盘类异位非标准梯形内螺纹的铣削方法

马有昂 朱争明

摘要：梯形螺纹的加工经常采用的是车削加工，而对位于非回转中心的梯形螺纹加工就比较困难，需要改用四爪卡盘装夹或其他较复杂的装夹方法，然而对于较大型工件且螺纹需求位于边缘或者侧面的螺纹则无法采用车削加工，市场上很难买到梯形螺纹丝锥，特别是非标的梯形螺纹丝锥，常常需要定做，且成本很高。而采用铣削的方法便可以很容易的解决这类问题。本文全面叙述了内梯形螺纹的铣削方法。

关键词：螺纹循环指令 G02/G03指令 螺旋线插补 内梯形螺纹

0 引言

近年来，随着制造业的发展，各类复杂零件的加工难题层出不穷，而各种螺纹的加工更是一大典型，常常需要定制专用刀具进行加工，造成加工成本增加，或者对工人的技能水平要求很高，本文以梯形内螺纹为例，介绍在数控铣床上的加工方法。

1 螺纹加工分析

螺纹的加工主要分为车削和铣削两大类：①车削缺点：如图1由于工件体积较大并且是盘类零件异位螺纹，不是通常的车削回转中心，不便于车床的装夹，一般需制作专用夹具装夹，不方便校正，装夹过于麻烦，在车床加工就比较困难。②铣削优点：不受工件形状、体积、位置限制，能加工各种标准、非标准螺纹。在数控铣床螺纹加工的各指令中，G02/G03非常适合加工各种非标准或大直径的各类螺纹，因此在螺纹铣削中广泛应用G02/G03螺旋线插补进行铣削，这种铣削方式能够满足大部分螺纹种类的加工。

2 加工思路

对于非标或直径较大的螺纹，可利用G02、G03的螺旋线插补进行铣削加工，编写螺旋加工子程序，通过调用子程序次数确定加工深度。

3 加工方法

常用的梯形螺纹的铣削方法有G02/G03螺旋线插补、G33螺纹铣削、G63攻螺纹方式、G74左旋攻螺纹循环、G84攻螺纹循环，而非标准螺纹或者是直径较大的螺纹常用G02/G03螺旋线插补进行加工。下面就以图1中Tr30×5为例进行分析G02在加工中的使用方法（本文以FANUC系统为例进行说明）。本次螺纹采用G02螺旋线插补进行铣削，在铣削螺纹时，确定螺旋线插补半径的方法为：铣削内螺纹时的插补半径。

①首先根据螺纹小径尺寸加工出螺纹底孔，然后测出其实际孔径（见图2a中①）。②在主轴上装上螺纹铣刀，使主轴与螺纹孔中心重合，然后启动主轴旋转（见图2a中②）。③在手动方式下使主轴下降，下降到一定位置后沿X轴（或Y轴）慢慢移动（见图2a中③、④）。④当刀尖在孔壁上切除切削刀痕后停止移动，记下其移动量a（见图2b

中⑤）。⑤沿X轴（或Y轴）

反向移动后，使主轴上

升（见图2b中⑥、⑦）。⑥

计算插补半径：R=a+0.5P（梯形螺纹是0.5P普通螺纹是0.65P）。

4 刀具制作：

根据螺纹标记计算螺纹

参数

例如：Tr30×5

牙形角 a=30°

螺距 P=5

中径 D2=d-0.5p=30-2.5=27.5

小径 D1=d-p=25

大径 D4=d+2ac=30.5

牙顶高 Z=0.25p=1.25

牙高 H4=H1+ac=0.5p+ac=2.75

牙顶间隙ac=R2max=0.25（查机械手册得1.5～5螺距时ac=0.25，6～12螺距时ac=0.5，14～44螺距时ac=1）

牙顶宽 f=0.366p=1.83

牙槽底宽W=0.366p-0.536ac=1.696

根据所要加工的螺纹画出牙形，用线切割割出刀片外形，割好后将刀片在砂轮上磨出后角防止干涉（如图3），

根据螺纹加工深度车出刀杆割出方形槽用于放置刀片，在另一侧打孔攻螺纹放置顶紧螺栓如图4、图5。

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图4 图5

5 指令格式

G17 G02 /G03 X__ Y__ I__ J__ / R__ Z__ F__；

G18 G02 /G03 X__ Z__ I__ K__ / R__ Y__ F__；

G19 G02 /G03 Y__ Z__ J__ K__ / R__ X__ F__；

指令说明：螺旋插补是水平圆弧运动与垂直直线运动同步进行的运动，圆弧运动在工作面指定的轴上进行，如果工作台的表面是G17，那么圆弧插补在X、Y轴上执行，此时直线运动在Z轴上执行。即在X、Y轴上进行圆弧插补的同时，在Z轴上进行直线插补。指令中的F用来指定刀具沿圆弧的进给速度。沿另一轴的切削速度f=F×直线轴的长度/圆弧的长度，为X、Y、Z三轴合成的速度。螺旋线插补只能对圆弧进行刀具半径补偿，在指定螺旋线插补的程序段中不能指定刀具半径与长度补偿。

6 加工程序

例：用螺纹铣刀加工Tr30×5的内螺纹，螺纹孔深度为30通孔，假如a=0.3mm，则R=0.3+0.5×5=2.8。

编写的程序为：

主程序：

O0001； 主程序名

T1 M6； 换上螺纹铣刀

G54 G00 G43 H1 Z100；刀具快速移动到Z100处

（在Z方向调入了刀具长度补偿）

M03 S200； 主轴正转，转速200r/min

（注意刀具以及工件的材质确定转速）

M8； 切削液开

X2.8 Y0； 刀具快速定位（X2.8也可分刀进给）

Z5； Z轴下降（一般为加工螺纹面一个螺

距高）

M98 P80002；调用O0002子程序8次（从Z+5到Z-35）

G90 G00 X0 Y0； 快速返回到孔中心

Z100； 返回到Z100

M5； 主轴停止

M9； 切削液关

M30； 程序结束并返回到参考点

子程序：

O0002； 子程序名

G91 G02 I﹣2.8 Z﹣5 F50；螺旋线插补加工内螺纹

（I要与O0001中X数值保持一致）

M99； 子程序结束，返回到主程序

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图7

7 注意事项

①注意刀杆的长度，过长影响加工强度，过短容易碰到工件表面发生撞刀。②注意刀片的后角刃磨，在保证不干涉的情况下，尽可能的增大，增加刀具切削强度。③刀片的光洁度，刀片放入刀杆后用顶紧螺栓锁紧，一般刀片常选用4mm厚白钢刀片割成型，由于白钢刀片光洁度比较高，常常在铣削过程中顶紧螺栓锁不紧刀片，在反方向力的作用下刀片向后收缩，导致螺纹的尺寸偏小（解决方法：刀片与顶紧螺栓接触点用粗砂轮磨一下，增大摩擦力）。

8 总结

本文详细的叙述了对于梯形内螺纹利用G02螺旋线插补进行铣削加工的方法，同样对于非标或大直径各类螺纹、油缸、活塞上的密封沟槽也可用G02、G03圆弧插补进行类似方法加工。

参考文献：

[1]王荣兴主编.加工中心培训教程[M].北京.机械工业出版社.

[2]沈建峰，虞俊主编.数控铣工加工中心操作工（高级）[M].北京.机械工业出版社.

[3]郧建国.一种新型阶梯铣削方法的研究与实践[J].韶关学院学报（自然科学版），2002（06）.

作者简介：

马有昂，男，一级实习指导教师，马鞍山技师学院、职业技术学院技能大师，马鞍山市首席技师，高级技师，2010年安徽省五一劳动

奖章获得者。主要致力于研究数控加工难题、培养学生参加各类竞赛；

朱争明，男，马鞍山市双益机械制造有限公司制造部总计划员，主要研究：企业加工难点寻求解决方法。