螺纹铣削加工

瓦格斯有限公司 2014-02-12

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。随着中国一步步成长为世界制造中心，大量的订单和先进技术及设备也随之进入中国。数控机床在中国各个工厂得到广泛应用。螺纹铣削广泛应用的瓶颈也不断削弱，以往困难而费时的螺纹加工也因此得到很大改变。

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。

作为一种新型的螺纹加工工艺，螺纹铣削与攻丝相比有着独有的优势和更广泛灵活的使用方式和应用场合。接下来就让我们来好好了解一下。

螺纹铣削加工的定义

螺纹的铣削所用机床必须满足三轴联动功能，螺纹铣刀本身自转，在三轴联动的作用下，完成刀具绕螺纹底孔一周，同时轴向运动一个螺距。(见图1)

图1

1 螺纹铣削的优势

1.1 被加工材料

攻丝可用于硬度不超过50HRC的几乎任何一种材料。螺纹铣削可用于硬度不超过60HRC的材料。当加工难加工材料时，螺纹铣削有时为加工螺纹提供了一种简便的途径，否则采用攻丝将是难以加工的。

1.2 装夹方面

我们知道车削加工零件，最主要的特点就是工件绝大多数都是对称的回转体，如果为大型的不对称的工件，车削加工不但要制作复杂的工装夹具，而且在旋转的过程中，会造成机床的抖动，这样的话不仅仅只是影响到工件的精度问题，最大的隐患就是现场安全问题了。而螺纹铣削就避免了这一问题。因为铣削从来没有对称问题带来的麻烦。(见图2)

图2

1.3 机床功率方面

因为丝锥攻丝是刀具大于螺纹的底孔，这样的话呢，在加工的过程中，就形成了满切削对机床的功率要求要高一些。如果要是采用螺纹铣削的话，相对来说对机床的功率要求就没有攻丝的高了，因为螺纹铣刀要比螺纹底孔小，这样才能伸进孔里圆周围绕着孔壁加工。在江浙地区有好多的私企都是因为机床功率的问题，采用螺纹铣削的。

1.4螺纹直径方面

攻丝都是一种规格的丝锥只能加工，此种规格的螺纹孔。比如说，M8X1.0一支丝锥能加工，换成M10X1.0了呢，就要换上一种。而螺纹铣只要是1.0螺距的规格，直径方面是可以任意变的。这一点是丝锥不能做到的。尤其是大型的螺纹，好多就连生产出相应的丝锥都是很困难的。

1.5加工的表面质量

有时对某种材料攻丝所产生的连续长切屑会造成问题。切屑会被缠在孔内并折断刀具。相对于这点而言，螺纹铣削就不存在问题。像任何铣削加工那样，螺纹铣削生成短而碎的切屑。切屑的处理正是为什么工厂选择螺纹铣削的常见原因。用丝锥加工时，由于较低的切削速度及困难的切屑折断的影响，要想获得很好的表面光洁度和螺纹精度相当困难。然而对于螺纹铣削来说一切都不是问题!很高的切削速度，较小的切削力使切削面很光滑;细碎的切屑能被冷却液轻松冲出工件不会划伤已加工面。对于螺纹精度有较高要求的工件，由于螺纹铣刀是靠螺旋插补来保证精度的，所以只需要调整一下程序就能轻松获得所需高精度螺纹。这个特点在精密螺纹加工中拥有绝对优势。(见图3)

图3

1.6螺纹深度与底孔深度之间的尺寸关系

当加工盲孔时，丝锥不能到达加工到孔底的。因为丝锥头部的锥“点”将到达最低点，为了切削轻快，丝锥前端的几扣是不完整的，对于这部分孔深只能加工出不完整的螺纹。而且对于有些车削来说是必须要求有退刀槽的。具有平底部的螺纹铣刀没有这样的问题。它能加工出更深的完整螺纹，更接近相同盲孔的底部。(见图4)

图4

1.7加工路线的多样性

丝锥仅能加工该丝锥本身所确定的左手或右手旋向的螺纹。但是对于螺纹铣刀而言，只要简单地改变CNC编程就能加工出左手或右手螺纹。采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求，工件材料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。丝锥只能从螺纹的顶部加工，且只能加工内螺纹。而螺纹铣削就可以根据情况，采用加工路线和顺铣逆铣了。(见图5)

图5

1.8螺纹类型的变化

螺纹铣刀可以根据螺纹形式的不一样可以跟换不同的刀片来完成加工，丝锥就不能这么灵活了，一种螺纹一种丝锥。(见图6)

图6

1.9对工件的保护

在加工难加工材料如钛合金，高温合金和高硬度材料时，由于切削力太大使丝锥经常会扭曲甚至折断在零件中。在加工长切屑材料中，一旦排屑不畅，切屑会缠绕丝锥或堵塞孔口，经常会导致丝锥崩口或断在零件中。取出断的丝锥不但费时费力而且有可能破坏零件。要解决这个问题我们可以采用螺纹铣刀。由于螺纹铣刀是逐渐切入材料，它产生的切削力较小很少会出现断刀。即使万一出现断刀，由于铣刀直径比螺纹孔小很多，可以轻松从零件中取出断裂部分而不会伤及零件。这样的话可以大大的降低了螺纹加工的风险性，尤其在贵重工件的加工中。

1.10刀具磨损

丝锥在磨损后加工出的工件往往是不合格的。而螺纹铣刀磨损后，可以调整CNC内的刀具补偿来，进行对刀具直径方向的磨损补偿。从而保证被加工零件的合格率。

1.11刀具运动速度

螺纹铣削可以直接从螺纹底部直接退刀，而丝锥只能用其本身相反的旋向退回，这样退刀速度就不一样了。还有攻丝时常用于相对较慢的速度，螺纹铣削通常需要更高的切削速度和进给量。由于螺旋刀具路径很长，所以需要高的进给量以使得螺纹在一个高效率的节拍时间内获得。

2螺纹铣削的局限性

首先，它需要使用3轴联动的数控机床

其次，它只能加工3倍径左右深度的螺纹，长径比过长对于螺纹铣刀就不是这种情形了。在螺纹铣削时，由于切削力是不平衡的，刀具易于弯曲。超过某一深度时，偏斜量变得太大而不能加工出好的螺纹。有的螺纹刀具厂家已经研究出了大直径的长径比过大的刀具。(见图7)

图7

再者，单个的螺纹铣刀比丝锥昂贵——尽管在批量加工中它的成本比丝锥更低。

最后，螺纹铣削的程序编制比较麻烦，这也是限制了它大范围应用的重要因素之一。不过现在世界螺纹加工的刀具公司已经解决了这个问题。它推出的免费易用的螺纹铣削专家系统可以按照加工要求轻松快捷的生成机床能直接使用的铣削程序，这将会大大促进螺纹铣削这种新技术的广泛应用。

3螺纹铣刀的种类

3.1整体螺纹铣刀

整体螺纹铣刀的外形很像是圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体，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。见图8

图8

3.2机夹螺纹铣刀

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。这类型的刀片用途非常广泛。见图9

图9

3.3 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，显著提高生产率。见图10

图10

4螺纹铣削的程序

螺纹铣削的程序，是可以通过多种方法可以编出来的。可以根据机床内部的固定模式就可以得到，也可以利用软件来编程，这样的程序是人工编不出的，因为精确到了小数点的后四位。还可以利用宏程序编出螺纹铣削的程序来!

4.1实例一

现以M20×1.5右旋内螺纹铣削加工实例说明螺纹加工的编程方法。

工件材料：铸铁;螺纹底孔直径：Di18.38mm;螺纹直径：Do=20mm;螺纹长度：L=25mm;螺距：P=1.5mm;刀具：硬质合金螺纹钻铣刀;铣刀直径D2=10mm;铣削方式：顺铣;切削速度50m/min;铣削进给量：0.1mm/齿。

1参数计算

主轴转速为：n=(1000v)/(D2)=(1000×50)/(10x3.14)=1592(r/min)p

铣刀齿数z=1，每齿进给量f=0.1mm，铣刀切削刃处进给速度为:

v1=fzn=0.1×1×1592=159.2(mm/min)

铣刀中心进给速度为：v2=v1(D0-D2)/D0=159.2×(20-10)/20=79.6(mm/min)

设安全距离CL=0.5mm，切入圆弧半径为:

Re=(Ri-CL)2+R02=(9.19-0.5)2+102=8.78

2R02×10

=180°-arcsin[(Rb切入圆弧角度为：i-CL)/Re)=180°-arcsin[(9.19-0.5)/8.78]=180°-84.12°=95.88°

/360°=1.5×90°/360°=0.375(mm)a=Pa切入圆弧时的Z轴位移为：Z

切入圆弧起点坐标为：

{X=0

Y=-Ri+CL=-9.19+0.5=-8.68

)=-(25+0.375)=-25.375aZ=-(L-Z

2螺纹铣削程序(FUNUC系统)

N10 G90 G00 G57 X0. Y0.

N20 G43 H10 Z0. M3 S1592

N30 G91 G00 X0. Y0. Z-25.375

N40 G41 D60 X0. Y-8.68 Z0.

N50 G03 X10. Y8.68 Z0.375 R8.78 F79.6

N60 G03 X0. Y0. Z1.5 I-10. J0.

N70 G03 X-10. Y8.68 Z0.375 R8.78

N80 G00 G40 X0. Y-8.68 Z0.

N90 G49 G57 G00 Z200. M5

N100 M30

4.2实例二

螺纹铣削也可以用宏程序编辑。以下介绍。

加工说明：右旋内螺纹M42mm×1.5mm，螺纹深20mm，单刃螺纹铣刀回转半径r=13.5mm。螺纹底孔直径为42-1.3P=42-1.3×1.5=40.05mm，螺纹单边加工余量为0.65P=0.975mm，分三次加工，依次为0.625mm、0.175mm、0.175mm，螺纹顶径分别为r1=20.025+0.625=20.650mm，r2=r1+0.175=20.825mm，r3=r2+0.175=21mm。为了保证螺纹的加工质量，螺纹的螺旋插补深度应该为螺距的整数倍FUP(20/1.5)=14，起始平面为14×1.5-20=1(Z1.0)。假设圆柱底孔已经加工好，G54设在圆柱孔顶面的中心G54 X0.0 Y0.0 Z0.0，不用刀补。自变量赋值说明：

#1=(A) →螺纹顶径半径

#2=(B) →螺纹深度(Z坐标值，)

#3=(C) →螺纹铣刀半径

#18=(R) →螺纹起始平面Z坐标

#19=(S) →螺纹螺距

宏程序：

O1022

#4=#1-#3 →单刃螺纹铣刀中心的回转半径

G00 X#4 →定位下刀点上方

G00 Z[#18+2] →定位下刀点

G01 Z[#18] F500 →进给到起始平面

WHILE[#18 GT #2]DO 1