螺紋孔加工刀具的應(yīng)用

■哈爾濱理工大學(xué)　（黑龍江 150080）　霍亭宇 吳明明 岳彩旭 翟元盛 劉獻(xiàn)禮

螺紋孔加工刀具的應(yīng)用

■哈爾濱理工大學(xué)（黑龍江 150080）霍亭宇 吳明明 岳彩旭 翟元盛 劉獻(xiàn)禮

摘要：螺紋孔加工目前主要采用兩種方式：絲錐攻螺紋和螺紋銑削。傳統(tǒng)的螺紋加工方式采用絲錐攻螺紋，在現(xiàn)代的螺紋加工中，已逐步采用銑削方式替代傳統(tǒng)加工方式。本文對兩種加工方式進(jìn)行介紹和對比，以便在實(shí)際加工和生產(chǎn)中選擇最佳的加工方法，節(jié)約資源，減少浪費(fèi)。

1. 傳統(tǒng)的螺紋加工方式

絲錐是加工中、小尺寸內(nèi)螺紋的刀具，沿軸向開有溝槽。它結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，既可手工操作，也可以在機(jī)床上工作，在生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。對于小尺寸的內(nèi)螺紋來說，絲維幾乎是唯一的加工刀具。攻螺紋屬于比較困難的加工工序，因?yàn)榻z錐幾乎是被埋在工件中進(jìn)行切削，其每齒的加工負(fù)荷比其他刀具都要大，并且絲錐沿著螺紋與工件接觸面非常大，切削螺紋時它必須容納并排除切屑。絲錐根據(jù)形狀分為直槽絲錐、螺旋槽絲錐和螺尖絲錐（先端絲錐）。

（1）直槽絲錐的特點(diǎn)及應(yīng)用。直槽絲錐如圖1所示，其一般用于碳素鋼、合金鋼及非鐵金屬。其特點(diǎn)是通用性最強(qiáng)，通孔或不通孔、有色金屬或黑色金屬均可加工，價格也最便宜。其刃部強(qiáng)度好，修磨容易，加工時切削轉(zhuǎn)矩較大，斷屑、排屑能力較差；切削錐部分可以有2、4及6牙，短錐用于不通孔，長錐用于通孔。只要底孔足夠深，就應(yīng)盡量選用切削錐長一些的，這樣分擔(dān)切削負(fù)荷的齒多一些，使用壽命也長一些。

（2）螺旋槽絲錐的特點(diǎn)及應(yīng)用。螺旋槽絲錐如圖2所示，其比較適合加工不通孔螺紋，加工時切屑向后排出。由于螺旋角的緣故，絲錐實(shí)際切削前角會隨螺旋角增大而加大。加工黑色金屬絲錐，螺旋角選小值，一般在30°左右，保證螺旋齒的強(qiáng)度；加工有色金屬絲錐，螺旋角選大值，可在45°左右，切削鋒利一些。其特點(diǎn)是螺旋槽絲錐成螺旋形，螺旋絲錐在攻螺紋時，以其螺旋槽的上升旋轉(zhuǎn)作用能輕易地把切屑排出孔外，以免切屑?xì)埩艋蚨氯跍喜蹆?nèi)，而造成絲錐折斷，刃部崩裂，因此能延長絲錐的壽命并能加工出最高精度的螺紋，切削速度可較直槽絲錐提高30% ～50%，且一般用一支絲錐就能完成螺紋孔的加工。

（3）螺尖絲錐的特點(diǎn)及應(yīng)用。螺尖絲錐如圖3所示，其加工有色金屬、不銹鋼及黑色金屬效果很好，通孔螺紋應(yīng)優(yōu)先采用螺尖絲錐。其特點(diǎn)是螺尖絲錐的心部尺寸設(shè)計(jì)比較大，強(qiáng)度較好，可承受較大的切削力。因前端鋒刃槽部有特殊的槍膛刃槽設(shè)計(jì)，所以排屑容易，扭力小、精度穩(wěn)定，使絲錐壽命更長。由于螺尖絲錐具有旋轉(zhuǎn)排出切屑的功能，除可保持溝槽的清潔從而減少切削時的抗力外，還能避免切屑堵塞而造成絲錐的損害，因此螺尖絲錐可采用比一般的手用絲錐更快的速度來切削高精密的螺紋。加工螺紋時切屑向前排出。

圖1　直槽絲錐

圖2　螺旋槽絲錐

圖3　螺尖絲錐

2 . 現(xiàn)代的螺紋加工方式——螺紋銑削

（1）螺紋銑削的特點(diǎn)及應(yīng)用。作為一種新型的螺紋加工工藝，螺紋銑削與攻螺紋相比有著獨(dú)有的優(yōu)勢和更廣泛、靈活的使

用方式及應(yīng)用場合。具體如下：①加工效率高。②表面質(zhì)量及尺寸精度高。③穩(wěn)定性好，安全可靠。④應(yīng)用范圍廣。

螺紋銑削是一種用途廣泛、新型的先進(jìn)加工技術(shù)，但是它也有局限性：①需要使用三軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床。②盡管在批量加工中它的成本比絲錐更低，但單個的螺紋銑刀比絲錐昂貴。③螺紋銑削的程序編制比較麻煩，這也是限制其大范圍應(yīng)用的重要因素之一。

（2）螺紋銑刀的選用。隨著數(shù)控機(jī)床的普及，螺紋銑削加工技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用越來越多。螺紋銑削是通過數(shù)控機(jī)床的三軸聯(lián)動，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，在垂直面內(nèi)則直線移動一個螺距。目前使用的各種螺紋銑削刀具種類很多，幾種常見的螺紋銑刀特點(diǎn)如下。

普通機(jī)夾式螺紋銑刀。機(jī)夾式螺紋銑刀主要用于銑削較大直徑的內(nèi)螺紋，也可銑削外螺紋。由于該刀片易于制造，價格較低，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，其結(jié)構(gòu)與普通機(jī)夾式銑刀類似，由可重復(fù)使用刀桿和可方便更換的刀片組成。在選擇機(jī)夾式螺紋銑刀時，應(yīng)根據(jù)被加工螺紋的直徑、深度和工件材料等因素，盡量選用直徑較大的刀桿和適當(dāng)?shù)镀牟馁|(zhì)。普通多刃機(jī)夾式螺紋銑刀如圖4所示。

普通整體式螺紋銑刀。整體式螺紋銑刀如圖5所示，大多采用整體硬質(zhì)合金材料制造，有些還采用了涂層。整體式螺紋銑刀結(jié)構(gòu)緊湊，比較適合加工中、小直徑的螺紋，也有用于加工錐螺紋的整體式螺紋銑刀。此類刀具剛性較好，特別是帶螺旋槽的整體式螺紋銑刀，在加工高硬度材料時可有效降低切削負(fù)荷，提高加工效率。整體式螺紋銑刀的切削刃上布滿螺紋加工齒，沿螺旋線加工一周即可完成整個螺紋加工，無需像機(jī)夾式刀具那樣分層加工，因此加工效率較高，但價格也相對較貴。該類絲錐常用于中小直徑螺紋的加工。

螺紋鉆銑刀。螺紋鉆銑刀（見圖6）由整體硬質(zhì)合金制成，是一種中小直徑內(nèi)螺紋高效加工刀具。螺紋鉆銑刀可一次完成鉆螺紋底孔、孔口倒角和內(nèi)螺紋加工，減少了刀具使用數(shù)量。但這種刀具的缺點(diǎn)是通用性差，價格也比較昂貴。該刀具由頭部的鉆削部分、中間的螺紋銑削部分及切削刃根部的倒角刃3部分組成。鉆削部分直徑就是刀具所能加工螺紋的底徑。螺紋加工過程如圖7所示。受鉆削部分直徑的限制，一把螺紋鉆銑刀只能加工一種規(guī)格的內(nèi)螺紋。在選用螺紋鉆銑刀時，不但要考慮被加工螺紋孔規(guī)格，還應(yīng)注意刀具有效加工長度與被加工孔深度的匹配，否則不能實(shí)現(xiàn)倒角功能。

螺紋銑削刀具系統(tǒng)。系統(tǒng)通用性與高效性是螺紋銑刀的一個突出矛盾，一些具有復(fù)合功能的刀具（如螺紋鉆銑刀）加工效率高但通用性較差，而通用性好的刀具效率往往又不高。為解決這一問題，開發(fā)了模塊化的螺紋銑削刀具系統(tǒng)（見圖8），該刀具統(tǒng)一由刀柄、锪孔倒角刃及通用螺紋銑刀組成，可根據(jù)加工要求選擇不同類型的锪孔倒角刃和螺紋銑刀。這種刀具系統(tǒng)通用性好，加工效率高，但刀具成本較高。

（3）螺紋銑削問題與解決方案。螺紋銑刀和其他銑刀一樣，在銑削加工過程中會遇到刀片磨損、崩刃及積屑瘤等現(xiàn)象，附表為螺紋銑削加工中常見的幾個問題及相應(yīng)的解決方案。

圖4　普通多刃機(jī)夾式螺紋銑刀

圖5　普通整體式螺紋銑刀

圖6　螺紋鉆銑刀

圖7　螺紋鉆銑刀的加工過程

圖8　螺紋銑削刀具系統(tǒng)

3. 結(jié)語

本文基于螺紋孔加工的兩種加工方式來對加工螺紋時刀具的選用進(jìn)行分析，主要介紹了每種螺紋孔加工刀具的特點(diǎn)、刀具的性能以及適用的場合。傳統(tǒng)加工和現(xiàn)代加工螺紋的兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的螺紋加工方式雖

然精度低、刀具易磨損，但是實(shí)用性高；現(xiàn)代的螺紋加工方式表面質(zhì)量和精度高，但加工成本昂貴、數(shù)控編程繁瑣，在實(shí)際生產(chǎn)和加工中應(yīng)該綜合考慮，從工藝性、使用性及經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行優(yōu)選，從而提高加工效率，降低成本，制造出優(yōu)質(zhì)、精度高的螺紋孔。

螺紋銑削加工中的問題與對策

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收稿日期：（20150105）