淺談螺旋銑削在數控銑加工中的運用

錢海云

（云南技師學院，云南 安寧 650300）

1 螺旋銑削的分析

螺旋銑削過程中，刀具沿一圓柱面上的螺旋線運動，完成刀具軌跡走刀路線，如圖1所示。當刀具連續走刀時，刀具底部端刃旋轉形成的環狀區域在底面上的投影和螺旋線在底面上的投影為一周。在加工過程中，螺旋銑削下刀時，隨著周向角度自變量的變化，刀具軌跡沿著螺旋線路切削。當深度Z值達到預設深度時，螺旋銑削停止，其中P為螺旋線的螺距，即刀具在XY平面每切削一圈，Z方向的進刀切削位移距離。

圖1

2 螺旋銑削的運用

2.1 輪廓銑削

銑削型腔時傳統的加工方法是采用鍵槽銑刀進行挖槽加工（加工效率較低），而立銑刀在加工型腔時，加工效率較高，但立銑刀在切削時,如果垂直下刀對刀具和工件損壞比較明顯，甚至無法下刀。為了解決立銑刀（或機夾刀）的下刀問題，數控加工中經常采用螺旋銑削下刀或斜線下刀方式，在加工內型腔輪廓時，編程采用沿內型腔輪廓邊沿螺旋線下刀切削，可有效提高加工效率及延長刀具的使用壽命。模具加工中運用較為廣泛。

2.2 螺紋加工

傳統的螺紋加工方法主要是采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙攻螺紋及套扣螺紋。隨著數控加工技術的發展，尤其是三軸聯動數控機床的出現，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，在加工精度、加工效率、加工成本方面具有極大優勢，且加工時不受螺紋結構、螺紋旋向、螺紋螺距（可帶小數點）的限制。如一把螺紋銑刀可加工多種不同旋向的內、外螺紋，對于不允許有過渡扣或退刀槽結構的螺紋，采用傳統的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但采用數控銑削卻十分容易實現加工。而且在數控銑削螺紋過程中，對螺紋直徑尺寸的調整、控制極為方便，如采用絲錐、板牙是難以做到的。

例如：要加工一個M42×1.5的內螺紋，在數控銑/加工中心機床上采用螺旋銑削加工程序如下：

主程序

%O0001； （程序名）

N10 G90 G54 G40 G80 G49； （建立工件坐標系）

N20 M03 S600； （機床主軸正轉）

N30 G00 X0 Y0； （主軸刀具快速定位）

N40 G00 Z30.； （刀具下至安全高度）

N50 G65 P0002 A20.65 B-20.C13.5 I1.H1.5； (第一刀：粗銑)

N60 G65 P0002 A20.825 B-20.C13.5 I1.H1.5； （第二刀：半精銑）

N70 G65 P0002 A21.B-20.C13.5 I1.H1.5； （最后一刀：精銑）

N80 M30； （程序結束）

自變量說明：

#1=（A） （螺紋頂徑）

#2=（B） （螺紋深度）

#3=（C） （螺紋銑刀半徑）

#4=（I） （Z 坐標設為自變量）

#11=（H） （螺距 P）

宏程序

%0002； （程序名）

N100#5=#1-#3； （螺旋加工時刀具中心的回轉半徑）

N110 G00 X#5； （刀具快速運動到起始點上方）

N120 Z［#4+1］； （刀具下降到 Z#4面上 1mm處）

N130 G01 Z#4 F200； （刀具進到Z#4面）

N140 WHILE［#4GT#2］DO1； （如果 Z#4＞Z#2，循環 1 繼續）

N150#4=#4-#11； （Z坐標每圈遞減#11，即螺距P）

N160 G02 I-#5 Z#4 F500； （刀具順時針螺旋加工至下一圈）

N170 END 1； （循環1結束，此時Z#4=Z#2）

N180 G01 X［#5-3］； （刀具向中心回退 3mm）

N190 Z30.； （刀具快速提刀至安全高度）

N200 M99； （宏程序結束返回，進入下一循環）

2.3 孔加工

螺紋銑孔過程由機床主軸的“自傳”和機床主軸繞孔中心的“公轉”兩個運動復合而成，這種特殊的運動方式決定了螺旋銑孔的優勢。

首先，螺旋銑孔具有切削過程平穩、刀具承受切削力小和一次加工即可滿足精度要求的優點，刀具中心的軌跡是螺旋線而非直線，即刀具中心不再與加工孔的中心重合，屬偏心加工狀態過程。只需一把刀具就可以加工出不同直徑尺寸、高質量的孔，即減少了換刀時間，又節省了精加工的生產加工工序，大大提高了工作效率，同時也減少了刀庫刀具的數量和種類，降低了加工成本。

其次，螺旋銑孔過程是斷續銑削過程，有利于刀具的散熱，從而降低了因溫度升高而造成刀具的磨損和工件的受熱變形，以致影響加工精度。

孔加工采用螺旋線進給G02、G03代碼指令，其格式為：

其中——L為螺旋線圈數。

例如：用直徑10mm的立銑刀加工直徑50mm的孔，孔深20mm。

加工程序如下：

%O0003 （程序名）

N10 G90 G54 G40 G80 G49； （建立工件坐標系）

N20 M03 S600； （機床主軸正轉）

N30 G00 X0.Y0.； （刀具快速定位）

N40 G00 Z10.； （刀具快速下刀到安全高度）

N50 G01 Z1.F300； （刀具下刀至切削起點）

N60 G91 G03 I-19.9.Z-1.L11； （粗銑至螺旋深度位置，間距為1mm，循環次數為11次）

N70 G03 I-20.； （精銑輪廓）

N80 G90 G01 X0.； （刀具運動至孔中心）

N90 G00 Z100.； （刀具快速起刀離開工件至100mm處）

N100 M30； （加工程序停止、結束）

3 螺旋銑削在實際生產中的運用圖例

3.1 內螺紋加工：（云南省第五屆數控技能大賽樣圖）

圖2

3.2 外螺紋加工：（云南省第五屆數控技能大賽樣圖）

圖3

以3.1、3.2上圖例中的M34×1.5的內、外螺紋就是用螺紋銑刀加工完成。在加工過程中我們由于采用的是螺紋銑刀來加工，大大提高了加工的適應能力，也就是說，M34×1.5的內、外螺，我只需一把螺紋銑刀就能完成，并且還能加工不同尺寸的螺紋（只需改變加工程序的螺紋底徑尺寸）。

3.3 內型腔加工圖例

圖4

以上圖例的內型腔加工，以前的加工方式是先鉆銑刀落刀孔，立銑刀再垂直下刀進行銑切削，生產效率較低，而采用螺旋下刀進行加工，只需一把立銑刀就能加工切削，有效的減少了打落刀孔工部和刀具，降低生產成本，提高了生產加工效率。

以上就是本人對螺旋銑削在數控銑床上應用的一些理解和實際應用，不足之處懇請廣大同行指出，共同進步。