周 登 科

(江蘇汽車技師學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225003)

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內(nèi)螺紋車刀數(shù)控銑削螺紋方法初探

周 登 科

(江蘇汽車技師學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225003)

螺紋銑削是一種新型的螺紋加工工藝，是利用數(shù)控系統(tǒng)三軸同時(shí)聯(lián)動(dòng)的工作原理來實(shí)現(xiàn)螺紋的銑削。與傳統(tǒng)的螺紋加工相比，它具有加工高效率、尺寸精度高、穩(wěn)定性好、使用范圍廣等特點(diǎn)。介紹使用內(nèi)螺紋車刀銑削內(nèi)螺紋的方法及步驟，手工編寫了程序，并成功、有效地完成了螺紋的加工。

螺紋；數(shù)控系統(tǒng)；螺紋銑削；內(nèi)螺紋車刀

0　引言

螺紋的加工方法較多，常見的加工方法主要有車床車削螺紋、絲錐攻螺紋以及板牙套螺紋等。隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，制造螺紋的方法也日益增多，數(shù)控加工螺紋先進(jìn)技術(shù)也逐漸被企業(yè)生產(chǎn)所應(yīng)用，特別是數(shù)控銑削螺紋在中小企業(yè)應(yīng)用更加普及。數(shù)控銑削螺紋是利用數(shù)控系統(tǒng)三軸同時(shí)聯(lián)動(dòng)的工作原理來實(shí)現(xiàn)螺紋的銑削，與傳統(tǒng)的螺紋加工方法相比，較大地提高了螺紋的加工精度和加工效率，并且螺紋的加工工藝安排上更加靈活方便。如：使用一把螺紋車刀可以加工內(nèi)螺紋，也可以加工外螺紋；可以選擇順銑，也可以選擇逆銑。對(duì)于難加工材料，采用傳統(tǒng)的方法加工有時(shí)很難達(dá)到目的，而使用數(shù)控螺紋銑削可以使得工作變得簡單容易。此外，刀具的使用壽命及耐用度與傳統(tǒng)的加工工藝相比較可以提高十倍甚至幾十倍。目前，螺紋銑削工藝加工螺紋，在企業(yè)小批量生產(chǎn)螺紋中得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

1　數(shù)控螺紋銑削的優(yōu)勢

1.1加工高效率

使用絲錐加工螺紋時(shí)，由于切削速度相對(duì)較低且螺紋加工好后需要反轉(zhuǎn)才能退刀，想要提高螺紋的加工效率是非常困難的。使用螺紋銑刀銑削，可以較高地提高銑削速度和銑削進(jìn)給速度，從而可以較高地提高生產(chǎn)率。為了使切削螺紋的效率達(dá)到最高，最好選用能在一轉(zhuǎn)(360°)之內(nèi)加工所需螺紋的足夠大刀具，同時(shí)刀具也具有所需要的安全間隙。對(duì)于較大直徑螺紋的加工，使用螺紋刀片，相對(duì)于用絲錐或板牙，螺紋銑刀的耐用度提高了幾十倍，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。沒有過渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的機(jī)件采用車削、絲錐、板牙很難加工，數(shù)控銑削卻很容易實(shí)現(xiàn)。

1.2優(yōu)異的表面質(zhì)量及尺寸精度

使用絲錐加工螺紋時(shí)，銑削速度和材質(zhì)限制了螺紋表面質(zhì)量的提高。然而，使用螺紋銑削加工螺紋時(shí)表面粗糙度的提高不再是一個(gè)難題。在銑削螺紋時(shí)，由于螺紋的形成是刀具三軸聯(lián)動(dòng)切削而成，因此，具有切削速度較高、銑削力較小等特點(diǎn)?？梢约庸じ悠交透鼮榫艿穆菁y。對(duì)于尺寸精度要求更高的螺紋，我們可以通過螺旋插補(bǔ)功能來保證螺紋的銑削精度以及表面粗糙度，如尺寸不在公差范圍內(nèi)，只需將補(bǔ)償值輸入系統(tǒng)，就能方便地達(dá)到修改目的，達(dá)到螺紋的公差要求，即可完成高精度螺紋的加工。

1.3穩(wěn)定性好，安全可靠

對(duì)于一些難加工材料如不銹鋼、鈦合金、耐熱鋼以及高硬度的材料，使用絲錐加工螺紋時(shí)，由于刀具磨損嚴(yán)重，切削力顯著增大常會(huì)導(dǎo)致絲錐折斷在工件中。加工螺紋較長時(shí)，絲錐如排屑不暢，直接導(dǎo)致其蹦刃，甚至損壞工件。取出斷裂絲錐既耗時(shí)，又耗力，嚴(yán)重影響了加工效率。要讓這個(gè)問題很好地得到解決，可以采用螺紋銑削方法來加工螺紋。由于螺紋銑削是刀具由表面逐漸切入工件，一定程度上減小了切削力，保護(hù)了刀具。另外螺紋銑削屬于斷屑切削，刀具的直徑比加工螺紋直徑小，易于排屑，不容易出現(xiàn)粘屑的現(xiàn)象。對(duì)于軟材料的銑削即便是刀具發(fā)生粘屑現(xiàn)象意外破損，由于螺紋銑削屬于高速、斷屑切削，也能在不損壞工件的情況下很輕松地從工件里取出，提高了加工螺紋的穩(wěn)定性，使得安全得到保證。

1.4使用范圍廣，加工成本低

螺紋銑削應(yīng)用范圍廣，可以在各種條件下進(jìn)行加工，銑削工藝的安排也比較靈活。例如：一把螺紋銑刀可以加工外螺紋，也可以加工內(nèi)螺紋；可以加工右旋螺紋，也可以加工左旋螺紋；可以選擇順銑，也可以選擇逆銑。螺紋銑削工藝與鏜孔加工工藝很相似，加工過程中，直徑大小的調(diào)整也很方便，螺紋銑刀可以直接選用一把內(nèi)螺紋車刀來代替，并且可以加工出很多直徑不同的等距螺紋，大大地節(jié)約了成本。使用傳統(tǒng)方式絲錐加工螺紋時(shí)，對(duì)于相同螺距不同直徑的螺紋加工，則需要準(zhǔn)備不同直徑的絲錐，這使得刀具的儲(chǔ)備量增加且加工過程中換刀的時(shí)間也增多。如果使用螺紋銑削，由于它是利用螺旋插補(bǔ)原理來工作的，對(duì)于不同直徑的螺紋只需改變加工程序或?qū)⒉逖a(bǔ)數(shù)值補(bǔ)償輸入到系統(tǒng)里，就可以完成不同直徑螺紋的加工，節(jié)約了時(shí)間，降低了成本。

2　數(shù)控螺紋銑削原理

螺旋銑削究竟是什么?從本質(zhì)上說，它是一種圓弧插補(bǔ)，是在同一程序段中同時(shí)包含圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)的圓弧或圓周加工編程技術(shù)。螺旋銑削使用稱為螺旋插補(bǔ)的可選控制系統(tǒng)功能，它最簡單的定義就是三軸聯(lián)動(dòng)的圓弧插補(bǔ)。該陳述可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)樗岛粋€(gè)三維空間的弧或者圓，這樣的弧或圓在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中是不存在的，然而G02或G03 圓弧插補(bǔ)指令確實(shí)可以使用所有三根軸，如圖1所示。

3　加工實(shí)例

實(shí)例：方形鐵塊上加工M16螺紋(如圖2所示)。

螺紋刀準(zhǔn)備：加工M16螺紋，可以選一把直徑為?8的內(nèi)螺紋車刀刀桿，刀桿上裝有2個(gè)螺距的涂層硬質(zhì)合金螺紋車刀片。

機(jī)床系統(tǒng)：華中系統(tǒng)；工件材料：45#鋼

螺紋底孔直徑：16-2=14；主軸轉(zhuǎn)速：S=1 800r/min

進(jìn)給量：F=100mm/min；銑削方式：逆銑

4　加工步驟

4.1加工螺紋底孔及倒角

(1)用?13mm鉆頭鉆通孔；(2)?6mm立銑刀將底孔加工到位；(3)?6mm倒角刀倒角1.5

4.2計(jì)算內(nèi)螺紋車刀旋轉(zhuǎn)半徑

將裝有內(nèi)螺紋車刀銑刀柄安裝到機(jī)床上，在MDI模式下，輸入快速移動(dòng)指令，使主軸與螺紋孔中心重合，并且將機(jī)床相對(duì)坐標(biāo)X或Y設(shè)置為0。主軸旋轉(zhuǎn)，在手動(dòng)操作方式下旋轉(zhuǎn)手搖脈沖器將內(nèi)螺紋車刀下降至內(nèi)螺紋孔內(nèi)，而后將刀具沿X或Y軸方向緩慢移動(dòng)，至刀尖碰到孔壁聽到聲響時(shí)，停止移動(dòng)。記錄X或Y的移動(dòng)量a(見圖3)。計(jì)算內(nèi)螺紋車刀的旋轉(zhuǎn)半徑R=D/2-a (D底孔直徑)。將計(jì)算出來的R值輸入到相對(duì)應(yīng)的半徑補(bǔ)償系統(tǒng)內(nèi)或者直接編程時(shí)使用。經(jīng)測量計(jì)算內(nèi)螺紋車刀旋轉(zhuǎn)半徑R=D/2-a=14/2-1.4=5.6。

4.3加工螺紋

刀具在銑削加工螺紋時(shí)是按照螺旋線方式工作的，在X、Y軸按旋轉(zhuǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)Z軸上作直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。即刀具軸向旋轉(zhuǎn)一周，軸向進(jìn)給一個(gè)導(dǎo)程，三根軸運(yùn)動(dòng)通常是同步的，并且同時(shí)到達(dá)目標(biāo)位置。

5　程序編制

%00001

N100 G21

N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90

N104 T1 M6使用?13麻花鉆頭加工M16×2螺紋底孔

N106 G0 G90 X0. Y0. A0. S500 M3

N108 G43 H1 Z100. M8

N110 G98 G83 Z-20. R5. Q-1. F35.

N112 G80

N114 M5

N116 M9

N118 G91 G28 Z0.

N120 T2 M6使用?6鎢鋼銑刀精加工M16×2螺紋底孔到位

N122 G0 G90 X-1.5 Y.6 A0. S1500 M3

N130 G43 H2 Z100. M8

N132 Z10.

N134 G1 Z0. F80.

N136 Z-15

N138 G1 Z-15.5 F80.

N140 G41 D3 X-3.4

N142 G3 X-4. Y0. I0. J-.6

N144 X0. Y-4. I4. J0.

N146 X4. Y0. I0. J4.

N148 X0. Y4. I-4. J0.

N150 X-4. Y0. I0. J-4.

N152 X-3.4 Y-.6 I.6 J0.

N154 G1 G40 X-2.8

N156 G0 Z100.

N158 M5

N160 G91 G28 Z0. M9

N162 T3 M6使用?6mm倒角刀倒角1.5×1.5

N164 G0 G90 G54 X-4.8 Y1.2 A0. S1500 M3

N166 G43 H5 Z100. M8

N168 Z5.

N170 G1 Z-2.5 F200.

N172 G3 G41 D5 X-6. Y0. I0. J-1.2 F100.

N174 X0. Y-6. I6. J0.

N176 X6. Y0. I0. J6.

N178 X0. Y6. I-6. J0.

N180 X-6. Y0. I0. J-6.

N182 G40 X-4.8 Y-1.2 I1.2 J0.

N184 G0 Z100.

N186 M5

N188 G91 G28 Z0. M9

N190 T4 M6使用?8mm內(nèi)孔車刀(旋轉(zhuǎn)半徑5.6)加工M16×2

N192 G0 G90 G54 X0. Y0. A0. S1500 M3

N194 G43 H4 Z100. M8

N196 Z3.

N198 G1 Z.5 F200.

N200 G42 D4 Y2.4 F100.

N202 #l=2

N204 WHILE[#1GE-15]D04

N206 G91G2I-2.4Z-2F200

N208 #l=#l-2

N210 ENDI

N212 G90GlG40X0Y0

N214 G0Z200M9

N216 G49Z0

N218 M30

6　結(jié)論

傳統(tǒng)的螺紋加工既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，螺紋車削等方法已無法滿足生產(chǎn)的需要，這時(shí)可以用銑削的方法加工螺紋，這樣不但改變了螺紋的加工工藝方法，而且取得了良好的效果。采用數(shù)控銑削加工螺紋，不僅適用面廣，穩(wěn)定性好，而且能提高表面質(zhì)量，提高加工效率。采用銑削方式加工螺紋，同一把刀具可不受通孔和盲孔的限制。螺紋銑削工藝逐漸被企業(yè)認(rèn)可和應(yīng)用。

[1]斯密德.數(shù)控編程手冊(cè)[M].羅學(xué)科,等,譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[2]魏云海，張祝強(qiáng).數(shù)控操作工全技能速成[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[3]游新彥, 張亦衡.鋁合金材質(zhì)大直徑內(nèi)螺紋銑削加工研究[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào),2013,(4):54—57.

責(zé)任編輯：張耀華

10.3969/j.issn.1674-6341.2016.04.017

2016-04-08

周登科(1983—)，男，江蘇淮安人，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。研究方向：機(jī)械加工。

TH16

A

1674-6341(2016)04-0037-03