内螺纹车刀在螺纹铣削工艺上的应用
2017-05-06李藤均
李藤均
摘要：加工非回转类零件里的较大公称直径的螺纹时，使用内螺纹车刀进行铣削加工，具有一定可行性、经济性、安全性。其成型原理与攻丝、套丝、搓丝截然不同，此需要现代数控铣床作3轴联动。从车间现时条件出发，使用内螺纹车刀进行螺纹铣削，无疑是最好的工艺。文章对内螺纹车刀在螺纹铣削工艺上的应用进行了探讨。
关键词：内螺纹车刀； 内、外螺纹；铣削；畸变； 模拟建模 文献标识码：A
中图分类号：TG54 文章编号：1009-2374（2017）04-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.018
加工较小直径（M16或以下）的内螺丝时，使用丝锥攻丝应是最合理的工艺。对于M20或以上螺纹，应探索出一种经济、可行的螺纹加工工艺方法代替螺纹梳刀，可节约微型企业的制造成本或职业院校的实训教学经费。从现在的工业水平来看，数控机床已经得到广泛的使用，可利用数控车床车削螺纹的成型原理作为切入点探究内螺纹车刀在数控铣床进行螺纹铣削的应用。
1 螺纹成型原理
螺纹是在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起（图1）。在圆柱或圆锥外表面上形成的螺纹称为外螺纹，在内表面上形成的螺纹称为内螺纹。
2 必要工艺参数准备
虽从内螺纹车刀型号SNR-0016Q-16（品牌：三井、SHAN GIN）得知刀尖與刀具中心轴线的大概距离，但无法精确此距离，需经某些测量方法间接计算才行（图2）。
首先在数控铣床上精加工出一个整圆，公差为D±0.05即可。挑选适合的筒夹和刀柄将内螺纹车刀装上主轴。利用试切对刀的方法找出距离A，内螺纹车刀回转直径D车=A-D。
需要注意的是，内螺纹车刀回转轴线要跟圆柱轴线对上（a为零）。若偏距a误差较大会影响所测回转直径，并直接影响所加工螺纹的精度。
由于内螺纹车刀是单刃刀具，有一优势较明显：根据实际需要可在一定的螺距范围内切削任意螺距P的螺纹，而螺纹梳刀则需更换刀片才能加工不同螺距P的螺纹。这一优势的发挥可以为某些小企业或院校实训节约一定的刀具费用。
型号为SNR-0016Q-16的内螺纹车刀测得回转直径是Φ20.27mm。从配合使用的刀片型号16IRG60BMC查刀具资料得知可切螺距P范围有0.35、0.4、0.45、0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.5、3.0。
3 螺纹切削程序范例
以图3为实践例子，编写螺纹加工程序。
从图纸尺寸可知，公称直径D为Φ30、螺距P为1.5mm、螺纹有效长度为30mm，从工件上表面1.5mm开始加工，需切削21圈。螺纹小径加工到Φ28.5即可。
车刀铣削螺纹运动轨迹如图4所示：
切削螺纹时可根据车削螺纹的进给次数和吃刀量（表1）调整刀具半径补偿值（形状值及磨损量）D1
-0.9mm，第四次为-0.974mm，如此类推。当调整好磨损量并试制若干数量的工件，检测合格即可修改原程序或利用软件编制程序进行规模生产。
表1 螺纹切削的进给次数和吃刀量
4 铣削螺纹的问题分析
需要了解一个问题，内螺纹车刀的轴线是与螺纹的轴线平行的，而其牙型也与自身轴线相垂直，故切削刃旋转形成的回转面的任一径向剖面与螺纹的螺旋线形成一个夹角，这个夹角的角度与螺旋升角相等。切削刃旋转形成的回转面的剖面形状始终为圆，而螺纹径向剖面的形状则是阿基米德螺旋线（图5）。但实际生产中，为了刀具（螺纹车刀、螺纹梳刀）便于制造，常常把刃口制成直线。这样刀齿铣出的螺纹在螺旋升角和直线刃口的影响下总会有一定的畸变，螺纹轴向剖面的三角形状的轮廓不是直线而是曲线，而这种畸变误差对于螺纹来说是否允许呢？
我们可以通过一些三维软件的数值模拟建模，将问题由微观状态放大成宏观状态呈现出来，进行数值对比。以图3为例，抓取铣削过程中的某一瞬时（图b）。由图7可知铣削出的螺旋面和理论螺旋面并不一致，a为铣削出来的区域（凹陷区域），而凹陷值仅有0.06mm（图8），双边值也仅有0.12mm，数值如此微小完全可以忽略不计，轮廓曲线近似直线。
通过加工若干内、外螺纹规格：M24X2、M28X1.5、M36X2、M44X2等，其实践结果均达到螺纹公差要求。
5 结语
经实践得出，内螺纹车刀代替螺纹梳刀加工内、外螺纹是行之有效的。对于问题的分析手段采用了三维软件进行宏观化呈现，不仅避免了平面几何分析法的抽象性，并省去了繁复又易错的数值计算，将复杂问题简单化，有利于知识点的理解和应用的推广。不过，应明确一点：铣削螺纹产生的畸变误差是随着公称直径、螺距的变化而大小不一的，所以应往这方面继续深入探究它们之间的规律，做到需铣削加工的任一螺纹规格都可依据理论参数保证公差要求。
（责任编辑：蒋建华）
