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論單刃螺紋銑刀銑削螺紋的加工方法及編程（chéng）

2016-8-31 來源：雲南能源職（zhí）業技術（shù）學院作者：崔亞軍

摘要：在加工中心、數控銑機床上，使用螺紋銑刀銑削螺紋已逐（zhú）步成為一種重要的螺紋加工方法，在理（lǐ）解、掌握（wò）螺紋銑刀銑削螺紋原理的基礎上，合理的（de）選用單刃螺紋銑刀及使用數控係統的特殊功能和宏指令，編製科學、高效的（de）加工程序，可充分發揮數控機床、數控係統的應用潛力，提高螺紋的加工精（jīng）度及（jí）加工效率，降低零件的加工成本。

關鍵詞：單刃（rèn）螺紋銑（xǐ）刀；加工方法；編程

0、引言

在機械製造業及其他行業中，螺紋聯接方式（shì）被廣泛應用（yòng），由於使用場合的不同，螺紋的形式也各不相（xiàng）同（tóng），從外觀上看，主要有內、外兩種形式，按牙型截麵形狀看，主要有三角形、梯形、矩（jǔ）形和鋸齒形等（děng）形式，其中，以牙型為三角形的螺紋最為常見，也應用得（dé）最為普遍（biàn）。

現代的螺紋（wén）加工方法（fǎ）主要有非切削加工和切（qiē）削加工兩大類：非（fēi）切削加工就是（shì）采用與（yǔ）被加工螺紋牙型相同的滾壓模具與工件（jiàn）同（tóng）步旋轉（或移動），使工件產生塑性變形，以得到所需螺紋的加工方（fāng）法，主要用在大批量的（de）標準（zhǔn）件加工中；切削加工就是通（tōng）過車、銑、攻絲、磨等切削機床（chuáng）加工，獲得螺紋的加工方法。目前，在機械（xiè）製造業中，切削加工（gōng）仍然是螺紋加工的主要的方法，隨著數控技術發（fā）展和數控機床（chuáng）的普及，在數控機床上，銑削螺紋正在成為一種新（xīn）的螺紋加工方法，由於數控機床具（jù）有較高柔性、高精度（dù）和高效率等特點，在螺紋的銑削過程中，對螺紋（wén）的旋向、直徑和螺距調（diào）整極為方便，這是傳統采（cǎi）用絲錐、板牙等加（jiā）工方法所不能達到的，因此（cǐ），螺紋（wén）銑削加（jiā）工正逐步成為螺紋切削加工中重要（yào）的加工（gōng）方法[1-2]。

1、單刃螺紋（wén）銑刀螺紋銑（xǐ）削的（de）加工（gōng）

1.1螺紋（wén）銑削的（de）原理

采用與被加工螺紋（wén）相同齒形的刀刃（rèn）的螺紋銑刀，刀具在水平平麵上每運動一周，垂直平麵直線移動一（yī）個P （導程），重複這個加工過程就完成了螺紋的加工（gōng）。在實際加工中，螺紋銑刀在主軸的帶動下作螺旋銑削加工，每螺旋銑（xǐ）削一（yī）周，刀具的Z軸方（fāng）向移動一個下刀高度（導程）。

圖1 螺紋銑削原理示意圖

1.2螺（luó）紋銑刀

隨著刀具製造業的發展（zhǎn），新（xīn）的刀具材料、工藝廣（guǎng）泛的（de）應用，螺紋銑刀也由原來的高速鋼、硬質合金整體（tǐ）式銑刀（dāo），發展到（dào）帶塗層的（de）可（kě）更換刀片的機夾式銑刀，目前，使（shǐ）用最多的有：單刃可（kě）轉位螺紋銑刀，多刃可更換（huàn）刀片（piàn）螺紋銑刀和多刃多頭螺紋銑刀三大類。

圖2 單刃可轉（zhuǎn）位螺紋銑刀

（1）單刃可轉位螺紋銑刀：如圖2所示，螺紋（wén）銑刀的螺（luó）距不固定，可加工任意螺距（jù）的螺紋。結構像內（nèi）螺紋車刀，優點是（shì），刀片可以與螺紋車刀通用，每次加工隻用一個螺紋加工齒，當一個加工齒磨損後，還可以更換其餘兩個齒使用（yòng），使用成本低，且規格齊全，價格（gé）低廉，容易購買；缺點是，加工效率（lǜ）較低，不適宜大批（pī）量生產。

（2）多刃可更換刀片螺紋銑刀（dāo）：如（rú）圖3 所示，是一種定螺距螺紋銑刀，刀片上刀齒間距是固定的，隻能加工與之對應螺距的螺紋，加工時，刀具（jù）上（shàng）所有的刀齒均參與切（qiē）削，效率（lǜ）較高，如果其中一個加工齒磨損或損（sǔn）壞時，將影響與之對應（yīng）的那段螺紋的加工（gōng）質（zhì）量。優點是，刀片（piàn）更換方便，加工效（xiào）率高（gāo），適宜大批（pī）量生產；缺點是，通用（yòng）性（xìng）差，隻能加工特定螺距的螺紋，使用成本較高（gāo）。

圖3 多刃可更換刀片螺紋銑刀

（3）多刃多頭螺紋銑刀（dāo）：如圖4所（suǒ）示，也是（shì）一種定螺距螺紋銑刀，和多刃可更換刀片螺紋銑刀（dāo）一樣，刀片上刀齒間距是固定的，隻能加工（gōng）與之對應螺距的螺紋，但因其是整體製造，且具有多排多齒螺旋切削（xuē）刃，在加工時，切削更平穩，效率更高，優點是（shì），可實現大批量螺紋的高速加工；缺點是，隻能加工特定螺（luó）距的螺紋，刀具價（jià）格昂貴（guì），使用成本非常高。

圖4 多刃多頭螺紋銑刀

在實際生（shēng）產中，除特殊行業有大批量進行螺紋銑削需要外，絕（jué）大多數的（de）中、小企（qǐ）業對（duì）螺紋的銑削都是單件和小批量生產，因此，出於生產成本及通用性考慮，本文僅以單刃螺紋銑刀銑（xǐ）削螺紋展開討論。

1.3單刃螺紋銑（xǐ）刀（dāo）的加（jiā）工優點

（1）刀具的通用（yòng）性好

一（yī）把刀具可加工與刀具相同齒（chǐ）形（xíng）的任（rèn）意直徑的內、外螺紋，且沒有（yǒu）旋向限製。省去了加工不同螺距螺紋，需使（shǐ）用大量（liàng）不同螺距螺紋銑刀的麻煩，減少了加工中刀（dāo）具的使用。

（2）加工精（jīng）度高

采用單刃螺紋銑刀銑削螺紋，可獲得較小的表麵粗糙度，通過刀具半徑補償和修改程序來控製螺紋（wén）加工精（jīng）度，可加工出任意中（zhōng）徑公（gōng）差的螺紋。

（3）加（jiā）工效率高

螺紋銑（xǐ）刀大多使用硬（yìng）質合（hé）金製造，能采用較高的切削速度和進給率（lǜ），且（qiě）切削力（lì）小，效率（lǜ）高。

（4）可加工至整個螺紋深度

在加工盲孔螺紋時，銑（xǐ）螺紋可將螺紋加工至孔（kǒng）底部，加（jiā）工出整個螺紋深度，無螺紋導向錐。

2、單（dān）刃螺紋銑刀銑削螺紋的編程

2.1編程的方法

根據螺（luó）紋的結構和形成原理，分析可知（zhī），隻要保證螺紋銑刀在作整圓銑削的過（guò）程中，每圈Z向（xiàng）進給的距（jù）離固定不變（螺距），且每次都從一個固定（dìng）的Z 點進刀，就可以（yǐ）加工出所（suǒ）需的螺（luó）距的螺紋。

2.2普通螺紋計算公式：

中徑d2=d-0.649 5 t；

內徑d1=d-1.082 5 t；

理論高度H=0.866 0 t；

工作高（gāo）度h=0.541 3 t；

圓（yuán）角半徑r=H/6=0.144 3 t；

內螺（luó）紋的螺紋底孔直徑為：公稱直徑-1.3P；

內螺紋單邊加工餘（yú）量（liàng）為：0.65P。

以上：P——導程；

t——螺距。

2.3程序編製

以（yǐ）在（zài）FANUC- 0i數控係統數控銑設備上，用 20 mm的單線（xiàn）螺（luó）紋刀加工M43×1.5-7H的非標螺紋，深（shēn）度為30 mm 的內螺紋為例，程（chéng）序編寫如下（xià）：（外螺紋加（jiā）工程序，隻需改（gǎi）動進退刀點和子（zǐ）程（chéng）序中的圓弧銑削方向指令即可）

（1）簡單編程

程序編寫的思路，就是將一個下（xià）刀高度作為螺旋（xuán）線高度編（biān）成（chéng）一個子程序，通過用（yòng）戶參數設置G10指令[3]改變刀具半徑補償值，重複調用螺旋加工子（zǐ）程序，實現自動加工。

O1000；程序名

G40 G49 G80；初始化

M03 S2000；主軸正轉

G00 G90 G54 X0 Y0；快速定位到坐標係原點

G43 Z10 H1 M08； Z 軸下刀，長度補償，切削液開

G10 L12 P1 R10.975 設定D01初始值

M98 P2000 L3 調用子程序

G00 Z100；快速提刀，取消長度補償（cháng）

M05 主軸停止

M09 切削液關

M30 程序結束

子程序（xù）1

O2000

G01 G90 Z1.5 F200； Z軸進刀

G42 D01 X21.5 Y0 進給（gěi）到螺紋起點，刀具半徑左（zuǒ）補償

M98 P3000 L22 調用子程序

G01 G90 G40 X0 Y0；絕（jué）對方式，退刀到O點，取消（xiāo）半徑補（bǔ）償

Z1.5 F500； Z軸退刀

G91 G10 L12 P1 R-0.325 改變D01 刀具半徑值

M99 子程序（xù）返回子程序2

O3000

G91 G03 Z-1.5 I-21.5；螺旋銑（xǐ）削螺紋1周，螺距1.5

M99 子程序返回

（2）采用宏（hóng）指令方式編程[3-4]通用內螺（luó）紋加（jiā）工程（chéng）序，通過預設定內螺紋底徑、長度（dù）、銑刀直徑、螺（luó）距等值，實現任意國標內螺紋的自動加工。

程序注釋

O0001

#1=41.5 內螺紋底徑（jìng）

#2=30 螺紋長度

#3=20 銑（xǐ）刀直徑

#4=1.5 螺距T

#5=0 Z向自變量坐標

#6=[#1-#3]/2-0.65*#4 螺紋徑向的刀具中心起點（diǎn）坐標

#7=[#1-#3]/2 螺紋（wén）徑向的刀具中心終點坐標

#8=0.5 螺紋徑向加工步距

S2000 M3

G00 G90 G54 X0 Y0

Z30

N10#5=#5+#4 Z向自變（biàn）量起點坐標（biāo）

G1 Z#5 F300 為保證加工螺紋的完整，向上偏移一（yī）個螺距

#6=#6+#8 X向（xiàng）自變量（liàng）

IF[#6GT#7]THEN#6=#7 條件判斷（duàn）

G01 X#6

N20#5=#5-#4 Z向自變量終點坐標

G03 I-#6 Z#5 X向加工時球（qiú）刀中心點坐標

IF [#5GE[-#2] ]GOTO 20 -#2 是為保證加（jiā）工螺紋的（de）完整，向下（xià）多加工一個螺距

#5=0 Z向自變量坐標清（qīng）零

G01 X0 X向（xiàng）退刀

G00 Z[#5+#4] Z向退刀

IF [#6LT#7] GOTO 10 判斷螺紋深度是否（fǒu）達到預定（dìng）值

G01 X0 X向退刀

G00 Z100 Z向退刀

M30 程序（xù）結束

經在生產實際（jì）中加工驗證，采用單刃螺紋銑刀和上述加工程序進（jìn）行螺紋加工時，程序運行時間短，隻需8分鍾；表麵質量（liàng）好，表麵粗糙度可達Ra1.6；螺紋中徑控製精確、一致性好，連續加工4個螺紋孔，螺紋（wén）中徑均無變化；刀具耐用度高，連續加工4個螺紋孔後，刀具無任（rèn）何磨損（sǔn）痕跡，並且不需要到專業廠家定製非標專用絲錐，大大降低了購置專用刀具的成（chéng）本。

3、結束語

在實際（jì）生產中，在滿足使用要（yào）求和加工精度的前題條件（jiàn）下，盡可能采用單刃螺紋銑削加工方式加（jiā）工螺紋，可擴（kuò）大（dà）數控設備的（de）加工範圍，減少生產投入，提高零件加工效率，且具有加工精（jīng）度高、並對大直徑及非標準螺紋（wén）的加工非常方便等諸多優勢（shì），因以，在（zài）加工中心、數控銑螺紋加工中采用（yòng）單（dān）刃（rèn）螺紋加工方式（shì）有非常重（chóng）要的意義。

參考文獻：

［1］張寧菊. 基於宏程序的（de）內（nèi）外螺紋的數（shù）控銑削加工［J］ . 機電工程技術，2013（11）：25-27.

［2］徐卿. 基於係統變量（liàng）寫入刀補的螺紋銑削編程［J］ .機電工程技術，2012（12）：69-73.

［3］錢紅，崔亞軍，楊興國. 數控加（jiā）工工藝與編程［M］ .北京（jīng）：北京理工大學（xué）出版社，2012.

［4］ FANUC Series 0i-MC 加工中（zhōng）心操作說明書［M］ . 北京：發那科機電有限公（gōng）司，2003.

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