深螺紋數控銑削的宏程序編程加工
2011年10月17日 09:02點擊：3915作者：默認來源：>>進入該公司展臺
摘 要：本文介紹了螺紋銑削加工的特點及方法，并通過舉例分析說明深螺紋數控銑削的加工工藝及利用宏程序編程加工的方法。
1 引言
傳統的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋，采用絲錐、板牙手工攻絲以及套扣。隨著數控加工技術的發展，特別是三軸聯動數控加工系統的出現，利用數控銑床進行螺紋的銑削得以實現。螺紋銑削是通過數控機床的三軸聯動，利用螺紋銑刀進行螺旋插補銑削而形成螺紋，刀具在水平面上每作一周圓周運動，在垂直面內則直線移動一個螺距[1]。
螺紋銑削加工可以實現在不換刀的情況下，一次性完成螺紋的加工，包括底孔的鉆削，螺紋的加工等；同一把螺紋銑刀能加工出螺距相同、直徑不同的螺紋。因此，與傳統的螺紋加工方法相比，螺紋銑削加工具有較大的優勢：加工效率高，加工質量好，刀具通用性好，加工安全性好。對于一些特殊結構的螺紋，如不允許有過渡扣或退刀槽結構的螺紋，采用傳統的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但采用數控銑削卻十分容易實現。本文介紹螺紋銑削的加工工藝過程、螺紋銑刀類型，zui后介紹一個螺紋銑削的編程實例。
2 螺紋銑削加工的工藝過程
用螺紋鉆銑刀銑削螺紋時的加工過程如圖1所示，具體步驟為：第1步，螺紋鉆銑刀快速運行至工件安全平面；第2步，螺紋鉆銑刀鉆孔至孔深尺寸；第3步，螺紋鉆銑刀提升至螺紋深度尺寸；第4步，螺紋鉆銑刀以圓弧切人螺紋起始點；第5步，螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向的插補運動，同時作平行于軸線的+Z方向運動，即每繞螺紋軸線運行360°，沿+Z方向就上升一個螺距，刀具三軸聯動運動軌跡為一螺旋線；第6步，螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點退刀；第7步，螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面，準備加工下一孔。
圖1 內螺紋銑削加工示意圖
3 螺紋銑削軌跡
螺紋銑削運動軌跡為一螺旋線，可通過數控機床的三軸聯動來實現。圖2為左旋和右旋外螺紋的銑削運動示意圖。
圖2 外螺紋的銑削運動示意圖 圖3 螺紋銑刀的軌跡圖
與一般輪廓的銑削運動一樣，螺紋銑削開始進刀時也可采用1/4圓弧切入或直線切入。銑削時應盡量選用刀片寬度大于被加工螺紋長度的銑刀，這樣， 銑刀只需旋轉360°即可完成螺紋加工。螺紋銑刀的軌跡分析如圖3所示。
4 深螺紋銑削編程
4.1 深螺紋加工工藝分析
在鉆削中，那些孔深大于3倍孔徑的孔稱為深孔。而深孔攻絲意味著攻絲深度大于絲錐直徑的1.5倍以上。如當用一只直徑為1/4″的絲錐加工深度為3/8″的螺紋時，這種情況通常稱為深孔攻絲。
加工一個深孔螺紋，意味著刀具與工件之間需長時間的接觸。同時，在加工過程中會產生更多的切削熱和更大的切削力。因此深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致性[2]。
為解決這個問題，可以采用兩種方案：（1）增大攻絲前孔的直徑；（2）使用專為深孔攻絲設計的絲錐。
1）增大攻絲前孔的直徑
合適的螺紋底孔對于螺紋加工是十分重要的。一個尺寸稍大的螺紋底孔能有效降低攻絲過程中產生的切削熱和切削力。但它也會減小螺紋的接觸率。國家標準和技術委員會規定：在深孔中，允許在孔壁上只攻出螺紋全高的50%。這一點在對特殊材料和難加工材料的小孔攻絲時尤其重要。因為盡管由于孔壁上螺紋高度的減少導致螺紋接觸率下降，但由于螺紋長度的增加，因此仍可保持螺紋可靠的連接。
螺紋底孔的直徑增量主要取決于所要求的螺紋接觸率和每單位長度的螺紋頭數。根據上述兩值，利用經驗公式可計算出正確的螺紋底孔直徑。
2）使用專為深孔攻絲設計的絲錐的切削參數
由于鈦金屬零件難于加工，因此需要對切削參數和刀具幾何尺寸做充分考慮。
A、切削速度
由于鈦合金具有大的彈性和變形率，因此需要采有相對較小的切削速度。在加工鈦合金零件的小孔時，推薦采用的圓周切削速度為250~300mm/min。
B、容屑槽
在深孔攻絲時，需減少絲錐槽數，使每個槽的容屑空間增大。這樣，當絲錐退刀時，可以帶走更多的鐵屑，減小由于鐵屑堵塞而造成刀具破損的機會。但另一方面，絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑減小，因此，絲錐強度受到影響。所以這也會影響切削速度。另外，螺旋槽絲錐比直槽絲錐更易排屑。
C、前角和后角
小前角可提高切削刃強度，從而增加刀具壽命；而大前角有利于切削長切屑的金屬。因此在對鈦合金加工時，需綜合考慮這兩個方面的因素，選用合適的前角。
大后角可以減小刀具和切屑之間的摩擦。因此有時要求絲錐后角為40°。在加工鈦金屬時，在絲錐上磨出大的后角，有利于排屑。另外，全磨制絲錐和刃背鏟磨的絲錐也有利于攻絲。
D、冷卻液
當加工特殊材料時，必須保證切削液到達切削刃。為改進冷卻液的流量，推薦在絲錐的刃背上開冷卻槽。如果直徑足夠大的話，可考慮采用內冷卻絲錐。
4.2 深螺紋加工實例
現結合M36×2右旋內螺紋銑削加工實例說明螺紋銑削的編程方法。工件材料：45鋼,調質；螺紋底孔直徑：Di=33.84mm；螺紋直徑：D0=36mm；螺紋長度L=25mm；螺距：P=2mm；整體圓柱螺紋銑刀直徑：D2=14mm,切削刃長為34mm；銑削方式：順銑。切削速度：50mm/min，每齒進給量f=0.1mm。
（1）參數計算
主軸轉速N為
N=1000V/（D2×π）=1000×150/（14×3.14）=3412r/min
銑刀齒數Z=1，每齒進給量fz=0.1mm,銑刀切削刃處進給速度F1為
F1=fz×N=0.1×1×3412=341mm/min
銑刀中心進給速度F2為
F2=F1（D0-D2）/D0=341×（36-14）/30=250mm/min
設安全距離CL=0.5mm,切入圓弧半徑Re為
Re=[（Ri-CL）2+R02]/（2R0）=[（16.92-0.5）2+182]/（2×18）=16.489mm
切入圓弧角度b為
b=180°-arcsin[（Ri-CL）/Re]=180°-arcsin[（16.92-0.5）/16.489]=95.24°
為便于計算，b可近似取值為90°。切入圓弧時的Z軸位移Za為
Za=Pa/360°=2×90°/360°=0.5mm
切入圓弧起始點坐標為
X=0
Y=-Ri+CL=-16.92+0.5=-16.42mm
Z=-（L+Za）=-（25+0.5）=-25.5mm
（2）螺紋銑削程序（Fanuc系統）
在螺紋切削加工時，可以采用變量編程。在螺紋加工時，螺紋的參數并不固定，采用變量編程，可以將螺紋的直徑、螺距、螺紋長度等參數設為變量，不同的螺紋只要改變這些參數，就可以采用同一個程序加工不同的螺紋，可以減少編程時間，提高螺紋銑削的效率，因此，充分利用變量編程、經濟和應用范圍廣的特點，將使螺紋銑削的應用更加的廣泛[3]。
對于Fanuc系統，變量編程就是采用宏程序編程。以下程序是根據螺紋切削的參數編制的宏程序。在加工不同螺紋時，只需改變相應的參數值。
%
#1=16.92 '螺紋底孔半徑
#2=18 '螺紋公稱半徑
#3=25 '螺紋長度
#4=2 '螺紋螺距
#5=14 '螺紋銑刀直徑
#6=150 '切削速度
#7=1 '螺紋銑刀齒數
#8=0.1 '每齒進給量
#11=1000*#6/[#15*3.142] '主軸轉速
#12=#7*#8*#11 '銑刀切削刃處進給速度
#13=#12*[2*#2-#5]/[2*#2] '銑刀中心進給速度
#14=[[#1-#10]^2+[#2]^2]/[2*#2] '切入圓弧半徑值
#15=#4*90/360 '切入圓弧時Z軸位移
#21=0 '切入圓弧起始點的X坐標
#22=-#1/2+#10 '切入圓弧起始點的Y坐標
#23=-[#3+#15] '切入圓弧起始點的Z坐標
N10 G90 G00 G54 X0. Y0.
N20 G43 H10 Z0. M3 S#11
N30 G91 G00 X0. Y0. Z#23
N40 G41 D01 X#21 Y#22 Z0
N50 G03 X#2 Y-#22 Z#15 R#14 F#13 '圓弧切入
N60 G03 X0. Y0. Z#4 I#2 J0. '螺紋切削
N70 G03 X-#2 Y-#22 Z#15 R#14 '圓弧切出
N80 G00 G40 X0 Y#22 Z0.
N90 G49 G54 G90 G00 Z100. M5
N100 M30
%
5 結語
螺紋銑削的加工方法可以率高精度地完成各種規格的螺紋加工，比起傳統的螺紋加工方式具有一定的*性。螺紋銑削的編程可以變量編程，只需更改相應的參數，就可以利用同一個程序加工出參數不同的螺紋，應用范圍廣泛。
（來源：機床搜索網）
1 引言
傳統的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋，采用絲錐、板牙手工攻絲以及套扣。隨著數控加工技術的發展，特別是三軸聯動數控加工系統的出現，利用數控銑床進行螺紋的銑削得以實現。螺紋銑削是通過數控機床的三軸聯動，利用螺紋銑刀進行螺旋插補銑削而形成螺紋，刀具在水平面上每作一周圓周運動，在垂直面內則直線移動一個螺距[1]。
螺紋銑削加工可以實現在不換刀的情況下，一次性完成螺紋的加工，包括底孔的鉆削，螺紋的加工等；同一把螺紋銑刀能加工出螺距相同、直徑不同的螺紋。因此，與傳統的螺紋加工方法相比，螺紋銑削加工具有較大的優勢：加工效率高，加工質量好，刀具通用性好，加工安全性好。對于一些特殊結構的螺紋，如不允許有過渡扣或退刀槽結構的螺紋，采用傳統的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但采用數控銑削卻十分容易實現。本文介紹螺紋銑削的加工工藝過程、螺紋銑刀類型，zui后介紹一個螺紋銑削的編程實例。
2 螺紋銑削加工的工藝過程
用螺紋鉆銑刀銑削螺紋時的加工過程如圖1所示，具體步驟為：第1步，螺紋鉆銑刀快速運行至工件安全平面；第2步，螺紋鉆銑刀鉆孔至孔深尺寸；第3步，螺紋鉆銑刀提升至螺紋深度尺寸；第4步，螺紋鉆銑刀以圓弧切人螺紋起始點；第5步，螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向的插補運動，同時作平行于軸線的+Z方向運動，即每繞螺紋軸線運行360°，沿+Z方向就上升一個螺距，刀具三軸聯動運動軌跡為一螺旋線；第6步，螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點退刀；第7步，螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面，準備加工下一孔。
圖1 內螺紋銑削加工示意圖
螺紋銑削運動軌跡為一螺旋線，可通過數控機床的三軸聯動來實現。圖2為左旋和右旋外螺紋的銑削運動示意圖。
圖2 外螺紋的銑削運動示意圖 圖3 螺紋銑刀的軌跡圖
4 深螺紋銑削編程
4.1 深螺紋加工工藝分析
在鉆削中，那些孔深大于3倍孔徑的孔稱為深孔。而深孔攻絲意味著攻絲深度大于絲錐直徑的1.5倍以上。如當用一只直徑為1/4″的絲錐加工深度為3/8″的螺紋時，這種情況通常稱為深孔攻絲。
加工一個深孔螺紋，意味著刀具與工件之間需長時間的接觸。同時，在加工過程中會產生更多的切削熱和更大的切削力。因此深孔中進行攻絲容易產生刀具破損和螺紋的不一致性[2]。
為解決這個問題，可以采用兩種方案：（1）增大攻絲前孔的直徑；（2）使用專為深孔攻絲設計的絲錐。
1）增大攻絲前孔的直徑
合適的螺紋底孔對于螺紋加工是十分重要的。一個尺寸稍大的螺紋底孔能有效降低攻絲過程中產生的切削熱和切削力。但它也會減小螺紋的接觸率。國家標準和技術委員會規定：在深孔中，允許在孔壁上只攻出螺紋全高的50%。這一點在對特殊材料和難加工材料的小孔攻絲時尤其重要。因為盡管由于孔壁上螺紋高度的減少導致螺紋接觸率下降，但由于螺紋長度的增加，因此仍可保持螺紋可靠的連接。
螺紋底孔的直徑增量主要取決于所要求的螺紋接觸率和每單位長度的螺紋頭數。根據上述兩值，利用經驗公式可計算出正確的螺紋底孔直徑。
2）使用專為深孔攻絲設計的絲錐的切削參數
由于鈦金屬零件難于加工，因此需要對切削參數和刀具幾何尺寸做充分考慮。
A、切削速度
由于鈦合金具有大的彈性和變形率，因此需要采有相對較小的切削速度。在加工鈦合金零件的小孔時，推薦采用的圓周切削速度為250~300mm/min。
B、容屑槽
在深孔攻絲時，需減少絲錐槽數，使每個槽的容屑空間增大。這樣，當絲錐退刀時，可以帶走更多的鐵屑，減小由于鐵屑堵塞而造成刀具破損的機會。但另一方面，絲錐容屑槽的加大使得芯部直徑減小，因此，絲錐強度受到影響。所以這也會影響切削速度。另外，螺旋槽絲錐比直槽絲錐更易排屑。
C、前角和后角
小前角可提高切削刃強度，從而增加刀具壽命；而大前角有利于切削長切屑的金屬。因此在對鈦合金加工時，需綜合考慮這兩個方面的因素，選用合適的前角。
大后角可以減小刀具和切屑之間的摩擦。因此有時要求絲錐后角為40°。在加工鈦金屬時，在絲錐上磨出大的后角，有利于排屑。另外，全磨制絲錐和刃背鏟磨的絲錐也有利于攻絲。
D、冷卻液
當加工特殊材料時，必須保證切削液到達切削刃。為改進冷卻液的流量，推薦在絲錐的刃背上開冷卻槽。如果直徑足夠大的話，可考慮采用內冷卻絲錐。
4.2 深螺紋加工實例
現結合M36×2右旋內螺紋銑削加工實例說明螺紋銑削的編程方法。工件材料：45鋼,調質；螺紋底孔直徑：Di=33.84mm；螺紋直徑：D0=36mm；螺紋長度L=25mm；螺距：P=2mm；整體圓柱螺紋銑刀直徑：D2=14mm,切削刃長為34mm；銑削方式：順銑。切削速度：50mm/min，每齒進給量f=0.1mm。
（1）參數計算
主軸轉速N為
N=1000V/（D2×π）=1000×150/（14×3.14）=3412r/min
銑刀齒數Z=1，每齒進給量fz=0.1mm,銑刀切削刃處進給速度F1為
F1=fz×N=0.1×1×3412=341mm/min
銑刀中心進給速度F2為
F2=F1（D0-D2）/D0=341×（36-14）/30=250mm/min
設安全距離CL=0.5mm,切入圓弧半徑Re為
Re=[（Ri-CL）2+R02]/（2R0）=[（16.92-0.5）2+182]/（2×18）=16.489mm
切入圓弧角度b為
b=180°-arcsin[（Ri-CL）/Re]=180°-arcsin[（16.92-0.5）/16.489]=95.24°
為便于計算，b可近似取值為90°。切入圓弧時的Z軸位移Za為
Za=Pa/360°=2×90°/360°=0.5mm
切入圓弧起始點坐標為
X=0
Y=-Ri+CL=-16.92+0.5=-16.42mm
Z=-（L+Za）=-（25+0.5）=-25.5mm
（2）螺紋銑削程序（Fanuc系統）
在螺紋切削加工時，可以采用變量編程。在螺紋加工時，螺紋的參數并不固定，采用變量編程，可以將螺紋的直徑、螺距、螺紋長度等參數設為變量，不同的螺紋只要改變這些參數，就可以采用同一個程序加工不同的螺紋，可以減少編程時間，提高螺紋銑削的效率，因此，充分利用變量編程、經濟和應用范圍廣的特點，將使螺紋銑削的應用更加的廣泛[3]。
對于Fanuc系統，變量編程就是采用宏程序編程。以下程序是根據螺紋切削的參數編制的宏程序。在加工不同螺紋時，只需改變相應的參數值。
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#1=16.92 '螺紋底孔半徑
#2=18 '螺紋公稱半徑
#3=25 '螺紋長度
#4=2 '螺紋螺距
#5=14 '螺紋銑刀直徑
#6=150 '切削速度
#7=1 '螺紋銑刀齒數
#8=0.1 '每齒進給量
#11=1000*#6/[#15*3.142] '主軸轉速
#12=#7*#8*#11 '銑刀切削刃處進給速度
#13=#12*[2*#2-#5]/[2*#2] '銑刀中心進給速度
#14=[[#1-#10]^2+[#2]^2]/[2*#2] '切入圓弧半徑值
#15=#4*90/360 '切入圓弧時Z軸位移
#21=0 '切入圓弧起始點的X坐標
#22=-#1/2+#10 '切入圓弧起始點的Y坐標
#23=-[#3+#15] '切入圓弧起始點的Z坐標
N10 G90 G00 G54 X0. Y0.
N20 G43 H10 Z0. M3 S#11
N30 G91 G00 X0. Y0. Z#23
N40 G41 D01 X#21 Y#22 Z0
N50 G03 X#2 Y-#22 Z#15 R#14 F#13 '圓弧切入
N60 G03 X0. Y0. Z#4 I#2 J0. '螺紋切削
N70 G03 X-#2 Y-#22 Z#15 R#14 '圓弧切出
N80 G00 G40 X0 Y#22 Z0.
N90 G49 G54 G90 G00 Z100. M5
N100 M30
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5 結語
螺紋銑削的加工方法可以率高精度地完成各種規格的螺紋加工，比起傳統的螺紋加工方式具有一定的*性。螺紋銑削的編程可以變量編程，只需更改相應的參數，就可以利用同一個程序加工出參數不同的螺紋，應用范圍廣泛。
（來源：機床搜索網）
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