加工中心上螺纹加工方法的实质性研究
2018-6-19 来源：淄柴机器有限公司 ;淄博柴油机总公司 作者： 王云 荆涛
摘要：本文主要介绍加工中心实际加工中常用的螺纹加工方法，分别是丝锥加工方法和螺纹铣削法。本文分别对这两种方法进行介绍、分析和适用加工范围，本文同时对螺纹铣削的加工程序进行介绍、总结。通过选择合适的加工方法、螺纹加工工具，提高螺纹的加工质量和效率，提高加工中心的使用效率。
关键词：螺纹丝锥加工 ; 螺纹铣削加工 ; 加工中心
1、引言
螺纹加工是加工中心非常重要的应用之一，螺纹的加工质量和效率将直接影响零件的加工质量和效率。本文通过总结实际加工中常用的螺纹加工方法，对螺纹加工刀具的选择、数控编程方法及注意事项进行了分析和说明，便于操作者选择合适的螺纹加工方法，提高加工中心的使用效率。
2、丝锥加工法
2.1 柔性攻丝和刚性攻丝对比
在加工中心加工中，采用丝锥加工螺纹孔是最常用的加工方法，它主要适用于直径较小（直径少于 D30），孔位置精度要求不高的螺纹孔。采用丝锥加工螺纹孔，有柔性攻丝和刚性攻丝两种方法。现分别对两种攻丝方式进行介绍对比：
柔性攻丝，即采用柔性攻丝夹头夹持丝锥，攻丝夹头可做轴向补偿，补偿机床轴向进给与主轴转速不同步造成的进给误差，保证正确螺距。柔性攻丝夹头结构复杂，成本较高，容易损坏，加工效率较低。刚性攻丝，即采用刚性弹簧夹头夹持丝锥，主轴进给与主轴转速有机床保持一致，弹簧夹头相对于柔性攻丝夹头，结构简单，价格便宜，用途广泛，可与夹持钻头刀柄通用，可以降低刀具成本。同时，采用刚性攻丝，可以进行高速切削，提高加工效率，降低制作成本。
近年来，加工中心的性能逐步提高，刚性攻丝功能成为加工中心的基本配置，机床可以保证主轴进给与主轴转速保持一致。因此，刚性攻丝成为目前螺纹加工的主要方法。
2.2 丝锥的选择和螺纹底孔的加工
选择丝锥，首先按照加工材料选择相应的丝锥，刀具公司根据加工材料的不同，会有相应型号的丝锥，选择时注意工件的材料。其次，应注意通孔丝锥与盲孔丝锥的区别，通孔丝锥前端导向较长，排屑为前排屑。盲孔丝锥前端引导较短，排屑为后排屑。用通孔丝锥加工盲孔，不能保证螺纹加工深度。
螺纹底孔的加工对于丝锥的寿命、螺纹加工的质量等方面有较大影响。通常，螺纹底孔钻头直径选择接近螺纹底孔直径公差的上限。可以减少丝锥加工余量，降低丝锥负荷，提高丝锥的使用寿命。
3、螺纹铣削法
3.1 螺纹铣削特点
螺纹铣削是采用螺纹铣刀，使用 G02、G03 指令进行螺纹线插补，即加工中心三轴联动，X、Y 圆弧插补，Z 轴直线进给的铣削加工螺纹。铣削螺纹相对丝锥易于排屑、冷却，可以避免使用丝锥过程中易于出现掉牙、乱牙等质量问题。同时螺纹直径大于30时，采用丝锥进行加工，机床主轴功率不能满足加工要求。采用钻床攻丝，螺纹加工效率低，工人劳动强度大。采用螺纹铣削加工，具有螺纹铣刀线速度高。受力小、排屑好，螺纹加工精度高，表面粗糙度值小等优点。
3.2 螺纹铣削加工原理
3.2.1 螺纹铣削宏程序加工
在气缸盖加工过程中，侧面有多个闷塞孔，以前都采用钻床丝锥攻丝，加工效率低，工人劳动强度大，且经常出现掉牙等质量问题，且丝锥磨损较快。为提高螺纹的加工质量，降低工人劳动强度，降低加工成本。我们采用新型刀具多齿螺纹铣刀，采用卧式加工中心进行加工。现我们对 G1-1/4 管螺纹进行实验（螺纹大径 41.91，小径38.952，螺距 2.309）。
卧式加工中心采用法拿克系统，没有固定的循环程序，首先我们采用宏程序编程，进行加工试验。参考程序如下：
G00 G90;
G43 H10 Z100 M03 S800 F80;( 安全平面，主轴正转 )
#101=4.618;（变量赋值）
Z5;
G01 G91 G42 D10 X20.955 F200;（进刀平面）
N100 G90 G02 I-20.955 Z#101;（螺纹铣刀螺旋线插补）
#101=#101-2.309;（Z 深度变量递减）
IF[#101GE-27. 708] GOTO 100;（Z 深度变量与螺纹深度比较）
G01 G91 G40 X-20.955 F30;（退刀点）
G00 G90 G49 Z600 M05;（退刀平面）
M99;（子程序结束）
试切后，通过用螺纹止规、通规检验，螺纹符合加工要求，且表面粗糙度比以前有显著提高。根据实际试切情况，此加工程序加工效率低，相当于单齿螺纹铣刀加工，为提高加工效率，对加工程序进行优化。
3.2.2 螺纹铣削多齿铣削程序
根据实际测量多齿螺纹铣刀的有效长度大于螺纹孔加工的螺纹长度，设定刀具的运行轨迹如下：螺纹铣刀切入 1/4 圆弧，Z 轴方向，刀具运行 1/4 螺距；螺纹铣刀正式加工 1 周，刀具在 Z 轴方向运行 1个螺距；螺纹铣刀退刀时，运行 1/4 圆弧，Z 轴方向刀具运行 1/4 螺距。此方法保证多刃螺纹铣刀上每个有效刀齿同时参与切削，从而快速的完成整个螺纹的加工。以 G1-1/4 螺纹为例，参考程序如下：
N50 T2 M06;( 铣螺纹 ) N60 G43 H58 Z5 M3 S2000;
N70 G91 G1Z-25.577 F100; N80 G91 G1 G41 D58 X0 Y-19.1 F200;
N90 G3 X21.15 Y19.1 Z0.577 R19.2; N100 G3 X0 Y0 Z2.309 I-21.15;
N110 G3 X-21.15 Y19.1 Z0.577 R19.2; N120 G0 G40 X0 Y-19.1;
N130 G90 G0 Z100 M5;N140 M99;
试切后，通过用螺纹止规、通规检验，螺纹符合加工要求，此种程序加工螺纹的效率明显比宏程序加工螺纹的效率高，且螺纹精度和表面粗糙度比丝锥加工有显著提高。
4、结语
本文介绍加工中心通用的螺纹加工方法，分别对丝锥法和螺纹铣削法进行介绍，对螺纹合适的加工方法进行分析、总结。只有选择正确的螺纹加工方法和螺纹切削刀具，才能提高螺纹的加工效率，提高螺纹的加工质量。
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