加工中心内螺纹铣削加工解析

2018-10-08邱文军仝永平冯喜凤高尚宇何晓格

科技视界 2018年22期

关键词：攻丝丝锥内螺纹

邱文军仝永平冯喜凤高尚宇何晓格

（中车永济电机有限公司，山西运城 044502）

数控加工技术已经成为我国当前加工工艺的重要技术手段，不仅能够满足复杂加工工序的实际需求，并且最大程度上保障了加工工件的质量。本文将针对内螺纹铣削加工工艺中的内螺纹技术手段、刀具类型、工艺选择以及数控机床程序编程进行详细的解析。

1 加工中心内螺纹的加工手段

1.1 丝锥攻丝加工技术手段

丝锥加工技术手段是一种较为传统的内螺纹加工方式，其主要的加工程序便是在加工的过程中，先加工出螺纹的底孔，随后利用丝锥攻出内螺纹的一种加工手段。丝锥加工手段作为一种高效的加工手段，主要分为手动攻丝和机动攻丝两种形式[1]。机动攻丝是在数控机床的基础上，开展的攻丝技术，并且在当前机床加工中使用的频率相对较高。相比之下，传统手工攻丝技术中，存在一定的弊端。在手工攻丝的过程中，切屑的状态很难控制，切屑也很难顺利的排出。此外，若手动操作中存在问题，那么便会导致加工表现被划伤。此外，手工攻丝也容易造成螺纹孔径过大、折损的现象，并且其效率相对较低。

1.2 其他攻丝加工技术

除了传统的丝锥攻丝技术之外，还研发出了挤压攻丝技术和高速攻丝技术，对传统丝锥攻丝技术带来了一定的冲击。但是不同攻丝技术的利弊也是不同的，在实际选择攻丝技术的过程中，还需要结合不同技术的实际利弊开展螺纹攻丝。

针对挤压攻丝技术来说，其主要的原理便是利用金属材质受力之后容易发生塑性变形和流动性的特点，在螺纹制作的过程中，会在底孔上，通过挤压攻丝技术，促使金属出现加工螺纹。但是挤压攻丝技术相比传统的丝锥攻丝技术来说，具有高效的优势[2]。不仅自身的实际质量过硬，并且精确度也相对较高，不容易发生形变。但是挤压攻丝技术有所弊端，很难加工脆性的材质，并且当前挤压攻丝技术在业界并没有统一的标准，需要机床加工企业结合自身的实际需求，进行挤压攻丝设计，这也造成了挤压攻丝技术的局限性。

针对高速攻丝技术来说，是在我国机械技术不断发展的前提上引申出的一种新型的攻丝技术。攻丝技术为螺纹加工带来了新的机遇，其实际效率相对较高。高速攻丝的技术要点内容便是高速的丝锥攻丝，充分的利用了高速螺旋插补技术和人工挤压切削来实现快速攻丝。高速攻丝技术和传统攻丝技术都是在丝锥攻丝技术基础上不断进步与发展的攻丝技术。当前丝锥攻丝技术的尺寸和类型有所限制，并且很少能够生产出直径大于30mm的丝锥，这也导致了快速攻丝技术的发展局限性。此外，快速攻丝技术在使用的范围内，更加要适应于较小螺纹，很难满足不同行业的实际需求。

2 内螺纹铣削刀的类型

2.1 梳形内螺纹铣削刀

梳形内螺纹铣削刀是一种相对较为常见的铣削刀，并且在实际数控机床加工的过程中，所运用的次数相对较多。在实际开展内螺纹铣削的过程中，一般提前确定螺纹底孔，之后将制作的工件倒立放置使得预留的底孔呈现出倒角，将梳形内螺纹铣削刀通过退刀切向进刀的手段，循环的针对制作的工件进行插补工作。在循环插补之后，将梳形内螺纹铣削刀退到至工件的中心，并且退出工件，这样工件的内螺纹铣削制作便完成。梳形内螺纹铣削刀在实际使用的过程中，力度相对较强，具有一定的高效性。

2.2 钻铣内螺纹铣刀

钻铣内螺纹铣刀是在梳形内螺纹铣刀的基础上创新而来的新型内螺纹铣削工艺，其主要的进步便是在传统梳形内螺纹铣刀上添加了预钻的功能。钻铣内螺纹铣刀在实际开展工件制作的过程中，能够有效的避免螺纹铣刀部门刃口参与铣削，可以有效的降低工件铣削刀开展铣削工作的阻力，这样有效的避免了工件底孔的损伤现象[3]。此外，钻铣内螺纹铣刀还能够切实的避免环境和对象的制约，刀刃的角度、螺距、直径和倒角角度等内容，可以随着工件加工的要求进行改变。钻铣内螺纹铣刀在开展加工的过程中，首先，钻铣内螺纹铣刀快速的对工件进行加工，钻铣内螺纹铣刀自钻到一定的工件底孔深度的过程中，钻铣内螺纹铣刀轴退出工件的同时，开展工件铁屑排除，退刀至螺纹中心，迅速的将钻铣内螺纹铣刀轴转向下一个工件。钻铣内螺纹铣刀的效率相对较快，并且能够有效的清除工件的铁屑，不仅缩短了工件加工的时间，而且能够将复杂的铣削工艺进行简化，满足了工件加工的实际需求。但是使用钻铣内螺纹铣刀的过程中，专业要求相对较强。

2.3 复合内螺纹铣刀

复合内螺纹铣刀与一上述两种螺纹铣刀存在一定的差距，复合内螺纹铣刀的铣削工艺在开展的过程中，是将螺纹铣削与底孔铣削同时进行的，并且工件螺纹的长度和标准，需要依靠循环铣削进行确定。在实际开展复合内螺纹铣刀运行的过程中，首先将复合内螺纹铣刀靠近工件，通过循环插补的形式，完成工件底孔的确定和螺纹的铣削[4]。其次，进行复合内螺纹铣刀退刀，并且随着复合内螺纹铣刀的轴向清理出工件的铁屑。最后，刀具切入工件铣倒角，进行退刀，完成工件加工。复合内螺纹铣刀的实际工序便是依靠插补的形式，进行工件加工。在利用复合内螺纹铣刀进行加工的过程中，加工的时间相对较长。但是工件的刚性有所保障，其实际耐用性相对较强，是一种效率相对较高的铣削工艺。

3 加工中心内螺纹铣削加工工艺选择

3.1 螺纹数控铣削机床选择

螺纹铣削工作，主要是利用数控机床来实现工件铣削工作的，当数控机床编程完毕之后，工件处理工序只需要螺纹铣削刀旋转一周，通过螺纹铣削刀的移动和清除切屑等工序，便可以完成工件处理，铣削出工件的所有螺纹。在选择数控铣削机床的过程中，一般需要选择三轴联动铣削机床。

3.2 内螺纹铣削刀的选择

内螺纹铣削刀的种类较多，并且不同内螺纹铣削刀的利弊也有所差异。所以在实际选择内螺纹铣削刀的过程中，应该结合工件处理的实际情况，选择不同的内螺纹铣削刀。首先，应该结合实际情况，选择内螺纹铣削刀的齿距，必须要保障内螺纹铣削刀上沿刀轴线相邻两齿对应两点之间的距离等于被加工螺纹的螺距[5]。其次，还要保障内螺纹铣削刀的外径小于加工工件螺纹底孔的80%。最后，针对螺纹铣刀位轨迹数学模型，必须要按照公式（1）进行计算。

螺纹铣刀位轨迹数学模型中 α∈【0，h·2π/P】，其中h是工件螺纹的深度；P为工件螺纹的螺纹距离；xc、yc、zc是工件螺纹的位置坐标；D为螺纹铣刀的直径；d为工件内螺纹的大径或者外螺纹的小径；ℓ为螺纹铣刀的加工余量。

3.3 内螺纹铣削走刀步长

在内螺纹铣削刀开展实际工作的过程中，由于不同内螺纹铣削刀的实际工作的螺旋线存在一定的差异，所以必须要通过数控系统的指令进行插补活动。由于不同数控系统的指令格式存在一定的差异，所以在开展数控机床编程的过程中，必须要对数控机床的各环境进行熟悉。最大程度上保障数控机床编程的简单化，确保内螺纹铣削刀运作的直线插补，并且结合不同工件处理的要求，精确的保障内螺纹铣削走刀步长。内螺纹铣削走刀步长一般是由内螺纹铣削刀运行轨迹决定的，内螺纹铣削走刀步长决定着工件制作的实际效率。若内螺纹铣削走刀步长相对较小，那么在数控机床执行命令的过程中，会造成速度波动的速率整体下降，造成了工件处理表面质量的下降。若内螺纹铣削走刀步长较大，那么工件处理的过程中，会造成刀位数据密度相对较小，其精确度相对较小，螺纹表现恶化等多种现象。所以，确定内螺纹铣削走刀步长是开展螺纹加工的重要内容[6]。想要控制内螺纹铣削走刀步长就必须要针对α这一铣削走刀步长变量进行控制，以便于保障铣削走刀步长误差最小。当α的增量Δα很小时,相邻两刀位点之间的曲线可以近似为半径为r圆弧。则误差e与允许误差E之间的关系数学公式为（2）

在（2）这一数据公式中，r的实际意义为螺旋的直径；其中E为工件螺旋加工中最大的误差值。

4 加工中心内螺纹铣削数控机床编程

想要保障工件螺纹铣削的实际效率，就必须要严格的结合数控机床的实际性能和实际工作情况，高效的开展数控机床编程。例如，针对工件内螺旋为M20×1.5进行数控机床铣削时，已经其工件材料是灰口铸铁；其螺纹底孔直径18.5mm；螺纹直径 20mm；内螺纹铣削刀长度25mm；内螺纹距离为1.5mm；机加螺纹铣削刀直径为15mm；铣削形式为顺铣削。其数控机床编程的内容为：