內(nèi)螺紋車(chē)刀數(shù)控銑削螺紋方法初探
2018-8-30 來(lái)源：江蘇汽車(chē)技師學(xué)院 作者：周 登 科
摘要: 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(lái)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(chē)刀銑削內(nèi)螺紋的方法及步驟，手工編寫(xiě)了程序，并成功、有效地完成了螺紋的加工。
關(guān)鍵詞: 螺紋; 數(shù)控系統(tǒng); 螺紋銑削; 內(nèi)螺紋車(chē)刀
0、引言
螺紋的加工方法較多，常見(jiàn)的加工方法主要有車(chē)床車(chē)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(lái)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(chē)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(jiǎn)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(shì)
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(méi)有過(guò)渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的機(jī)件采用車(chē)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(guò)螺旋插補(bǔ)功能來(lái)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(zhǎng)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(wèn)題很好地得到解決，可以采用螺紋銑削方法來(lái)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(guò)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(chē)刀來(lái)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(guò)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(lái)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(shuō)，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(chēng)為螺旋插補(bǔ)的可選控制系統(tǒng)功能，它最簡(jiǎn)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(chē)刀刀桿，刀桿上裝有 2 個(gè)螺距的涂層硬質(zhì)合金螺紋車(chē)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(chē)刀旋轉(zhuǎn)半徑
將裝有內(nèi)螺紋車(chē)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(chē)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(tīng)到聲響時(shí)，停止移動(dòng)。記錄 X 或 Y 的移動(dòng)量 a(見(jiàn)圖 3) 。
計(jì)算內(nèi)螺紋車(chē)刀的旋轉(zhuǎn)半徑 Ｒ = D/2 － a ( D 底孔直徑) 。將計(jì)算出來(lái)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(cè)量計(jì)算內(nèi)螺紋車(chē)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(chē)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 G90Gl G40X0Y0
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(chē)削等方法已無(wú)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.
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