螺纹的宏程序铣削加工分析

邹金兰

（广东工贸职业技术学院，广东广州510510）

传统的螺纹加工方法，主要为采用车刀车削，采用丝锥、板牙手工攻丝以及套扣。随着数控加工技术的发展，特别是三轴联动数控加工系统的出现，利用数控铣床进行螺纹的铣削得以实现。螺纹铣削是通过数控机床的三轴联动，利用螺纹铣刀进行螺旋插补铣削而形成螺纹，刀具在水平面上每作一周圆周运动，在垂直面内则直线移动一个螺距的距离[1]。

螺纹铣削加工可以实现在不换刀的情况下，一次性完成加工，包括底孔的钻削和螺纹的加工等；同一把螺纹铣刀能加工出螺距相同而直径不同的螺纹。因此，与传统的螺纹加工方法相比，螺纹铣削加工具有较大的优势：加工效率高、质量好，刀具通用性好，加工安全性好。对于一些特殊结构的螺纹，如不允许有过渡扣或退刀槽结构的螺纹，采用传统的车削方法或丝锥、板牙很难加工，但采用数控铣削却十分容易实现。本文介绍了螺纹铣削的加工工艺过程及螺纹铣刀类型，并介绍了一个螺纹铣削的编程实例。

1 螺纹铣削加工的工艺过程

用螺纹钻铣刀铣削螺纹时的加工过程如图1所示，具体步骤为：

（1）螺纹钻铣刀快速运行至工件安全平面；

（2）螺纹钻铣刀钻孔至孔深尺寸；

（3）螺纹钻铣刀提升至螺纹深度尺寸；

（4）螺纹钻铣刀以圆弧切人螺纹起始点；

（5）螺纹钻铣刀绕螺纹轴线作X、Y方向的插补运动，同时作平行于轴线的+Z方向运动，即每绕螺纹轴线运行360°，沿+Z方向就上升一个螺距，刀具三轴联动运动轨迹为一螺旋线；

图1 内螺纹铣削加工示意图

（6）螺纹钻铣刀以圆弧从起始点退刀；

（7）螺纹钻铣刀快速退至工件安全平面，准备加工下一孔。

2 螺纹铣削轨迹

螺纹铣削运动轨迹为一螺旋线，可通过数控机床的三轴联动来实现。图2为左旋和右旋外螺纹的铣削运动示意图。

图2 外螺纹的铣削运动示意图

与一般轮廓的铣削运动一样，螺纹铣削开始进刀时也可采用1/4圆弧切入或直线切入。铣削时应尽量选用刀片宽度大于被加工螺纹长度的铣刀，这样，铣刀只需旋转360°即可完成螺纹加工。螺纹铣刀的轨迹分析如图3所示。

图3 螺纹铣刀的轨迹图

3 深螺纹铣削编程

3.1 深螺纹加工工艺分析

在钻削中，那些孔深大于3倍孔径的孔称为深孔。而深孔攻丝，意味着攻丝深度大于丝锥直径的1.5倍以上。如当用一只直径为1/4"的丝锥加工深度为3/8"的螺纹时，这种情况通常称为深孔攻丝。

加工一个深孔螺纹，意味着刀具与工件之间需长时间的接触。同时，在加工过程中会产生更多的切削热和更大的切削力。因此在深孔中攻丝，容易产生刀具破损和螺纹的不一致性[2]。

为解决这个问题，可以采用两种方案：

（1）增大攻丝前孔的直径。合适的螺纹底孔对于螺纹加工是十分重要的。一个尺寸稍大的螺纹底孔，能有效降低攻丝过程中产生的切削热和切削力。但它也会减小螺纹的接触率。国家标准和技术委员会规定：在深孔中，允许在孔壁上只攻出螺纹全高的50%。这一点在对特殊材料和难加工材料的小孔攻丝时尤其重要。因为尽管由于孔壁上螺纹高度的减少，导致螺纹接触率下降，但由于螺纹长度的增加，因此仍可保持螺纹可靠的连接。

螺纹底孔的直径增量，主要取决于所要求的螺纹接触率和每单位长度的螺纹头数。根据上述两值，利用经验公式可计算出正确的螺纹底孔直径。

（2）使用专为深孔攻丝设计的丝锥的切削参数。由于钛金属零件难于加工，因此需要对切削参数和刀具几何尺寸做充分考虑。

1）切削速度。由于钛合金具有大的弹性和变形率，因此需要采有相对较小的切削速度。在加工钛合金零件的小孔时，推荐采用的圆周切削速度为250~300 mm/min。

2）容屑槽。在深孔攻丝时，需减少丝锥槽数，使每个槽的容屑空间增大。这样，当丝锥退刀时，可以带走更多的铁屑，减小由于铁屑堵塞而造成刀具破损的机会。但另一方面，丝锥容屑槽的加大使得芯部直径减小，因此，丝锥强度受到影响。所以这也会影响切削速度。另外，螺旋槽丝锥比直槽丝锥更易排屑。

3）前角和后角。小前角可提高切削刃强度，从而增加刀具寿命；而大前角有利于切削长切屑的金属。因此在对钛合金加工时，需综合考虑这两个方面的因素，选用合适的前角。

大后角可以减小刀具和切屑之间的摩擦。因此有时要求丝锥后角为40°。在加工钛金属时，在丝锥上磨出大的后角，有利于排屑。另外，全磨制丝锥和刃背铲磨的丝锥也有利于攻丝。

4）冷却液。当加工特殊材料时，必须保证切削液到达切削刃。为改进冷却液的流量，推荐在丝锥的刃背上开冷却槽。如果直径足够大的话，可考虑采用内冷却丝锥。

3.2 深螺纹加工实例

现结合M36×2右旋内螺纹铣削加工实例，说明螺纹铣削的编程方法。工件材料：45钢,调质；螺纹底孔直径：Di=33.84 mm；螺纹直径D0=36 mm；螺纹长度L=25 mm；螺距P=2 mm；整体圆柱螺纹铣刀直径D2=14 mm,切削刃长为34 mm；铣削方式：顺铣。切削速度50 mm/min，每齿进给量f=0.1mm。

（1）参数计算。主轴转速N为：

铣刀齿数Z=1，每齿进给量fz=0.1 mm，铣刀切削刃处进给速度F1为：

铣刀中心进给速度F2为：

设安全距离CL=0.5 mm,切入圆弧半径Re为：

切入圆弧角度b为：

b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re]=180°-arcsin[(16.92-0.5)/16.489]=95.24°，为便于计算，b可近似取值为90°。

切入圆弧时的Z轴位移Za为：

切入圆弧起始点坐标为

（2）螺纹铣削程序(Fanuc系统)。在螺纹切削加工时，可以采用变量编程。在螺纹加工时，螺纹的参数并不固定，采用变量编程，可以将螺纹的直径、螺距、螺纹长度等参数设为变量，不同的螺纹只要改变这些参数，就可以采用同一个程序加工不同的螺纹，可以减少编程时间，提高螺纹铣削的效率。因此，充分利用变量编程高效、经济和应用范围广的特点，将使螺纹铣削的应用更加的广泛[3]。

对于Fanuc系统，变量编程就是采用宏程序编程。以下程序是根据螺纹切削的参数编制的宏程序。在加工不同螺纹时，只需改变相应的参数值。

4 结束语

螺纹铣削的加工方法，可以高效率高精度地完成各种规格的螺纹加工，比起传统的螺纹加工方式具有一定的优越性。螺纹铣削的编程可以变量编程，只需更改相应的参数，就可以利用同一个程序加工出参数不同的螺纹，应用范围广泛。

[1]王玉娣，陈小峰.螺纹铣刀在加工中心上的应用[J].机械工人（冷加工），2006，（11）：39.

[2]孟 华.谈螺纹的数控铣削加工技术[J].今日科苑，2008，（14）：63.

[3]李 刚.大型内螺纹的数控铣削加工[J].长沙航空职业技术学院学报，2006，（1）：63.