銑削螺紋時的應用[J].機械工程與自動化，2013，（5）.

作者簡介：陳勇（1979—），男，廣西陸川人，柳州職業技術學院機電工程系二級實習指導教師，研究方向：機械設計與制造及加工、數控加工技術。

（責任編輯：秦遜玉）endprint