数控机床螺纹铣削工艺的应用

方刚

摘 要：螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好、加工安全性好等诸多优点。在实际生产应用中，得到了很好的加工效果。本文介绍了螺纹数控铣削原理、工艺特点，对实际应用中的刀具、切削用量选择以及数控编程作了阐述。

关键词：数控；螺纹铣削；螺旋插补；螺纹铣刀

中图分类号：TG659 文献标识码：A

1概述

传统螺纹加工以车削、手工攻丝为主，但对于难加工材料，又不能使用车削方式加工，用手工攻丝将会非常困难，甚至无法加工。如：镍基高温合金、钴基合金（经过热等静压处理后硬度超过HRC52）。我分公司所接外贸产品，原材料钴基合金，硬度超过HRC52，使用丝锥加工，无法加工出一个合格零件。采取螺纹铣削工艺后，取得了良好的效果。

2螺纹铣削的原理及特点

2.1螺纹铣削原理

如图l所示，AB表示的为螺纹铣削刀具在X- Y平面上随着Z轴同步上升的螺旋运动轨迹， 反映了使用螺旋插入法进行螺纹铣削加工的基本原理。就是在假想的圆柱表面上， 刀具沿着从A 点到B点的螺旋轨迹上升所形成的运动。

这个刀具运动是包括了 X、Y、Z三轴的同步运动。即在螺纹铣削中，X-Y平面上的圆周运动形成螺纹直径，与此同步的Z轴直线移动形成螺纹的螺距。换句话说，就是绕自身轴线旋转的刀具又环绕内（外）螺纹的中心线作螺旋运动。

2.2螺纹铣削的特点

通过各个方面的对比，可以发现螺纹铣削相对手工攻丝及其他加工方式有很多优势：

（1）用一把螺纹铣刀可以改变插补半径来加工不同直径、牙型相同的螺纹，因此可减少刀具数量，节省换刀时间，提高效率，方便刀具管理。

（2）提高螺纹精度及粗糙度度。因螺纹铣削过程是通过刀具高速旋转、主轴插补的方式加工完成。其切削方式是铣削，切削速度高，加工出来的螺纹表面粗糙度好；而丝锥切削速度低，并且切屑长，容易损坏内孔表面。另一方面，铣削螺纹更能有效的保证螺纹孔的位置度及垂直度，尤其是在圆弧表面上加工的螺纹，使用手工攻丝，即使是有攻丝导板也有可能造成螺纹孔歪斜，难以保证螺纹孔的位置度及垂直度。

（3）加工内螺纹排屑更加方便。铣螺纹性质是断屑切削，切屑短小，加工刀具直径比加工螺纹孔小，因此会排屑通畅；但丝锥是成型连续切削，切屑很长，丝锥直径和加工孔一样大，因此排屑困难。

（4）螺纹铣刀不会形成回转线，而丝锥无法避免。

（5）万一刀具折断容易处理。螺纹铣刀作用力小，不易发生折损现象，即使发生了，因为加工孔径比螺纹铣刀大，折断部分很容易取出，不会给工件造成损坏；而丝锥受力大、排屑不畅，容易折断，折断部分难以处理。

（6）由于螺纹铣刀和丝锥在结构上的不同，预留底孔深度小。螺纹铣刀可加工平底螺纹。

（7）可加工硬度较高的材质。螺纹铣刀是断屑切削，局部受力，寿命长；而一般硬度较大的材料，丝锥加工相当困难，寿命很短。若是很小的螺纹孔会经常打断丝锥。

（8）减少工序，减少换刀次数。

同一把刀可加工左、右旋及内、外螺纹。数控程序可以决定螺纹的旋向

（9）加工效率高。对于大孔径加工更为明显，比如大孔径螺纹，若人工使用丝锥加工，由于阻力大，手工攻丝困难。

（10）可加工非回转体零件的内、外螺纹（相比车削螺纹）。

3螺纹铣削刀具

螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体，外形就是圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体。但其螺纹切削刃与丝锥有很大不同，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。

4螺纹铣削参数的选择

选择合理的切削参数是提高加工效率、保证螺纹质量、提高刀具耐用度的关键因素。如果参数选择不当，则切削不稳定、刀片崩刃或加工效率太低，最严重的则会影响螺纹的质量。在螺纹铣削中，主轴转速，走刀速度，切削深度是关键的三个参数。

4.1主轴转速N

公式中：VC为线速度，由经验或铣刀制造厂商提供。

d为铣刀直径。

4.2走刀速度F

铣刀每齿进给量fZ 由经验或铣刀制造厂商提供，一般为0.005～0.025mm/Z，根据具体加工材料、加工情况而定。

4.3切削深度ap

D为内螺纹底孔直径尺寸或外螺纹初始圆柱直径。

d 为内螺纹大径或外螺纹小径。

根据现有的经验，尤其是难加工的材料，如镍基高温合金，一般需走刀三到四次才能加工到尺寸。而第一刀切削深度可以较深，k取值为0.6左右，也可根据具体情况而定。剩下加工余量可进行平均分配。

5螺纹铣削应用实例

5.1产品描述

本例产品为油田用轴类零件，需要在轴端面上的孔，加工螺纹，材料为inconel718，极难加工。

5.2参数确定

选用刀具为美国SCT公司生产的螺纹铣刀，铣刀直径d=φ2.03mm，铣刀每周齿数z=3，。根据刀具商提供的参数：线速度VC=21000 mm/min，铣刀每齿进给量fZ=0.005mm，通过公式（1）、（2）计算得到转速N=3294r/min，实际选择3000r/min，F=45mm/min，实际选择40mm/min 。第一刀切削深度ap=-1×（2.27-2.84）/2×0.6=0.17mm。

结语

螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好、加工安全性好等诸多优点。在实际生产应用中，也常用语车削时难装夹的场合，作为车削螺纹的一种补充。本例通过从螺纹铣刀的类型、铣削的刀具轨迹、切削参数以及编程的方面对螺纹铣削的工艺性进行了分析，总结出合理的工艺方案，可以运用得更广，得到了更好的加工效果。

参考文献

[1]陈日曜.金属切削原理[M].机械工业出版社，1991.

[2]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册[M].中国标准出版社，2002.endprint

摘 要：螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好、加工安全性好等诸多优点。在实际生产应用中，得到了很好的加工效果。本文介绍了螺纹数控铣削原理、工艺特点，对实际应用中的刀具、切削用量选择以及数控编程作了阐述。

关键词：数控；螺纹铣削；螺旋插补；螺纹铣刀

中图分类号：TG659 文献标识码：A

1概述

传统螺纹加工以车削、手工攻丝为主，但对于难加工材料，又不能使用车削方式加工，用手工攻丝将会非常困难，甚至无法加工。如：镍基高温合金、钴基合金（经过热等静压处理后硬度超过HRC52）。我分公司所接外贸产品，原材料钴基合金，硬度超过HRC52，使用丝锥加工，无法加工出一个合格零件。采取螺纹铣削工艺后，取得了良好的效果。

2螺纹铣削的原理及特点

2.1螺纹铣削原理

如图l所示，AB表示的为螺纹铣削刀具在X- Y平面上随着Z轴同步上升的螺旋运动轨迹， 反映了使用螺旋插入法进行螺纹铣削加工的基本原理。就是在假想的圆柱表面上， 刀具沿着从A 点到B点的螺旋轨迹上升所形成的运动。

这个刀具运动是包括了 X、Y、Z三轴的同步运动。即在螺纹铣削中，X-Y平面上的圆周运动形成螺纹直径，与此同步的Z轴直线移动形成螺纹的螺距。换句话说，就是绕自身轴线旋转的刀具又环绕内（外）螺纹的中心线作螺旋运动。

2.2螺纹铣削的特点

通过各个方面的对比，可以发现螺纹铣削相对手工攻丝及其他加工方式有很多优势：

（1）用一把螺纹铣刀可以改变插补半径来加工不同直径、牙型相同的螺纹，因此可减少刀具数量，节省换刀时间，提高效率，方便刀具管理。

（2）提高螺纹精度及粗糙度度。因螺纹铣削过程是通过刀具高速旋转、主轴插补的方式加工完成。其切削方式是铣削，切削速度高，加工出来的螺纹表面粗糙度好；而丝锥切削速度低，并且切屑长，容易损坏内孔表面。另一方面，铣削螺纹更能有效的保证螺纹孔的位置度及垂直度，尤其是在圆弧表面上加工的螺纹，使用手工攻丝，即使是有攻丝导板也有可能造成螺纹孔歪斜，难以保证螺纹孔的位置度及垂直度。

（3）加工内螺纹排屑更加方便。铣螺纹性质是断屑切削，切屑短小，加工刀具直径比加工螺纹孔小，因此会排屑通畅；但丝锥是成型连续切削，切屑很长，丝锥直径和加工孔一样大，因此排屑困难。

（4）螺纹铣刀不会形成回转线，而丝锥无法避免。

（5）万一刀具折断容易处理。螺纹铣刀作用力小，不易发生折损现象，即使发生了，因为加工孔径比螺纹铣刀大，折断部分很容易取出，不会给工件造成损坏；而丝锥受力大、排屑不畅，容易折断，折断部分难以处理。

（6）由于螺纹铣刀和丝锥在结构上的不同，预留底孔深度小。螺纹铣刀可加工平底螺纹。

（7）可加工硬度较高的材质。螺纹铣刀是断屑切削，局部受力，寿命长；而一般硬度较大的材料，丝锥加工相当困难，寿命很短。若是很小的螺纹孔会经常打断丝锥。

（8）减少工序，减少换刀次数。

同一把刀可加工左、右旋及内、外螺纹。数控程序可以决定螺纹的旋向

（9）加工效率高。对于大孔径加工更为明显，比如大孔径螺纹，若人工使用丝锥加工，由于阻力大，手工攻丝困难。

（10）可加工非回转体零件的内、外螺纹（相比车削螺纹）。

3螺纹铣削刀具

螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体，外形就是圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体。但其螺纹切削刃与丝锥有很大不同，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。

4螺纹铣削参数的选择

选择合理的切削参数是提高加工效率、保证螺纹质量、提高刀具耐用度的关键因素。如果参数选择不当，则切削不稳定、刀片崩刃或加工效率太低，最严重的则会影响螺纹的质量。在螺纹铣削中，主轴转速，走刀速度，切削深度是关键的三个参数。

4.1主轴转速N

公式中：VC为线速度，由经验或铣刀制造厂商提供。

d为铣刀直径。

4.2走刀速度F

铣刀每齿进给量fZ 由经验或铣刀制造厂商提供，一般为0.005～0.025mm/Z，根据具体加工材料、加工情况而定。

4.3切削深度ap

D为内螺纹底孔直径尺寸或外螺纹初始圆柱直径。

d 为内螺纹大径或外螺纹小径。

根据现有的经验，尤其是难加工的材料，如镍基高温合金，一般需走刀三到四次才能加工到尺寸。而第一刀切削深度可以较深，k取值为0.6左右，也可根据具体情况而定。剩下加工余量可进行平均分配。

5螺纹铣削应用实例

5.1产品描述

本例产品为油田用轴类零件，需要在轴端面上的孔，加工螺纹，材料为inconel718，极难加工。

5.2参数确定

选用刀具为美国SCT公司生产的螺纹铣刀，铣刀直径d=φ2.03mm，铣刀每周齿数z=3，。根据刀具商提供的参数：线速度VC=21000 mm/min，铣刀每齿进给量fZ=0.005mm，通过公式（1）、（2）计算得到转速N=3294r/min，实际选择3000r/min，F=45mm/min，实际选择40mm/min 。第一刀切削深度ap=-1×（2.27-2.84）/2×0.6=0.17mm。

结语

螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好、加工安全性好等诸多优点。在实际生产应用中，也常用语车削时难装夹的场合，作为车削螺纹的一种补充。本例通过从螺纹铣刀的类型、铣削的刀具轨迹、切削参数以及编程的方面对螺纹铣削的工艺性进行了分析，总结出合理的工艺方案，可以运用得更广，得到了更好的加工效果。

参考文献

[1]陈日曜.金属切削原理[M].机械工业出版社，1991.

[2]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册[M].中国标准出版社，2002.endprint

摘 要：螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好、加工安全性好等诸多优点。在实际生产应用中，得到了很好的加工效果。本文介绍了螺纹数控铣削原理、工艺特点，对实际应用中的刀具、切削用量选择以及数控编程作了阐述。

关键词：数控；螺纹铣削；螺旋插补；螺纹铣刀

中图分类号：TG659 文献标识码：A

1概述

传统螺纹加工以车削、手工攻丝为主，但对于难加工材料，又不能使用车削方式加工，用手工攻丝将会非常困难，甚至无法加工。如：镍基高温合金、钴基合金（经过热等静压处理后硬度超过HRC52）。我分公司所接外贸产品，原材料钴基合金，硬度超过HRC52，使用丝锥加工，无法加工出一个合格零件。采取螺纹铣削工艺后，取得了良好的效果。

2螺纹铣削的原理及特点

2.1螺纹铣削原理

如图l所示，AB表示的为螺纹铣削刀具在X- Y平面上随着Z轴同步上升的螺旋运动轨迹， 反映了使用螺旋插入法进行螺纹铣削加工的基本原理。就是在假想的圆柱表面上， 刀具沿着从A 点到B点的螺旋轨迹上升所形成的运动。

这个刀具运动是包括了 X、Y、Z三轴的同步运动。即在螺纹铣削中，X-Y平面上的圆周运动形成螺纹直径，与此同步的Z轴直线移动形成螺纹的螺距。换句话说，就是绕自身轴线旋转的刀具又环绕内（外）螺纹的中心线作螺旋运动。

2.2螺纹铣削的特点

通过各个方面的对比，可以发现螺纹铣削相对手工攻丝及其他加工方式有很多优势：

（1）用一把螺纹铣刀可以改变插补半径来加工不同直径、牙型相同的螺纹，因此可减少刀具数量，节省换刀时间，提高效率，方便刀具管理。

（2）提高螺纹精度及粗糙度度。因螺纹铣削过程是通过刀具高速旋转、主轴插补的方式加工完成。其切削方式是铣削，切削速度高，加工出来的螺纹表面粗糙度好；而丝锥切削速度低，并且切屑长，容易损坏内孔表面。另一方面，铣削螺纹更能有效的保证螺纹孔的位置度及垂直度，尤其是在圆弧表面上加工的螺纹，使用手工攻丝，即使是有攻丝导板也有可能造成螺纹孔歪斜，难以保证螺纹孔的位置度及垂直度。

（3）加工内螺纹排屑更加方便。铣螺纹性质是断屑切削，切屑短小，加工刀具直径比加工螺纹孔小，因此会排屑通畅；但丝锥是成型连续切削，切屑很长，丝锥直径和加工孔一样大，因此排屑困难。

（4）螺纹铣刀不会形成回转线，而丝锥无法避免。

（5）万一刀具折断容易处理。螺纹铣刀作用力小，不易发生折损现象，即使发生了，因为加工孔径比螺纹铣刀大，折断部分很容易取出，不会给工件造成损坏；而丝锥受力大、排屑不畅，容易折断，折断部分难以处理。

（6）由于螺纹铣刀和丝锥在结构上的不同，预留底孔深度小。螺纹铣刀可加工平底螺纹。

（7）可加工硬度较高的材质。螺纹铣刀是断屑切削，局部受力，寿命长；而一般硬度较大的材料，丝锥加工相当困难，寿命很短。若是很小的螺纹孔会经常打断丝锥。

（8）减少工序，减少换刀次数。

同一把刀可加工左、右旋及内、外螺纹。数控程序可以决定螺纹的旋向

（9）加工效率高。对于大孔径加工更为明显，比如大孔径螺纹，若人工使用丝锥加工，由于阻力大，手工攻丝困难。

（10）可加工非回转体零件的内、外螺纹（相比车削螺纹）。

3螺纹铣削刀具

螺纹铣刀是套在心轴上的若干个圆盘铣刀的组合体，外形就是圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体。但其螺纹切削刃与丝锥有很大不同，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。

4螺纹铣削参数的选择

选择合理的切削参数是提高加工效率、保证螺纹质量、提高刀具耐用度的关键因素。如果参数选择不当，则切削不稳定、刀片崩刃或加工效率太低，最严重的则会影响螺纹的质量。在螺纹铣削中，主轴转速，走刀速度，切削深度是关键的三个参数。

4.1主轴转速N

公式中：VC为线速度，由经验或铣刀制造厂商提供。

d为铣刀直径。

4.2走刀速度F

铣刀每齿进给量fZ 由经验或铣刀制造厂商提供，一般为0.005～0.025mm/Z，根据具体加工材料、加工情况而定。

4.3切削深度ap

D为内螺纹底孔直径尺寸或外螺纹初始圆柱直径。

d 为内螺纹大径或外螺纹小径。

根据现有的经验，尤其是难加工的材料，如镍基高温合金，一般需走刀三到四次才能加工到尺寸。而第一刀切削深度可以较深，k取值为0.6左右，也可根据具体情况而定。剩下加工余量可进行平均分配。

5螺纹铣削应用实例

5.1产品描述

本例产品为油田用轴类零件，需要在轴端面上的孔，加工螺纹，材料为inconel718，极难加工。

5.2参数确定

选用刀具为美国SCT公司生产的螺纹铣刀，铣刀直径d=φ2.03mm，铣刀每周齿数z=3，。根据刀具商提供的参数：线速度VC=21000 mm/min，铣刀每齿进给量fZ=0.005mm，通过公式（1）、（2）计算得到转速N=3294r/min，实际选择3000r/min，F=45mm/min，实际选择40mm/min 。第一刀切削深度ap=-1×（2.27-2.84）/2×0.6=0.17mm。

结语

螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好、加工安全性好等诸多优点。在实际生产应用中，也常用语车削时难装夹的场合，作为车削螺纹的一种补充。本例通过从螺纹铣刀的类型、铣削的刀具轨迹、切削参数以及编程的方面对螺纹铣削的工艺性进行了分析，总结出合理的工艺方案，可以运用得更广，得到了更好的加工效果。

参考文献

[1]陈日曜.金属切削原理[M].机械工业出版社，1991.

[2]中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册[M].中国标准出版社，2002.endprint