刍议数控加工中铣削螺纹的应用

摘要：随着经济的快速发展，市场环境竞争越来越激烈，螺纹加工是一种新的现代数控制造技术，是在数控铣床上铣削螺纹，和传统的制造技术相比，能极大地提高零件加工质量和生产效率。文章对数控加工中铣削螺纹的应用进行了探讨。

关键词：数控加工；铣削螺纹；数控制造技术；机械加工；刀具；机床 文献标识码：A

中图分类号：TG659 文章编号：1009-2374（2015）01-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0029

零件通常会采用螺纹连接的方式进行，在机械产品中，螺纹零件的种类和数量十分繁多，因此，在机械加工中，螺纹加工是十分重要的。在传统的螺纹加工中，对于回转体零件，是在车床上用车削内螺纹和外螺纹；对于箱体类零件是采用铣床、钻床加工螺纹孔，然后采用板牙、攻锥加工螺纹，这种加工方式具有扭矩大、切削力大、尺度不精准、粗糙度大、生产效率低等缺陷，很难满足市场需要。随着科技的快速发展，数控技术不断改进，逐渐出现了铣削螺纹技术。

1 铣削螺纹的原理

螺纹是指在圆柱、圆锥表面，沿着螺旋线形成具有规定牙型的连续凹凸形状。螺纹铣刀和被加工螺纹相同的刀刃，在制定的铣床上，沿着X轴、Y轴、Z轴进行螺旋插补运动，从而形成螺旋移动轨迹，螺纹铣刀沿着规定的平面做整圆运动，其圆弧沿着Z方向行走1个螺距，经过多次循环，直至螺纹加工完成为止。

2 铣削螺纹的优势

铣削螺纹和传统的加工方式相比，其优势主要表现在以下六个方面：

2.1 刀具数量少

在进行数控加工过程中，传统的加工方式，需要根据螺纹孔的大小、螺距大小针对性使用不同的丝锥进行加工，而在选择螺纹铣刀时，只要保证螺距相同，就能选择同一把螺纹刀。如一把螺距为1.25的螺纹铣刀可以加工M12×1.25、M14×1.25、M16×1.25等三种螺纹，当螺纹不同时，可以采用刀片式螺纹铣刀，通过更换刀片来完成加工。

2.2 加工质量好

铣削螺纹的加工质量很好，尤其是在加工内螺纹、攻螺纹过程中。传统的加工技术由于丝锥的直径和需要加工的螺纹相同，并且切削过程是连读的，排屑存在很大的难度，很容易折断刀具，在加工攻螺纹时，由于刀具的旋转速度比较慢，进给也慢，导致切屑过程中容易划伤零件已经加工的表面。铣削螺纹式的加工旋转速度很快，并且刀具直径要比孔的直径小，铣削过程中产生的断屑容易排除，不会出现划伤加工表面的现象。

2.3 效率高

传统的攻螺纹主轴转速比较慢，进给比较慢，同时受力比较大，铣削螺纹的主轴会高速旋转，通过插补运动进行切削，受力小，速度快，有很高的加工效率。

2.4 对机床功率要求低

在传统的加工技术中，丝锥是全接触的，需要连读作用，作用力比较大，对机床的功率要求比较高，铣削螺纹是断屑加工方式，刀具仅和加工零件的局部接触，作用力比较小，对机床功率的要求也比较低。

2.5 适用性强

在制造薄壁类零件时，在加工过程中，由于切削力比较大，很容易发生变形现象，不但会对加工效率造成影响，还会影响质量，此时采用铣削螺纹方式进行加工能有效地解决这些问题。

2.6 经济性高

对于硬度比较高的材料，采用传统的加工方式进行，如果使用成套的整体式硬质合金丝锥，需要投入很大的成本，而采用硬质合金刀片式或整体式硬质合金的螺纹铣刀，只需要购买刀片就能完成加工，具有很高的经济效益。

3 铣削螺纹刀具

螺纹铣刀可以分为机夹式和整体式两种，机夹式可以分为单齿式和多齿式两种，单齿式刀具结构和内螺纹车刀比较相似，刀具旋转一周只能加工一个齿；多齿式刀具具有多个螺纹加工齿，刀具旋转一周能加工多个齿，具有很高的加工效率。机夹式螺纹铣刀的主要特点是刀片制造简单，成本比较低，部分刀片可以双面切削，但机夹式螺纹刀具的抗冲击能力比较差。整体式螺纹铣刀是一种固定螺距螺纹铣刀，刀刃上有多个螺纹加工齿，刀具的整体是由硬质合金支撑的，具有很好的刚性，切削速度和进给速度很快，加工范围比较广，但成本比较高。

4 螺纹铣削加工实例

某零件材料为铝合金，要求小批量生产，Φ50的螺纹底孔留余量为0.1mm，螺纹有效长度为40mm，数控铣床操作系统为Fanucoi-MA。

4.1 工艺分析

该工艺要求加工1个M72×2内螺纹和4个M16×1.5内螺纹，要求四个内螺纹的相对位置精度、同轴度等相同，采用螺纹铣削加工。根据实际情况选择机夹单刃螺纹铣刀，其中螺距为2.0mm，刀片型号为VARGUS6BI2OISOTM2，硬度为HRC100，回转直径为46，刀片的参数为L=63mm、I=36mm、D1=54mm、D2=38mm，铣削方式为顺铣。

在选择螺纹铣刀时需要注意刀具的直径必须小于孔直径，螺纹铣刀的选择要根据螺距确定，无论是在进行内螺纹加工，还是在进行外螺纹加工时，都必须保证螺纹铣刀的螺距不发生变化。刀具的长度要根据实际情况调整。本次加工中，采用M14组合式多工位专用螺纹铣刀，刀具装夹后，能一次性加工4个M16×1.5内螺纹，能为加工精度提供保障。

4.2 初步计算

经过计算得出，M72螺纹底径为69.4mm，M16螺纹底径为14.05mm，M72内螺纹单边加工余量为1.3，由于分三次加工完成，因此，1.3余量依次分为0.53、0.62、0.15，M16内螺纹单边加工余量为0.975，三次加工依次分配为0.175、0.625、0.175，切削速度为120m/min，M72内螺纹主轴转速为830r/min，M16内螺纹主轴转速为764r/min。

4.3 起始下刀位置

由于螺纹铣刀本身没有导程，因此，主轴的转速不需要和Z轴的进给速度完全相同，只需要通过数控系统的G02、G03螺旋插补功能完成X、Y、Z轴联动。每圈进给距离不变，每次下刀都从一个固定不变的高度开始，这样就能保证加工出来的螺纹在相同的位置。本次加工从Z轴原点开始，刀具从下到上顺铣加工右旋内螺纹，刀具主轴沿着顺时针方向转动。

在加工M72×2内螺纹时，铣刀必须位于零件X轴、Y轴的原点，同时要在Z轴的安全深度，由于多齿刀片存在一定的安全距离，因此，下刀的起始位置要比零件的底面稍微低点。本次加工M72×2内螺纹下刀起始点在Z-41处，这个位置能保证铣刀平缓地切出螺纹。

在加工M16×1.5内螺纹时，采用组合式多工位专用螺纹铣刀，先定位，然后垂直下刀镗Φ50内孔面及铣倒角，然后缓慢将刀片抬起来，铣削螺纹。

5 铣削螺纹程序编制

随着经济的快速发展和科技的进步，在进行铣削螺纹程序编制时，可以采用我国自主研制的CAD、CAM、CAPP、PDM等软件产品，操作界面十分简单，生产加工人员只需要通过选择“加工”—“其他加工”—“铣削螺纹加工”的命令，然后根据加工螺纹的相关信息，填入加工参数，就能产生刀具运行轨迹。

6 结语

铣削螺纹加工工艺具有性能高、精度高、生产效率高等特点，将铣削螺纹应用在数控加工中，能有效地降低生产成本、提高加工效率，使用者可以根据生产的实际情况，合理地运用铣削螺纹工艺，从而有效促进机械制造业的发展。

参考文献

[1] 庞勇.螺纹加工工艺方法研究[J].新技术新工艺，2014，（6）.

[2] 刘峙.螺纹车刀在铣削螺纹时的应用[J].机械工程与自动化，2013，（5）.

作者简介：陈勇（1979—），男，广西陆川人，柳州职业技术学院机电工程系二级实习指导教师，研究方向：机械设计与制造及加工、数控加工技术。

（责任编辑：秦逊玉）endprint