螺纹数控铣削加工及其编程
摘要：介绍了螺纹数控铣削的几种铣刀和铣削方法，并举例说明螺纹数控铣削的编程。
0 引言传统的螺纹加工方法主要是:：外螺纹采用螺纹车刀车削，工作时需多次走刀才能切出螺纹轮廓，生产效率低；内螺纹采用丝锥攻丝，工作时必须先把螺纹底孔加工好，然后换刀进行加工，辅助时间长。随着数控技术的发展，数控铣削螺纹的加工方式逐渐地取代了传统的螺纹加工方法。与传统的螺纹加工方法相比，螺纹铣削加工的效率和加工精度都有所提高。特别是对于一些有特殊结构要求的螺纹，如没有过渡扣或退刀槽结构的螺纹，采用螺纹铣削的方法更表现出它的优势。因此，对于大批量生产的螺纹，数控铣削螺纹是一种有较大推广价值的新工艺。1 螺纹铣刀及其工艺特点加工螺纹的铣刀类型有多种，各种螺纹铣刀的加工工艺特点也不同。 盘形螺纹铣刀 梳形螺纹铣刀 复合螺纹铣刀 盘形螺纹铣刀如图1（a）所示，工作时，铣刀轴线和工件轴线倾斜一个工件螺纹中径导程角入，工件旋转一周，工件和铣刀相对在轴向移动一个螺距。通常一次走刀即能切出所需螺纹，工作简图如图1（b）所示。为了提高铣削平稳性，齿数应取多齿，且做成错齿形式，以改善两侧刃的切削条件。 盘形螺纹铣刀主要用于铣削螺距较大、长度较长的螺纹，如单头或双头梯形螺纹和蜗杆等。
（a）
（b）
图1 盘形螺纹铣刀及其工作示意图
图2 梳形螺纹铣刀及其工作示意图
（a）
（b）
图3 螺纹钻铣刀及其螺纹铣削加工示意图
图4 螺纹铣刀轨迹
梳形螺纹铣刀可以看作是若干个盘形螺纹铣刀的组合，如图2所示。加工时，铣刀和工件轴线平行，且铣刀和工件沿螺纹全长接触。因此，切削时工件旋转一周，工件和铣刀相对轴向移动一个螺距，即能切出所需螺纹。 梳形螺纹铣刀主要用于加工长度短而螺距小的三角形内、外圆柱螺纹和圆锥螺纹。 为了提高生产效率，能在不换刀的情况下一次性切出螺纹，可采用如图3（a）所示的复合螺纹铣刀—螺纹钻铣刀。螺纹钻铣刀的切削刃表面上看有些像丝锥，实际上与丝锥不同，刀具上无螺旋升程，加工中的螺旋靠机床运动实现。 用螺纹钻铣刀铣削螺纹时的工作示意图如图3（b）所示，其步骤为：第1步，螺纹钻铣刀快速运行至工件安全平面；第2步，螺纹钻铣刀钻孔至孔深尺寸；第3步，螺纹钻铣刀提升至螺纹深度尺寸；第4步，螺纹钻铣刀以圆弧切人螺纹起始点；第5步，螺纹钻铣刀绕螺纹轴线作x、y方向的插补运动，同时作平行于轴线的+z方向运动，即每绕螺纹轴线运行360°，沿+z方向就上升一个螺距，刀具三轴联动运动轨迹为一螺旋线；第6步，螺纹钻铣刀以圆弧从起始点退刀；第7步，螺纹钻铣刀快速退至工件安全平面，准备加工下一孔。螺纹钻铣刀铣削螺纹的运动轨迹如图4所示。 2 螺纹铣削编程 现以m20×1.5右旋内螺纹铣削加工实例说明螺纹加工的编程方法。 工件材料：铸铁；螺纹底孔直径：di18.38mm；螺纹直径：do=20mm；螺纹长度：l=25mm;螺距：p=1.5mm；刀具：硬质合金螺纹钻铣刀；铣刀直径d2=10mm；铣削方式：顺铣；切削速度50m/min；铣削进给量：0.1mm/齿。 参数计算 螺纹铣削程序（funuc系统） 主轴转速为：n=（1000v）/（d2p）=（1000×50）/（10x3.14）=1592（r/min） 铣刀齿数z=1，每齿进给量f=0.1mm，铣刀切削刃处进给速度为: v1=fzn=0.1×1×1592=159.2（mm/min） 铣刀中心进给速度为：v2=v1（d0-d2）/d0=159.2×（20-10）/20=79.6（mm/min） 设安全距离cl=0.5mm，切入圆弧半径为: re= （ri-cl）2+r02 = （9.19-0.5）2+102 =8.78
2r0 2×10
切入圆弧角度为：b=180°-arcsin[（ri-cl）/re）=180°-arcsin[（9.19-0.5）/8.78]=180°-84.12°=95.88° 切入圆弧时的z轴位移为：za=pa/360°=1.5×90°/360°=0.375（mm） 切入圆弧起点坐标为： { x=0
y=-ri+cl=-9.19+0.5=-8.68
z=-（l-za）=-（25+0.375）=-25.375
% n10 g90 g00 g57 x0. y0. n20 g43 h10 z0. m3 s1592 n30 g91 g00 x0. y0. z-25.375 n40 g41 d60 x0. y-8.68 z0. n50 g03 x10. y8.68 z0.375 r8.78 f79.6 n60 g03 x0. y0. z1.5 i-10. j0. n70 g03 x-10. y8.68 z0.375 r8.78 n80 g00 g40 x0. y-8.68 z0. n90 g49 g57 g00 z200. m5 n100 m30
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（a）
（b）
图1 盘形螺纹铣刀及其工作示意图
图2 梳形螺纹铣刀及其工作示意图
（a）
（b）
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梳形螺纹铣刀可以看作是若干个盘形螺纹铣刀的组合，如图2所示。加工时，铣刀和工件轴线平行，且铣刀和工件沿螺纹全长接触。因此，切削时工件旋转一周，工件和铣刀相对轴向移动一个螺距，即能切出所需螺纹。 梳形螺纹铣刀主要用于加工长度短而螺距小的三角形内、外圆柱螺纹和圆锥螺纹。 为了提高生产效率，能在不换刀的情况下一次性切出螺纹，可采用如图3（a）所示的复合螺纹铣刀—螺纹钻铣刀。螺纹钻铣刀的切削刃表面上看有些像丝锥，实际上与丝锥不同，刀具上无螺旋升程，加工中的螺旋靠机床运动实现。 用螺纹钻铣刀铣削螺纹时的工作示意图如图3（b）所示，其步骤为：第1步，螺纹钻铣刀快速运行至工件安全平面；第2步，螺纹钻铣刀钻孔至孔深尺寸；第3步，螺纹钻铣刀提升至螺纹深度尺寸；第4步，螺纹钻铣刀以圆弧切人螺纹起始点；第5步，螺纹钻铣刀绕螺纹轴线作x、y方向的插补运动，同时作平行于轴线的+z方向运动，即每绕螺纹轴线运行360°，沿+z方向就上升一个螺距，刀具三轴联动运动轨迹为一螺旋线；第6步，螺纹钻铣刀以圆弧从起始点退刀；第7步，螺纹钻铣刀快速退至工件安全平面，准备加工下一孔。螺纹钻铣刀铣削螺纹的运动轨迹如图4所示。 2 螺纹铣削编程 现以m20×1.5右旋内螺纹铣削加工实例说明螺纹加工的编程方法。 工件材料：铸铁；螺纹底孔直径：di18.38mm；螺纹直径：do=20mm；螺纹长度：l=25mm;螺距：p=1.5mm；刀具：硬质合金螺纹钻铣刀；铣刀直径d2=10mm；铣削方式：顺铣；切削速度50m/min；铣削进给量：0.1mm/齿。 参数计算 螺纹铣削程序（funuc系统） 主轴转速为：n=（1000v）/（d2p）=（1000×50）/（10x3.14）=1592（r/min） 铣刀齿数z=1，每齿进给量f=0.1mm，铣刀切削刃处进给速度为: v1=fzn=0.1×1×1592=159.2（mm/min） 铣刀中心进给速度为：v2=v1（d0-d2）/d0=159.2×（20-10）/20=79.6（mm/min） 设安全距离cl=0.5mm，切入圆弧半径为: re= （ri-cl）2+r02 = （9.19-0.5）2+102 =8.78
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