文摘：介绍了螺纹铣削的特点和方法，并通过实例说明了深螺纹数控铣削的加工工艺和用宏程序编程的方法。关键词：螺纹铣削数控加工宏程序中图形分类号：螺纹铣削宏程序分析邹(广东工商学院，广州510510)通过介绍螺纹数控铣削的优点、螺纹铣削的方法，阐述了深螺纹数控铣削宏程序的规划分析。关键词：螺纹的数控铣削数控加工编程宏程序1简介传统的螺纹加工方法主要使用螺纹车刀车削螺纹、攻丝、板牙、手工攻丝和过冲。随着数控加工技术的发展，特别是三轴数控加工系统的出现，数控铣床铣削螺纹已经可以实现。螺纹铣削是数控机床的三轴联动，用螺纹铣刀进行螺旋插补铣削形成螺纹。每当刀具在水平面上做圆周运动时，它在垂直面上以一个节距做直线运动[1]。螺纹铣削可以在不更换刀具的情况下一次性完成螺纹加工，包括钻底孔、加工螺纹等。同一个螺纹铣刀可以加工相同螺距不同直径的螺纹。因此，与传统的螺纹加工方法相比，螺纹铣削具有很大的优势：加工效率高、加工质量好、刀具通用性好、加工安全性好。对于一些特殊结构的螺纹，如带过渡扣或卸荷槽的螺纹，用传统的车削方法或丝锥、板牙加工很困难，而用数控铣削很容易实现。介绍了螺纹铣削的加工过程、螺纹铣刀的种类，最后介绍了一个螺纹铣削的编程实例。2螺纹铣削的过程用螺纹钻和铣刀进行螺纹铣削的过程如图1所示。具体步骤如下：第一步，螺纹钻铣刀快速运行到工件的安全平面；第二步，用螺纹钻铣刀钻孔至孔深尺寸；第三步，将螺纹钻铣刀提升至螺纹深度尺寸；步骤4，用螺纹钻铣刀将螺纹的起点切削成圆弧；第五步，螺纹钻铣刀绕螺纹轴线进行X、Y方向的插补运动，同时进行平行于轴线的Z方向运动，即每绕螺纹轴线运行360度，沿Z方向上升一个螺距，刀具三轴联动运动轨迹为螺旋线；步骤6，螺纹钻铣刀从起点圆弧退刀；第七步，螺纹钻铣刀快速退至工件安全平面，准备加工下一个孔。图1内螺纹铣削示意图3螺纹铣削轨迹螺纹铣削轨迹是一条螺旋线，可以通过数控机床的三轴联动来实现。图2是左旋和右旋外螺纹铣削运动的示意图。图2外螺纹铣削运动示意图图3螺纹铣刀轨迹图与一般廓形的铣削运动相同。螺纹铣削开始时，也可以采用1/4圆弧切削或直线切削。铣削时应尽量选用刀片宽度大于待加工螺纹长度的铣刀，这样铣刀只需旋转360即可完成螺纹加工。铣刀的轨迹分析如图3所示。4深螺纹铣削编程4.1深螺纹加工工艺分析在钻孔中，那些孔深大于3倍孔径的孔称为深孔。深孔攻丝是指攻丝深度大于丝锥直径的1.5倍。例如，当直径为1/4”的丝锥用于加工深度为3/8”的螺纹时，这种情况通常被称为深孔攻丝。加工深孔螺纹意味着刀具与工件接触需要很长时间。同时，在加工过程中会产生更多的切削热和更大的切削力。所以深孔攻丝容易出现断刀和螺纹不一致的情况[2]。为解决这一问题，可采用两种方案：(1)增大钻孔直径
国家标准与技术委员会规定，在深孔中，只能在孔壁上攻出总螺纹高度的50%。这在攻特殊材料和难加工材料的小孔时尤为重要。虽然由于孔壁上螺纹高度的降低，螺纹接触率降低，但由于螺纹长度的增加，仍然可以保持螺纹的可靠连接。螺纹底孔的直径增量主要取决于要求的螺纹接触率和单位长度的螺纹根数。根据以上两个值，可以通过经验公式计算出螺杆底孔的正确直径。2)深孔攻丝专用丝锥的切削参数。由于钛零件加工难度大，所以需要充分考虑切削参数和刀具几何形状。a、切削速度由于钛合金的弹性和变形率较大，所以需要采用相对较小的切削速度。加工钛合金零件孔时，推荐周向切削速度为250 ~ 300毫米/分钟。b、容屑槽深孔攻丝时，应减少丝锥槽的数量，以增加每个槽的容屑空间。这样，当水龙头退的时候，可以拿走更多。
的铁屑，减小由于铁屑堵塞而造成刀具破损的机会。但另一方面，丝锥容屑槽的加大使得芯部直径减小，因此，丝锥强度受到影响。所以这也会影响切削速度。另外，螺旋槽丝锥比直槽丝锥更易排屑。C、前角和后角小前角可提高切削刃强度，从而增加刀具寿命；而大前角有利于切削长切屑的金属。因此在对钛合金加工时，需综合考虑这两个方面的因素，选用合适的前角。大后角可以减小刀具和切屑之间的摩擦。因此有时要求丝锥后角为40°。在加工钛金属时，在丝锥上磨出大的后角，有利于排屑。另外，全磨制丝锥和刃背铲磨的丝锥也有利于攻丝。D、冷却液当加工特殊材料时，必须保证切削液到达切削刃。为改进冷却液的流量，推荐在丝锥的刃背上开冷却槽。如果直径足够大的话，可考虑采用内冷却丝锥。4.2 深螺纹加工实例现结合M36×2右旋内螺纹铣削加工实例说明螺纹铣削的编程方法。工件材料：45钢,调质；螺纹底孔直径：Di=33.84mm；螺纹直径：D0=36mm；螺纹长度L=25mm；螺距：P=2mm；整体圆柱螺纹铣刀直径：D2=14mm,切削刃长为34mm；铣削方式：顺铣。切削速度：50mm/min，每齿进给量f=0.1mm。(1)参数计算主轴转速N为N=1000V/(D2×π)=1000×150/(14×3.14)=3412r/min铣刀齿数Z=1，每齿进给量fz=0.1mm,铣刀切削刃处进给速度F1为F1=fz×N=0.1×1×3412=341mm/min铣刀中心进给速度F2为F2=F1(D0-D2)/D0=341×(36-14)/30=250mm/min设安全距离CL=0.5mm,切入圆弧半径Re为Re=[(Ri-CL)2+R02]/(2R0)=[(16.92-0.5)2+182]/(2×18)=16.489mm切入圆弧角度b为b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re]=180°-arcsin[(16.92-0.5)/16.489]=95.24°为便于计算，b可近似取值为90°。切入圆弧时的Z轴位移Za为Za=Pa/360°=2×90°/360°=0.5mm切入圆弧起始点坐标为 X=0 Y=-Ri+CL=-16.92+0.5=-16.42mm Z=-(L+Za)=-(25+0.5)=-25.5mm(2)螺纹铣削程序(Fanuc系统)在螺纹切削加工时，可以采用变量编程。在螺纹加工时，螺纹的参数并不固定，采用变量编程，可以将螺纹的直径、螺距、螺纹长度等参数设为变量，不同的螺纹只要改变这些参数，就可以采用同一个程序加工不同的螺纹，可以减少编程时间，提高螺纹铣削的效率，因此，充分利用变量编程高效、经济和应用范围广的特点，将使螺纹铣削的应用更加的广泛[3]。对于Fanuc系统，变量编程就是采用宏程序编程。以下程序是根据螺纹切削的参数编制的宏程序。在加工不同螺纹时，只需改变相应的参数值。
%#1=16.92 螺纹底孔半径#2=18 螺纹公称半径#3=25 螺纹长度#4=2 螺纹螺距#5=14 螺纹铣刀直径#6=150 切削速度#7=1 螺纹铣刀齿数#8=0.1 每齿进给量#11=1000*#6/[#15*3.142] 主轴转速#12=#7*#8*#11 铣刀切削刃处进给速度#13=#12*[2*#2-#5]/[2*#2] 铣刀中心进给速度#14=[[#1-#10]^2+[#2]^2]/[2*#2] 切入圆弧半径值#15=#4*90/360 切入圆弧时Z轴位移#21=0 切入圆弧起始点的X坐标#22=-#1/2+#10 切入圆弧起始点的Y坐标#23=-[#3+#15] 切入圆弧起始点的Z坐标N10 G90 G00 G54 X0. Y0. N20 G43 H10 Z0. M3 S#11N30 G91 G00 X0. Y0. Z#23N40 G41 D01 X#21 Y#22 Z0N50 G03 X#2 Y-#22 Z#15 R#14 F#13 圆弧切入N60 G03 X0. Y0. Z#4 I#2 J0. 螺纹切削N70 G03 X-#2 Y-#22 Z#15 R#14 圆弧切出N80 G00 G40 X0 Y#22 Z0.N90 G49 G54 G90 G00 Z100. M5N100 M30%
5 结语
螺纹铣削的加工方法可以高效率高精度地完成各种规格的螺纹加工，比起传统的螺纹加工方式具有一定的优越性。螺纹铣削的编程可以变量编程，只需更改相应的参数，就可以利用同一个程序加工出参数不同的螺纹，应用范围广泛。
