攻丝工艺的开题报告

硕士学位论文开题报告

研究生朱刚

入学时间2010.09.01

论文题目基于CPAC的钻攻中心

攻丝工艺的研究

学科专业控制科学与工程

导师李建刚

开题报告日期2011.10.12

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文开题报告

目录

目录I

1.课题背景与研究意义 (1)

2.国内外在该方向的研究现状及分析 (1)

2.1 车削内螺纹 1

2.2 钻床切削攻丝 2

2.3 内螺纹铣削加工 2

2.4 挤压攻丝 2

2.5 高速攻丝技术 3

2.6 振动攻丝 3

2.7 电火花内螺纹加工 4

3.主要研究内容 (5)

3.1 攻丝工艺 5

3.2 攻螺纹动作工程 6

3.3 攻丝工艺数据的确定7

4.课题研究进度安排及预期达到的目标 (8)

5.课题研究已具备的设备与资源 (8)

参考文献 (9)

1.课题背景与研究意义

工业的发展离不开机械制造，机器中离不开螺纹，也就离不开螺纹的加工技术[1]。现代机器要求精度、连接强度、耐腐蚀性、耐高温性及可靠性更高的螺纹连接技术，这就不可避免地要采用性能更好的材料、形状更复杂的螺纹结构，因此其加工的难度也变得越来越大。这种趋势使得人们不得不全面地改进螺纹加工的机床和刀具，研究和完善更先进的加工方法[2]。

钻攻中心是一种金属切削机床，全数控集钻孔、攻牙、铰孔、倒角、扩孔等于一体组合机床，样式和功能与加工中心相似，只是比加工中心要小一些，一般行程不超过800*400，虽然可以镗铣加工，但机床主轴功率一般不会太大，所以不能进行强力铣削等大负荷加工，主要用来钻孔、攻丝。机床加工效率比较明显，通常采用转塔式刀库，以减少换刀时间；并采用线型导轨，快移速度比加工中心快。

整个钻攻中心中，攻丝是属于最困难的加工工序。因为丝锥几乎是被埋在工件中进行切削，其每齿的加工负荷比其它刀具都要大，并且丝锥沿着螺纹与工件接触面非常大，切削螺纹时它必须容纳并排除切屑，因此，可以说丝锥是在很恶劣的条件下工作的。为了使攻丝顺利进行，应事先考虑可能出现的各种问题。如工件材料的性能、选择什么样的刀具及机床、选用多高的切削速度、进给量等。

2.国内外在该方向的研究现状及分析

一般小直径内螺纹( 20mm)可以用攻螺纹加工，但对于大直径内螺纹的加工，攻螺纹存在很多问题，最好的加工手段是铣削加工。在内螺纹加工领域中，最传统的工艺手段是切削攻丝，它采用金属切削刀具与工件的相对运动成型加工原理来完成攻丝，一般在车床、钻床等通用设备上进行。

2.1车削内螺纹

车削螺纹是螺纹加工的一种最古老和最常用的基本方法。加工中车刀由于受到自身尺寸限制，车削内螺纹只限用于直径较大的内螺纹加工[3]，而且加工效率也不是很高，因而其加工范围一般仅限于单件小批生产。在大批大量生产中，常常采用螺纹梳刀来提高生产效率[4]。螺纹梳刀实质上是一种特制的类似于拉刀的

多齿车刀，加工中只需一次走刀就能完成全部加工。但是，由于螺纹梳刀加工精度也不是很高，在加工精密螺纹时一般采用其它工艺。

2.2 钻床切削攻丝

钻床攻丝是采用切削丝锥进行内螺纹加工的技术。用切削丝锥(cutting tap)

加工内螺纹的先例可追溯到1797年。

丝锥的种类很多，如德国EMUGE公司能而向广大用户根据需要提供240

种以上不同丝锥[5]。攻丝根据加工操作特点和动力提供可分为手攻和机攻。机攻时丝锥一般通过攻丝夹头与机床主轴连接。根据丝锥与主轴的连接装配差异可把钻床攻丝分为浮动和刚性攻丝两种。刚性攻丝中丝锥与主轴装配的夹头同普通刀具没有特别的差异，浮动攻丝夹头中一般设计有用于补偿主轴与丝锥的轴向进给间细微差别的补偿装置。

钻床切削攻丝中常见的问题有：攻丝扭矩大，丝锥偏斜难以得到控制；加工生产率难以提高，此外润滑也困难[6]。

2.3 内螺纹铣削加工

近些年来，由于数控加工中心等数控程控设备在机械制造领域的普及推广，螺纹铣削技术迅速被得到广泛运用。螺纹的成型运动在数控装置上通过采用直线插补运算控制铣刀与工件之间的相对运动轨迹来完成加工。

螺纹孔铣削加工中，螺纹铣刀比螺纹孔尺寸小，容屑空间比较乐观，有利于相对短小的切屑顺利排出；普通攻丝只能加工最高到60%~75%高度的螺纹孔，用螺纹铣削可以加工出牙高100%的螺纹孔，这将有助于提高内螺纹的各种使用性能[7]。

在铣削螺纹时，若转速与进刀量不匹配将很不利于加工：线速度很低时，铣刀将承受相对较高的压力；切削用量增加过度时，会导致刀具弯曲，甚至折断[8]。此外，铣刀刀具参数和切削参数的合理选择与可靠优化也是铣削技术进一步推广的难题[9]。实践证明，铣削螺纹在加工小螺纹孔时将会遇到很多问题，由于受到尺寸的限制，铣刀刀杆直径尺寸一般设计的较小，加工过程中，刀杆容易产生较大的弯曲变形。使得被加工螺纹孔的尺寸精度和质量精度难以得到控制。

2.4 挤压攻丝

与传统的切削加工不同，挤压攻丝是利用被加工孔的金属材料在受到一定作用力后发生塑性变形和弹性变形的特性，通过挤压丝锥加工出螺纹孔的方法。在

挤丝加工中，材料在丝锥牙尖的挤压作用下，沿牙尖的两侧从螺纹根部挤向螺纹顶部[10]。

目前在挤压攻丝技术推广进程中内螺纹直径尺寸的设计计算和切削液的选

择与润滑是两个主要瓶颈。但凭一些理论经验公式很难有效解决本质问题，底孔直径取值偏小时，丝锥工作扭矩会异常扩大，丝锥磨损严重工作寿命缩短甚至发生破损、折断；直径设计偏大时，螺纹内径尺寸会过大而不能保证螺纹牙形的最小高度[11]。切削液的合理选择与否不仅直接影响挤压丝锥的磨损快慢，切削力

的大范围变动严重时还会造成丝锥的异常折断，更重要的是影响内螺纹加工质量。挤压攻丝的切削液应该选择以润滑为主的切削油，而冷却则显得次要，良好的润滑会有效控制切削力进而控制切削温度，而且适度的热量正好可以利用于提供加工金属材料弹塑性变形发生的条件温度，同时需要可靠控制非均匀冷却。

利用挤压攻丝加工的螺纹孔具有精度高、表面粗糙度低、抗疲劳强度高等优点。但它不能用于脆性材料、薄壁孔及盲孔螺纹的加工，而且丝锥制造成本高，加工扭矩大，加工范围受到一定的限制。

2.5 高速攻丝技术

高速攻丝在加工45号钢上的螺纹孔时可达到100~150m/min的切削速度，

在切削高温合金和不锈钢上的螺纹孔时也可达到30m/min的速度，而普通切削

攻丝的速度一般在2-10m/min，从这个意义上高速攻丝被称为一项令人振奋的新技术。其技术创新关键在于：高速丝锥、高速可反转攻丝夹头和高速螺旋插补机构的设计与制造以及高压切削液的供给方法的实现。高速攻丝可以分成高速浮动攻丝(float tapping)与高速刚性攻丝(rigid tapping)两种[12]。高速浮动攻丝一般采用高速可反转攻丝夹头实现，但由于没有轴向位移的控制措施，螺纹孔的螺距难以得到精确保证，而浮动攻丝也只能用来加工一般质量的螺纹孔。高速刚性攻丝是采用主轴直接带动丝锥作高速正向螺旋运动和回退运动而实现攻丝加工的方法。这种方法有利于提高螺纹孔的加工质量，但主轴惯性大，加速和减速时间长，攻丝速度不易于提高。高速攻丝方法并不能显著减少攻丝扭矩，在加工难加工材料和小直径螺纹孔时，丝锥破损的问题仍然存在，并没有得到本质地改善。

2.6 振动攻丝

振动攻丝技术是通过在丝锥上施加合适的振动而进行攻丝加工的新型工艺

方法。该技术兴起于20世纪60年代的日本和前苏联[13]。但是长期以来由于人

们对振动攻丝机理的认识尚不完善，该技术在工业上并没有获得广泛的应用。