铝合金腔体高精度内螺纹铣削加工

铝合金腔体高精度内螺纹铣削加工

摘要：随着电子产品结构件的加工精度逐步提高，用传统的丝锥手工攻丝加工的螺纹孔很难达到设计精度要求。本文研究了铝合金腔体高精度内螺纹铣削加工中的工艺方法，包括加工原理、刀具选择以及编程方式。在MIKRON数控机床上进行了螺纹铣削的加工试验，并对铣削的螺纹进行了加工精度检测评估。

关键词：螺纹铣削内螺纹加工精度

正文：

1.引言

电子产品中使用螺纹连接的铝合金材料的结构件，其螺纹孔加工的典型工艺流程为：数铣点出中心孔——钳工打螺纹底孔——钳工用丝锥攻丝加工内螺纹。此方法加工内螺纹存在以下问题：（1）很难控制攻丝深度和垂直度，螺纹精度不高；（2）丝锥加工螺纹毛刺较多，去除困难。

随着数控技术的发展，螺纹铣削加工开始应用到螺纹加工当中。螺纹铣削具有以下优势：⑴螺纹垂直度较好，毛刺少，尺寸精度高，无需退刀槽就能靠近底部加工出精确深度的螺纹；（2）不受螺纹结构和旋向的限制，用同一把螺纹铣刀可以加工不同结构、旋向的螺纹；（3）螺纹铣刀耐用度高，能降低加工成本。

随电子产品的发展，其铝合金结构件上螺纹孔的加工精度提出了更高的要求，丝锥攻丝加工内螺纹的方法已经很难满足精度要求，研究数控加工是实现高精度内螺纹铣削加工成为必须。

2.高精度内螺纹加工存在问题分析

电子产品中一个典型的铝合金腔体结构内螺纹结构如下图：（单位：mm，下同）

图中螺纹孔大小为M5×0.5，要求此螺纹孔最小深度为3.3，且不允许深度为3.5的平面有毛刺。使用手工攻丝加工很难实现，面对此类工艺瓶颈，急需寻找一种新的精度更高的内螺纹加工方法。

3.内螺纹铣削加工工艺研究

3.1加工原理

考虑到螺纹铣削法在加工精度上的优势，采用以下工艺流程进行加工：数铣点出螺纹孔中心孔——数铣加工出螺纹孔底孔——数铣铣削出螺纹孔内螺纹。通过工件一次装夹和定位，就可加工出一个完整的螺纹孔。

螺纹孔内螺纹铣削中，利用数控铣床的螺旋插补功能，刀具在XY方向上做圆周运动，同时沿Z轴做直线运动，从而走出螺旋线轨迹的方法形成螺纹。加工示意图如下：

从图2可以看出，螺纹铣刀在XY平面内每旋转一周，在Z方向上就移动一个螺距。

3.2铣削刀具选择

螺纹铣刀分为三种：单齿式、机夹式和整体式，各螺纹铣刀的结构见下图。

单齿式机夹式整体式

其中单齿式螺纹铣刀结构简单，可以利用折断报废的铣刀刃磨而成，成本较低，在铣削螺纹时与工件接触面积小，切削力较小，不会出现让刀现象，能较好的保证螺纹的精度。因此从加工成本和加工安全性的角度综合考虑，优先选用单齿式螺纹铣刀进行腔体螺纹孔内螺纹的铣削实验。

3.3加工机床选择和程序编制

只要是三轴联动数控机床都可实现螺纹铣削加工。选择了MIKRON数控机床进行腔体的内螺纹铣削试验，螺纹铣削过程为：

3.3.1.刀具以快速进给的方式沿着刀具轴向定位在工件表面上方的装夹间隙中。

3.3.2.刀具按预定的进给速度移动到螺纹孔起始面。

3.3.3.刀具首先以相切的方式切入螺纹公称直径，在进行螺旋线切入之前，进行刀具轴的补偿运动，以便使螺纹路径编程从螺纹孔起始面处开始。

3.3.

4.根据螺纹铣刀的不同种类和设置的螺纹切削参数，刀具通过连续的螺旋线运动铣削螺纹。

3.3.5.切削完成后，刀具在切线方向切出轮廓并返回加工平面的起始点处。

MIKRON五轴加工中心为海德汉控制系统，本身提供了螺纹铣削指令262，只需短短几条指令便可完成内螺纹的切削，主要程序段如下：

CYCLE DEF 262 螺纹铣削

Q335=5；螺纹公称直径

Q239=0.5；螺纹螺距

Q201=-3.3；螺纹高度

Q355=1；刀具为单齿铣刀

Q351=+1；铣削方式为顺铣

Q200=10；安全间隙

Q203=30；工件表面坐标

Q204=50；第二个安全间隙

Q204=1000；铣削进给速度

3.4铣削精度对比

分别用铣削加工和传统手工攻丝加工图1所示的M5×0.5深3.3的内螺纹，试验样件如图4。

两种工艺方法加工的内螺纹剖开形貌如图5和图6所示。

加工试验后，进行了螺纹检测，其中螺纹径向尺寸采用M5×0.5的标准螺纹通规和止规进行检测，而螺纹深度尺寸采用螺纹深度规进行检测，结果如下：

铣削加工的螺纹径向尺寸：通规通，止规止；深度尺寸：3.2—3.4；螺纹表面质量：毛刺少，深3.5平面光洁无划痕，螺纹尾部无积屑现象。

攻丝的螺纹的径向尺寸：通规旋入较困难，止规止；深度尺寸：3.0—3.5；螺纹表面质量：毛刺较多，深3.5平面有划痕，螺纹尾部有明显积屑现象。

可以看出，数控铣削加工的内螺纹尺寸精度均能很好的满足设计要求。通过数控程序控制，既精确保证了内螺纹最小深度尺寸，又避免了刀具触伤3.5深的平面，完美地解决了传统手工攻丝无法解决的难题。

4.结语与展望

本文研究了螺纹铣削技术在高精度内螺纹加工中的应用。分析了螺纹铣削的工作原理，介绍了内螺纹铣削刀具的选择、数控机床的选择以及程序的编制方法，对腔体螺纹孔拟制了铣削工艺路线并进行了实验。实验结果表明，螺纹铣削工艺可以较好的提高螺纹加工的尺寸精度。

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作者简介：

周广晏，男，山东郓城，1980年12月西南电子设备研究所，工程师电子产品制造