數控機床攻絲銑絲現狀調查

呂再捷 肖麟 張超龍

摘要：隨著“中國制造2025”計劃戰略的提出，車間對生產工藝的創新勢在必行，這不僅響應了國家政策的號召，也是生產過程中降本增效、提高企業競爭力的必由之路。結合車間生產方面的實際情況，我們計劃從數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內發展現狀，為接下來工藝的改進工作打下良好的基礎。

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.

關鍵詞：數控機床;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

先進科學技術的不斷更新換代促進了制造行業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]。

時代巨輪穩步前行，隨著機械制造領域數控技術不斷發展、軟件更新換代和三軸聯動或多軸聯動數控技術的產生以及應用，數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上，結合現代化數控機床的運用操作，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，產品質量得到保證。

2? 攻絲和銑絲過程

螺紋的主要作用是連接、調整、傳遞運動和動力，在機械行業中運用廣泛，發揮作用巨大，因此加工出高品質螺紋是車間提高工件質量的途徑之一。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、工價低的優勢。值得注意的是，螺紋加工一般是整個生產流程中的最后一步，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，同時也會給企業帶來時間、人力、經濟成本的增加和資源的浪費。這種形勢迫使技術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，其中加工內螺紋會根據孔的大小來選擇攻絲和銑絲工藝。

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

當內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、外螺紋，且加工時不受螺紋結構和螺紋旋向的限制，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：高速旋轉的螺紋銑刀刀尖始終與內螺紋底徑處于內接狀態，程序通過圓弧插補功能實現刀具繞工件孔軸線作螺旋運動，在工件孔壁上切出螺紋槽，實現絲孔螺紋加工[4]。

攻絲時，絲錐深入工件中，在半封閉狀態下進行銑削，常常出現以下問題：

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

②在加工過程中會出現各種意外狀況，例如加工材料彈性變形的回復、絲錐軸向偏移、絲錐的磨損以及機攻切削速度不穩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，攻絲過程將產生干摩擦[6]。在加工深孔內螺紋時，切削面溫度急劇上升，使絲錐表面和工件相熔，切屑易發生粘刀現象，排屑過程更加困難。

3? 機動與手動攻絲、銑絲的區別

絲錐加工方式可以分為手動攻絲和機動攻絲，兩種方式均存在優勢和劣勢。其中機攻可以分為剛性攻絲和柔性攻絲，兩者區別見表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、生產的工件質量也參差不齊[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孔和內螺紋的生產加工工藝需求，采用人工手動方式存在生產效率低、勞動強度大、成本高等問題，適合單件、小批量的加工生產。

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。在數控裝置中，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，具有生產加工上的諸多優勢[9]，主要為：

①機動攻絲銑絲加工螺紋精度高、加工效率高，例如使用三軸聯動數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，吃刀量較小，并且螺紋銑刀刀刃鋒利，銑削時所產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]基于不同的絲錐結構，合理選用絲錐材料、切削速度、結構參數、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量。

玻璃鋼材料具有密度小、強度高以及高硬度質點多的特性，北方華安工業集團有限公司為了解決公司YW1普通螺紋車刀加工時出現起層和掉渣現象，研究設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量，刀具也較以前壽命增長，生產效率也有所提高。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系列數控臥式銑鏜床、XK（H）系列數控龍門銑鏜床使用FSSB高速剛性攻絲功能，在機械條件均不變化的狀態下，僅通過配置FSSB高速剛性攻絲功能參數，攻絲速度可達到指令速度2000r/min，攻絲誤差從原使用傳統攻絲功能時的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控機床Z軸和主軸進行伺服優化調整，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動調試，最后通過實際加工應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上，通過實踐生產證明，螺紋的加工比在普機上效率提升了2-3倍，質量和精度也達到了設計標準，刀具成本也得到了縮減，因此加工中心攻絲銑絲也應該成為車間進行內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，通過修改數控機床的刀具半徑補償值來控制螺紋的尺寸，修改R參數值來滿足不同型號的螺紋加工，在滿足技術和使用要求的同時，為企業的生產降本增效，也為立式車銑加工中心銑螺紋提供了思路和方法。

攻絲質量和效率往往對工件的整體加工質量影響巨大，提高攻絲的質量與速度將有助于機械制造企業提高產能、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，創造新局面。

參考文獻：

[1]劉小勇，王海，甄宏偉，葛丹丹，王春龍，李繼鵬，陳濟輪.難加工材料大深徑比微小孔高效加工技術研究[J].航天制造技術，2020（01）：38-41.

[2]殷寶麟.振動攻絲機理及典型難加工材料小孔振動攻絲試驗研究[D].哈爾濱工業大學，2008.

[3]董兆鵬.車銑加工中心銑螺紋宏程序的應用[J].科技創新與應用，2019（31）：107-108.

[4]趙曉東，鄧小民，汪永東.哈電公司數控鏜床銑絲孔工藝規程[J].機械工程師，2015（09）：251-252.

[5]韓榮第，唐艷麗.修正齒絲錐攻絲成形原理仿真及其試驗研究[J].工具技術，2005（04）：23-26.

[6]孫濤.自動攻絲的工作過程分析和攻絲壽命的影響規律[D].浙江理工大學，2020.

[7]周伯秀.淺談加工中心螺紋加工[J].輕工科技，2020，36（10）：58-59，93.

[8]李永飛.一種新型攻絲機的設計[J].包鋼科技，2013，39（05）：53-55.

[9]張媛，韓勇.數控加工過程中銑削螺紋的應用[J].河南科技，2020（05）：79-81.

[10]張利軍，申偉.鈦合金材料攻絲技術的開發[J].工具技術，2015，49（02）：55-57.

[11]苑有海，張立巖，姜麗.自制銑絲裝置加工玻璃鋼件螺紋[J].金屬加工（冷加工），2014（11）：50.