螺纹数控铣削加工数控技术研究

0 引言

　　传统螺纹加工方法主要是采用车刀车削螺纹、或采用丝锥、板牙手工攻丝或套扣。大直径螺纹加工可在数控铣床上，采用单刀镗加工的工艺方法实现，即利用镗刀的转速与螺距的匹配关系进行编程和加工。其优点是不需购置专用刀具，实施快。但是，单刀镗螺纹的加工质量差，刀具磨损快，需要经常来回换刀、磨刀、对刀，加上切削力大，走刀次数多，切削速度很慢，使得加工效率很低。由于刀杆较长，螺纹加工的表面出现颤纹，且加工质量不稳定。

　　随着数控机床的出现，使得更先进的螺纹加工方法——螺纹数控铣削加工方法得以实现。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，如一把螺纹铣刀可以加工多种不同旋向的内外螺纹。另外，螺纹铣削加工方法本身具有一定的天然优势。由于目前螺纹铣刀的制造材料为硬质合金，加工线速度可达80～200mm／min，而高速钢丝锥的加工线速度仅为10～30m／min，故螺纹铣刀适合高速切削，加工螺纹的表面光洁度也大幅提高。高硬度材料和高温合金材料，如钛合金、镍基合金的螺纹加工一直是一个比较困难的问题，主要是因为高速钢丝锥加工上述材料螺纹时，刀具寿命较短，而采用硬质合金螺纹铣刀对硬材料螺纹加工则是效果比较理想的解决方案，可加工硬度为HRC58～62。对高温合金材料的螺纹加工，螺纹铣刀同样显示出非常优异的加工性能和超乎预期的长寿命。对于相同螺距、不同直径的螺纹孔，采用丝锥加工需要多把刀具才能完成，但如采用螺纹铣刀加工，使用一把刀具通过调整数控程序就可实现。在丝锥磨损、加工螺纹尺寸小于公差后则无法继续使用，只能报废；而当螺纹铣刀磨损、加工螺纹孔尺寸小于公差时，可通过数控程序进行必要的刀具半径补偿调整后，就可继续加工出尺寸合格的螺纹。同样，为了获得高精度的螺纹孔，采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法，比生产高精度丝锥要容易得多。对于小直径螺纹加工，特别是高硬度材料和高温材料的螺纹加工中，丝锥有时会折断，堵塞螺纹孔，甚至使零件报废；采用螺纹铣刀，由于刀具直径比加工的孔小，即使折断也不会堵塞螺纹孔，非常容易取出，不会导致零件报废；采用螺纹铣削，和丝锥相比，刀具切削力大幅降低，这一点对大直径螺纹加工时，尤为重要，解决了机床负荷太大，无法驱动丝锥正常加工的问题。

1 螺纹数控铣削加工

　　螺纹数控铣削加工就是通过数控机床运动实现螺纹加工。工作时工件或螺纹铣刀旋转一周，工件或铣刀沿轴向移动一个螺距，即可切出全部螺纹。

　　1.1 螺纹数控铣机床选择

　　螺纹数控铣加工时，只要机床是三轴联动数控铣床就能实现。

　　1.2 螺纹铣刀选择

　　螺纹数控铣削加工方法采用的是专用刀具—螺纹铣刀。螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体，外形很像圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体，如图1所示。但它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀具上无螺旋升程。目前最常用的螺纹铣刀有两种，即硬质合金整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀，如图1和图2所示。

图1 硬质合金整体螺纹铣刀

图2 机夹式螺纹铣刀 

　　整体螺纹铣刀在一周上有4~6个切削刃，而机夹式螺纹铣刀在一周上仅有1~2个切削刃，因此，整体螺纹铣刀和机夹式螺纹铣刀在工作时切削用量是不同的。

　　在选择螺纹铣刀时，螺纹铣刀的齿距(螺纹铣刀上沿铣刀轴线相邻两齿对应两点之间的距离)必须等于被加工螺纹的螺距，而对于内螺纹时，除过上述条件外，还有螺纹铣刀的外径必须小于被加工螺纹底孔孔径的0.8倍。