内螺纹铣削加工

1 引言

传统的螺纹加工方法主要为采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙手工攻丝及套扣..随着数控加工技术的发展;尤其是三轴联动数控加工系统的出现;使更先进的螺纹加工方式———螺纹的数控铣削得以实现..螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比; 在加工精度、加工效率方面具有极大优势;且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制;如一把螺纹铣刀可加工多种不同旋向的内、外螺纹..对于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..此外;螺纹铣刀的耐用度是丝锥的十多倍甚至数十倍;而且在数控铣削螺纹过程中;对螺纹直径尺寸的调整极为方便;这是采用丝锥、板牙难以做到的..由于螺纹铣削加工的诸多优势; 目前发达国家的大批量螺纹生产已较广泛地采用了铣削工艺..

2 螺纹铣削加工实例

图1所示为M6标准内螺纹的铣削加工实例..工件材料：铝合金；刀具：硬质合金螺纹钻铣刀；螺纹深度：10mm；铣刀转速：2;000r/min；切削速度：314m/min；钻削进给量：0.25mm/min；铣削进给量： 0.06mm/齿；加工时间：每孔1.8s..

图1所示加工工位流程为：①位;螺纹钻铣刀快速运行至工件安全平面；

②位;螺纹钻铣刀钻削至孔深尺寸；③位;螺纹钻铣刀快速提升到螺纹深度

尺寸；④位;螺纹钻铣刀以圆弧切入螺纹起始点；⑤位;螺纹钻铣刀绕螺纹轴线作X、Y方向插补运动;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方向上升一个螺距;三轴联动运行轨迹为一螺旋线；

⑥位;螺纹钻铣刀以圆弧从起始点也是结束点退刀；⑦位;螺纹钻铣刀快速退至工件安全平面;准备加工下一孔..该加工过程包括了钻孔、倒角、内螺纹铣削和螺纹清根槽铣削;采用一把刀具一次完成;加工效率极高..

3 螺纹铣刀主要类型

在螺纹铣削加工中;三轴联动数控机床和螺纹铣削刀具是必备的两要素..以下介绍几种常见的螺纹铣刀类型：

1 圆柱螺纹铣刀

圆柱螺纹铣刀的外形很像是圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体见图2上;图2下为锥管螺纹铣刀;但它的螺纹切削刃与丝锥不同;刀具上无螺旋升程;加工中的螺旋升程靠机床运动实现..由于这种特殊结构;使该刀具既可加工右旋螺纹;也可加工左旋螺纹;但不适用于较大螺距螺纹的加工..

常用的圆柱螺纹铣刀可分为粗牙螺纹和细牙螺纹两种..出于对加工效率和耐用度的考虑;螺纹铣刀大都采用硬质合金材料制造;并可涂覆各种涂层以适应特殊材料的加工需要..圆柱螺纹铣刀适用于钢、铸铁和有色金属材料的中小直径螺纹铣削;切削平稳;耐用度高..缺点是刀具制造成本较高;结构复杂;价格昂贵..

2 机夹螺纹铣刀及刀片

机夹螺纹铣刀适用于较大直径如D>25mm的螺纹加工..其特点是刀片易于制造;价格较低;有的螺纹刀片可双面切削;但抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差..因此;该刀具常推荐用于加工铝合金材料..图3 所示为两种机夹螺纹铣刀及刀片..图3a为机夹单刃螺纹铣刀及三角双面刀片;图 3b为机夹双刃螺纹铣刀及矩形双面刀片..

3 组合式多工位专用螺纹镗铣刀

组合式多工位专用螺纹镗铣刀的特点是一刀多刃; 一次完成多工位加工;可节省换刀等辅助时间;显着提高生产率..图4所示为组合式多工位专用螺纹镗铣刀加工实例..工件需加工内螺纹、倒角和平台d4..若采用单工位自动换刀方式加工;单件加工用时约30s..而采用组合式多工位专用螺纹镗铣刀加工;单件加工用时仅约5s..

4 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5为左旋和右旋外螺纹的铣削运动示意图..

与一般轮廓的数控铣削一样;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6所示..

5 螺纹铣削编程

现结合M30×1.5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：42CrMo4；螺纹底孔直径：Di=28.38mm；螺纹直径：Do=30mm；螺纹长度L=20mm；螺距：P=1.5mm；机夹螺纹铣刀直径：D2=19mm；铣削方式：顺铣..

1 参数计算

主轴转速N为

N=1000V/D2×p=1000×150/19×3.14=2512r/min

铣刀齿数Z=1;每齿进给量f=0.1mm;铣刀切削刃处进给速度F1为

F1=fz×N=0.1×1×2512=251.2mm/min

铣刀中心进给速度F2为

F2=F1D0-D2/D0=251.2×30-19/30=92.1mm/min

设安全距离CL=0.5mm;切入圆弧半径Re为

Re=Ri-CL2+R02/2R0=14.19-0.52+152/2×15=13.747mm

切入圆弧角度b为

b=180°-arcsinRi-CL/Re=180°-arcsin14.19-0.5/13.747=95.22°

为便于计算; 可近似取值为90°..切入圆弧时的Z轴位移Za为

Za=Pa/360°=1.5×90°/360°=0.375mm

切入圆弧起始点坐标为

2螺纹铣削程序Fanuc系统

%

N10 G90 G00 G57 X0. Y0.

N20 G43 H10 Z0. M3 S2512

N30 G91 G00 X0. Y0. Z-20.375

N40 G41 D60 X0. Y-13.690 Z0.

N50 G03 X15. Y13.69 Z0.375 R13.747 F92 N60 G03 X0. Y0. Z1.5 I-15. J0.

N70 G03 X-15. Y13.69 Z0.375 R13.747

N80 G00 G40 X0. Y-13.690 Z0.

N90 G49 G57 G00 Z200. M5