芻議數(shù)控加工中銑削螺紋的應(yīng)用

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場環(huán)境競爭越來越激烈，螺紋加工是一種新的現(xiàn)代數(shù)控制造技術(shù)，是在數(shù)控銑床上銑削螺紋，和傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比，能極大地提高零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。文章對數(shù)控加工中銑削螺紋的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；銑削螺紋；數(shù)控制造技術(shù)；機(jī)械加工；刀具；機(jī)床 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2015）01-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0029

零件通常會采用螺紋連接的方式進(jìn)行，在機(jī)械產(chǎn)品中，螺紋零件的種類和數(shù)量十分繁多，因此，在機(jī)械加工中，螺紋加工是十分重要的。在傳統(tǒng)的螺紋加工中，對于回轉(zhuǎn)體零件，是在車床上用車削內(nèi)螺紋和外螺紋；對于箱體類零件是采用銑床、鉆床加工螺紋孔，然后采用板牙、攻錐加工螺紋，這種加工方式具有扭矩大、切削力大、尺度不精準(zhǔn)、粗糙度大、生產(chǎn)效率低等缺陷，很難滿足市場需要。隨著科技的快速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷改進(jìn)，逐漸出現(xiàn)了銑削螺紋技術(shù)。

1 銑削螺紋的原理

螺紋是指在圓柱、圓錐表面，沿著螺旋線形成具有規(guī)定牙型的連續(xù)凹凸形狀。螺紋銑刀和被加工螺紋相同的刀刃，在制定的銑床上，沿著X軸、Y軸、Z軸進(jìn)行螺旋插補(bǔ)運(yùn)動，從而形成螺旋移動軌跡，螺紋銑刀沿著規(guī)定的平面做整圓運(yùn)動，其圓弧沿著Z方向行走1個(gè)螺距，經(jīng)過多次循環(huán)，直至螺紋加工完成為止。

2 銑削螺紋的優(yōu)勢

銑削螺紋和傳統(tǒng)的加工方式相比，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下六個(gè)方面：

2.1 刀具數(shù)量少

在進(jìn)行數(shù)控加工過程中，傳統(tǒng)的加工方式，需要根據(jù)螺紋孔的大小、螺距大小針對性使用不同的絲錐進(jìn)行加工，而在選擇螺紋銑刀時(shí)，只要保證螺距相同，就能選擇同一把螺紋刀。如一把螺距為1.25的螺紋銑刀可以加工M12×1.25、M14×1.25、M16×1.25等三種螺紋，當(dāng)螺紋不同時(shí)，可以采用刀片式螺紋銑刀，通過更換刀片來完成加工。

2.2 加工質(zhì)量好

銑削螺紋的加工質(zhì)量很好，尤其是在加工內(nèi)螺紋、攻螺紋過程中。傳統(tǒng)的加工技術(shù)由于絲錐的直徑和需要加工的螺紋相同，并且切削過程是連讀的，排屑存在很大的難度，很容易折斷刀具，在加工攻螺紋時(shí)，由于刀具的旋轉(zhuǎn)速度比較慢，進(jìn)給也慢，導(dǎo)致切屑過程中容易劃傷零件已經(jīng)加工的表面。銑削螺紋式的加工旋轉(zhuǎn)速度很快，并且刀具直徑要比孔的直徑小，銑削過程中產(chǎn)生的斷屑容易排除，不會出現(xiàn)劃傷加工表面的現(xiàn)象。

2.3 效率高

傳統(tǒng)的攻螺紋主軸轉(zhuǎn)速比較慢，進(jìn)給比較慢，同時(shí)受力比較大，銑削螺紋的主軸會高速旋轉(zhuǎn)，通過插補(bǔ)運(yùn)動進(jìn)行切削，受力小，速度快，有很高的加工效率。

2.4 對機(jī)床功率要求低

在傳統(tǒng)的加工技術(shù)中，絲錐是全接觸的，需要連讀作用，作用力比較大，對機(jī)床的功率要求比較高，銑削螺紋是斷屑加工方式，刀具僅和加工零件的局部接觸，作用力比較小，對機(jī)床功率的要求也比較低。

2.5 適用性強(qiáng)

在制造薄壁類零件時(shí)，在加工過程中，由于切削力比較大，很容易發(fā)生變形現(xiàn)象，不但會對加工效率造成影響，還會影響質(zhì)量，此時(shí)采用銑削螺紋方式進(jìn)行加工能有效地解決這些問題。

2.6 經(jīng)濟(jì)性高

對于硬度比較高的材料，采用傳統(tǒng)的加工方式進(jìn)行，如果使用成套的整體式硬質(zhì)合金絲錐，需要投入很大的成本，而采用硬質(zhì)合金刀片式或整體式硬質(zhì)合金的螺紋銑刀，只需要購買刀片就能完成加工，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

3 銑削螺紋刀具

螺紋銑刀可以分為機(jī)夾式和整體式兩種，機(jī)夾式可以分為單齒式和多齒式兩種，單齒式刀具結(jié)構(gòu)和內(nèi)螺紋車刀比較相似，刀具旋轉(zhuǎn)一周只能加工一個(gè)齒；多齒式刀具具有多個(gè)螺紋加工齒，刀具旋轉(zhuǎn)一周能加工多個(gè)齒，具有很高的加工效率。機(jī)夾式螺紋銑刀的主要特點(diǎn)是刀片制造簡單，成本比較低，部分刀片可以雙面切削，但機(jī)夾式螺紋刀具的抗沖擊能力比較差。整體式螺紋銑刀是一種固定螺距螺紋銑刀，刀刃上有多個(gè)螺紋加工齒，刀具的整體是由硬質(zhì)合金支撐的，具有很好的剛性，切削速度和進(jìn)給速度很快，加工范圍比較廣，但成本比較高。

4 螺紋銑削加工實(shí)例

某零件材料為鋁合金，要求小批量生產(chǎn)，Φ50的螺紋底孔留余量為0.1mm，螺紋有效長度為40mm，數(shù)控銑床操作系統(tǒng)為Fanucoi-MA。

4.1 工藝分析

該工藝要求加工1個(gè)M72×2內(nèi)螺紋和4個(gè)M16×1.5內(nèi)螺紋，要求四個(gè)內(nèi)螺紋的相對位置精度、同軸度等相同，采用螺紋銑削加工。根據(jù)實(shí)際情況選擇機(jī)夾單刃螺紋銑刀，其中螺距為2.0mm，刀片型號為VARGUS6BI2OISOTM2，硬度為HRC100，回轉(zhuǎn)直徑為46，刀片的參數(shù)為L=63mm、I=36mm、D1=54mm、D2=38mm，銑削方式為順銑。

在選擇螺紋銑刀時(shí)需要注意刀具的直徑必須小于孔直徑，螺紋銑刀的選擇要根據(jù)螺距確定，無論是在進(jìn)行內(nèi)螺紋加工，還是在進(jìn)行外螺紋加工時(shí)，都必須保證螺紋銑刀的螺距不發(fā)生變化。刀具的長度要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。本次加工中，采用M14組合式多工位專用螺紋銑刀，刀具裝夾后，能一次性加工4個(gè)M16×1.5內(nèi)螺紋，能為加工精度提供保障。

4.2 初步計(jì)算

經(jīng)過計(jì)算得出，M72螺紋底徑為69.4mm，M16螺紋底徑為14.05mm，M72內(nèi)螺紋單邊加工余量為1.3，由于分三次加工完成，因此，1.3余量依次分為0.53、0.62、0.15，M16內(nèi)螺紋單邊加工余量為0.975，三次加工依次分配為0.175、0.625、0.175，切削速度為120m/min，M72內(nèi)螺紋主軸轉(zhuǎn)速為830r/min，M16內(nèi)螺紋主軸轉(zhuǎn)速為764r/min。

4.3 起始下刀位置

由于螺紋銑刀本身沒有導(dǎo)程，因此，主軸的轉(zhuǎn)速不需要和Z軸的進(jìn)給速度完全相同，只需要通過數(shù)控系統(tǒng)的G02、G03螺旋插補(bǔ)功能完成X、Y、Z軸聯(lián)動。每圈進(jìn)給距離不變，每次下刀都從一個(gè)固定不變的高度開始，這樣就能保證加工出來的螺紋在相同的位置。本次加工從Z軸原點(diǎn)開始，刀具從下到上順銑加工右旋內(nèi)螺紋，刀具主軸沿著順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。

在加工M72×2內(nèi)螺紋時(shí)，銑刀必須位于零件X軸、Y軸的原點(diǎn)，同時(shí)要在Z軸的安全深度，由于多齒刀片存在一定的安全距離，因此，下刀的起始位置要比零件的底面稍微低點(diǎn)。本次加工M72×2內(nèi)螺紋下刀起始點(diǎn)在Z-41處，這個(gè)位置能保證銑刀平緩地切出螺紋。

在加工M16×1.5內(nèi)螺紋時(shí)，采用組合式多工位專用螺紋銑刀，先定位，然后垂直下刀鏜Φ50內(nèi)孔面及銑倒角，然后緩慢將刀片抬起來，銑削螺紋。

5 銑削螺紋程序編制

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的進(jìn)步，在進(jìn)行銑削螺紋程序編制時(shí)，可以采用我國自主研制的CAD、CAM、CAPP、PDM等軟件產(chǎn)品，操作界面十分簡單，生產(chǎn)加工人員只需要通過選擇“加工”—“其他加工”—“銑削螺紋加工”的命令，然后根據(jù)加工螺紋的相關(guān)信息，填入加工參數(shù)，就能產(chǎn)生刀具運(yùn)行軌跡。

6 結(jié)語

銑削螺紋加工工藝具有性能高、精度高、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，將銑削螺紋應(yīng)用在數(shù)控加工中，能有效地降低生產(chǎn)成本、提高加工效率，使用者可以根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，合理地運(yùn)用銑削螺紋工藝，從而有效促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 龐勇.螺紋加工工藝方法研究[J].新技術(shù)新工藝，2014，（6）.

[2] 劉峙.螺紋車刀在銑削螺紋時(shí)的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動化，2013，（5）.

作者簡介：陳勇（1979—），男，廣西陸川人，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系二級實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造及加工、數(shù)控加工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint