數(shù)控機床攻絲銑絲現(xiàn)狀調(diào)查

呂再捷 肖麟 張超龍

摘要：隨著“中國制造2025”計劃戰(zhàn)略的提出，車間對生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新勢在必行，這不僅響應(yīng)了國家政策的號召，也是生產(chǎn)過程中降本增效、提高企業(yè)競爭力的必由之路。結(jié)合車間生產(chǎn)方面的實際情況，我們計劃從數(shù)控機床攻絲和銑絲工藝入手，初步了解這一工藝和目前的業(yè)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，為接下來工藝的改進工作打下良好的基礎(chǔ)。

Abstract： With the "Made in China 2025" plan strategy proposed， it is imperative for the workshop to innovate the production process. This not only responds to the call of the national policy， but is also the only way to reduce costs and increase efficiency in the production process and improve the competitiveness of enterprises. Combining the actual production situation in the workshop， we plan to start with the CNC machine tool tapping and milling process to get a preliminary understanding of this process and the current development status of the industry， so as to lay a good foundation for the next process improvement.

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;攻絲;銑絲

Key words： CNC machine tools;tapping;milling

中圖分類號：TG62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0066-02

1? 背景

先進科學技術(shù)的不斷更新?lián)Q代促進了制造行業(yè)對機械零件材料性能的要求日益苛刻，各種高強度、高硬度、耐高溫材料不斷涌現(xiàn)市場，例如鈦合金和高溫合金。這些性能突出的材料都屬于典型的難加工材料，本身具有較高的抗拉強度和硬度。在攻絲過程中，極大的切削力會使刀具更易磨損和折斷，絲錐與工件由于切削接觸面溫度過高而相熔，導致加工表面質(zhì)量差、螺紋精度低、廢品率高，攻螺紋和銑螺紋工作困難重重[1]。

時代巨輪穩(wěn)步前行，隨著機械制造領(lǐng)域數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展、軟件更新?lián)Q代和三軸聯(lián)動或多軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生以及應(yīng)用，數(shù)控機床儼然成為眼下螺紋制造工作的主力軍。我們可以嘗試在把握攻螺紋和銑螺紋工藝基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代化數(shù)控機床的運用操作，找到解決問題的突破口，使攻絲、銑絲效率得到一定程度的提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。

2? 攻絲和銑絲過程

螺紋的主要作用是連接、調(diào)整、傳遞運動和動力，在機械行業(yè)中運用廣泛，發(fā)揮作用巨大，因此加工出高品質(zhì)螺紋是車間提高工件質(zhì)量的途徑之一。在機加過程中，對工件小孔功能面進行螺紋攻絲具有工時短、工價低的優(yōu)勢。值得注意的是，螺紋加工一般是整個生產(chǎn)流程中的最后一步，如果在這項工序時出了差錯將會導致工件的報廢，整個工件加工過程功虧一簣，同時也會給企業(yè)帶來時間、人力、經(jīng)濟成本的增加和資源的浪費。這種形勢迫使技術(shù)人員不斷改進螺紋加工過程，完善加工方法[2]。

車間螺紋加工常常采用絲錐攻絲、車削、板牙手工攻絲和銑絲等方法來進行作業(yè)，其中加工內(nèi)螺紋會根據(jù)孔的大小來選擇攻絲和銑絲工藝。

當內(nèi)螺紋直徑較小時，采用絲錐攻絲工藝。具體操作是根據(jù)絲錐的標稱螺距，用一定的扭矩將絲錐旋入目標孔中加工出內(nèi)螺紋，弊端在于一把刀具只能加工螺距和直徑一定的內(nèi)螺紋。

當內(nèi)螺紋直徑相對較大時，采用銑絲工藝，一把螺紋銑刀可以加工多種不同旋向的內(nèi)、外螺紋，且加工時不受螺紋結(jié)構(gòu)和螺紋旋向的限制，靈活度高且耐用度是絲錐的十多倍[3]，有效降低了成本。具體工作流程為：高速旋轉(zhuǎn)的螺紋銑刀刀尖始終與內(nèi)螺紋底徑處于內(nèi)接狀態(tài)，程序通過圓弧插補功能實現(xiàn)刀具繞工件孔軸線作螺旋運動，在工件孔壁上切出螺紋槽，實現(xiàn)絲孔螺紋加工[4]。

攻絲時，絲錐深入工件中，在半封閉狀態(tài)下進行銑削，常常出現(xiàn)以下問題：

①由于絲錐齒數(shù)多，切削和排屑過程均在有限的空間內(nèi)進行，容屑空間狹小，因此常常會出現(xiàn)絲錐崩齒、折斷，或是工件加工質(zhì)量良莠不齊的現(xiàn)象[5]。

②在加工過程中會出現(xiàn)各種意外狀況，例如加工材料彈性變形的回復(fù)、絲錐軸向偏移、絲錐的磨損以及機攻切削速度不穩(wěn)定等都會影響攻絲過程的順利進行。

③隨著攻絲的軸向切入深度增加，冷卻液和潤滑劑難以進入切削表面，切削液的冷卻潤滑效果無法作用到切削面，攻絲過程將產(chǎn)生干摩擦[6]。在加工深孔內(nèi)螺紋時，切削面溫度急劇上升，使絲錐表面和工件相熔，切屑易發(fā)生粘刀現(xiàn)象，排屑過程更加困難。

3? 機動與手動攻絲、銑絲的區(qū)別

絲錐加工方式可以分為手動攻絲和機動攻絲，兩種方式均存在優(yōu)勢和劣勢。其中機攻可以分為剛性攻絲和柔性攻絲，兩者區(qū)別見表1。

過去，機加車間的螺紋加工工作都是由操作工人來完成的，手動攻絲在開始階段精度較高，質(zhì)量能得到保證。但是由于操作師傅的體力和精力有限，隨著工作時間的拉長絲錐軸線越來越難對準，攻絲力度不均勻，導致工作效率降低、生產(chǎn)的工件質(zhì)量也參差不齊[8]。其次，工人長期進行攻絲工作，手臂需要承受很大的力氣，工人過度勞動極易造成工傷。此外，進行手動攻絲時，不僅切削狀態(tài)難以控制，而且切屑排出非常困難。綜上，對于零件中帶有大量內(nèi)孔和內(nèi)螺紋的生產(chǎn)加工工藝需求，采用人工手動方式存在生產(chǎn)效率低、勞動強度大、成本高等問題，適合單件、小批量的加工生產(chǎn)。

機動攻絲銑絲是操作工人運用高速鉆孔和攻絲機床進行零件加工，適合于批量生產(chǎn)。在數(shù)控裝置中，一般采用直線插補運算來控制銑刀和工件的相對運動從而使它們的軌跡形成螺紋，具有生產(chǎn)加工上的諸多優(yōu)勢[9]，主要為：

①機動攻絲銑絲加工螺紋精度高、加工效率高，例如使用三軸聯(lián)動數(shù)控機床進行銑削螺紋加工工作時，線速度可達80-200m/min。

②加工表面光潔度好，由于在銑削的過程中，主軸高速旋轉(zhuǎn)，吃刀量較小，并且螺紋銑刀刀刃鋒利，銑削時所產(chǎn)生的切削力使切削可以快速飛離工作表面，因而可以獲得較高的表面質(zhì)量。

③刀具折損容易處理。使用絲錐時，由于切削力較大、排屑不暢、磨損等原因易造成絲錐折斷，從工件小孔中取出絲錐將變得非常麻煩;而螺紋銑刀比螺紋孔尺寸小，銑削加工時容屑情況較好，切屑能夠順利排出，取出壞刀具也相對容易許多。

④機床的功率要求低。螺紋銑削時，由于僅刀尖部分與工件做局部接觸，切削力小、銑削螺紋所需的扭矩較小，所需要的機床功率小。

4? 攻絲銑絲實例

對于不同的材料，我們應(yīng)該針對其特性來制定行之有效的加工方案。

鈦合金材料小孔攻絲難度很大，主要表現(xiàn)為攻絲時的總扭矩大約是45鋼的2倍，絲錐刀齒易被卡死，刀齒過快地磨齒、崩刃，甚至扭斷絲錐。張利軍等[10]基于不同的絲錐結(jié)構(gòu)，合理選用絲錐材料、切削速度、結(jié)構(gòu)參數(shù)、切削液，提高絲錐的耐用度，降低攻絲扭矩，保證鈦合金殼體零件的攻絲質(zhì)量。

玻璃鋼材料具有密度小、強度高以及高硬度質(zhì)點多的特性，北方華安工業(yè)集團有限公司為了解決公司YW1普通螺紋車刀加工時出現(xiàn)起層和掉渣現(xiàn)象，研究設(shè)計了一套在普通車床上使用的銑絲裝備，如圖1所示。該裝置的使用不但保證了加工質(zhì)量，刀具也較以前壽命增長，生產(chǎn)效率也有所提高。該示例有助于拓展我們的工作思路，為嘗試設(shè)計銑絲裝備提供一些幫助。

臥式加工中心的高速剛性攻絲廣泛用于汽車、船用等發(fā)動機缸體缸蓋的加工和各種箱體類機械零部件的加工。

沈陽集團昆明機床股份有限公司KIMI系列數(shù)控臥式銑鏜床、XK（H）系列數(shù)控龍門銑鏜床使用FSSB高速剛性攻絲功能，在機械條件均不變化的狀態(tài)下，僅通過配置FSSB高速剛性攻絲功能參數(shù)，攻絲速度可達到指令速度2000r/min，攻絲誤差從原使用傳統(tǒng)攻絲功能時的20～30降低至3～6，并通過了實際切削驗證，大幅提高了剛性攻絲速度和質(zhì)量，同時也提高了加工中心的使用性能。此外，公司研究人員還通過對數(shù)控機床Z軸和主軸進行伺服優(yōu)化調(diào)整，然后增加使用力矩前饋控制、軸沖擊限制功能，并采用耦合軸運動進行聯(lián)動調(diào)試，最后通過實際加工應(yīng)用證實該方法可以大幅減小高速剛性攻絲中Z軸和主軸的跟隨誤差，提高攻絲效率和質(zhì)量，切實做到了降本增效。

周伯秀[7]在對加工中心攻、銑螺紋進行分析與研究的基礎(chǔ)上，通過實踐生產(chǎn)證明，螺紋的加工比在普機上效率提升了2-3倍，質(zhì)量和精度也達到了設(shè)計標準，刀具成本也得到了縮減，因此加工中心攻絲銑絲也應(yīng)該成為車間進行內(nèi)螺紋加工的思路之一。

董兆鵬[3]在SINUMERIK840D立式車銑加工中心運用宏程序銑直螺紋和錐螺紋，通過修改數(shù)控機床的刀具半徑補償值來控制螺紋的尺寸，修改R參數(shù)值來滿足不同型號的螺紋加工，在滿足技術(shù)和使用要求的同時，為企業(yè)的生產(chǎn)降本增效，也為立式車銑加工中心銑螺紋提供了思路和方法。

攻絲質(zhì)量和效率往往對工件的整體加工質(zhì)量影響巨大，提高攻絲的質(zhì)量與速度將有助于機械制造企業(yè)提高產(chǎn)能、平衡工序、降低成本，因此我們需要不斷摸索新方法，走出新道路，創(chuàng)造新局面。

參考文獻：

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