内螺纹的铣削加工

内螺纹的铣削加工 2010年第1期电子工程47 内螺纹的铣削加工 刘录明 (南京长江电子信息产业集团有限公司,南京210037) 摘要:内螺纹的铣削加工是一种比较先进的加工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 .本文介绍了内螺纹铣削加工 的特点和适用范围以及 刀具的选用及数控编程的方法.结合实例说明了数控编程的加工方式,铣削参数的 选择并给出了Siemens8系列 系统的具体程序.' 关键词:内螺纹;铣削加工;数控编程 TheMillingofMetricInternalThread LIUIm—ming (NanjingChangjiangElectronicsGroupCo.,Ltd.,Nanjing210037) Abstract:ThemillingofmetricintemMthreadisanadvancedmethodofprocessing.Thisartic leintroducesthepe? culiafi~,app~cafionareaofthemilling,asweUasthechoiceoftoolandthemethodofnmnefic Mcontrolprogramfor metricintemMthread.Itshowshowtoselectthewayofthreadprocessing,milhngparamctcm ofnumeficMcontrolma— c~ningprocessbygivingaconcreteexample,andpresen~aprogramofSiemens8system. Keywords:MetricintemMthread;milling;numeficMcontrolprogram 1引言 内螺纹的加工在机械加工领域是一个很基本 的金属加工过程.以前加工内螺纹的方法主要有 螺纹车刀车削加工和攻丝加工. 由于螺纹车刀车削加工螺纹时零件旋转,因 此这种加工方法受到零件的形状,重量等诸多因 素的限制,使之只适合特定零件的内螺纹加工. 攻丝加工内螺纹大家都很熟悉,利用与要加工的 螺纹相同公称直径与螺距的丝攻在预先加工好的 螺纹底孔上通过丝锥的旋转来加工螺纹. 随着数控技术的发展,控制精度及编程软件 的提高以及三轴联动数控加工中心价格的降低, 内螺纹的铣削加工应用越来越广泛.螺纹铣削是 利用螺纹铣刀通过主轴高速旋转并做圆弧插补的 方式来加工螺纹.与攻丝加工相比,螺纹铣削加 工有着自己的独特之处与应用优势. 2铣削加工的特点与适用范围 2.1大公称直径螺纹的加工(Do>38mm) 因为螺纹铣削是局部接触,刀具的切削力大 幅度降低,一般的机床功率就足够.而丝锥攻丝 是全螺纹接触,受力大,要求机床的功率很大.另 外从刀具的价格来讲,一只大直径的丝锥价格并 不比一套螺纹铣刀低,甚至更高.而且螺纹铣刀 可以选择刀片式,只要更换刀片即可,其经济性不 言而喻. 2.2高硬材料的加工(硬度>50HRC) 高硬度材料,如钛合金,镍基合金的螺纹加工 一 直是一个比较困难的问题.因一般的丝锥都是 高速钢,很难加工如此高硬度的材料,如采用整体 硬质合金丝锥其价格高昂,与螺纹铣刀价格差不 多.况且,整体硬质合金丝锥在加工此类材料时, 由于材料本身较硬,而且丝锥的全螺纹接触使丝 锥在攻制螺纹时必须有足够的扭力,丝锥也极易 磨损.一旦丝锥稍有磨损,攻制时的扭力也急剧 增大,这也更加快了丝锥的磨损,如此恶性循环, 最终将导致丝锥的折断.丝锥折断,现在基本都 是用电火花把断锥打掉,过程复杂,时间较长.而 且一般进行攻丝加工时零件基本上完成了加工, 电子工程 如对零件造成损坏那就会因小失大了. 螺纹铣削是断屑切削,局部接触,刀具受力 小,而且螺纹铣刀一般为硬质合金,有的刀具还有 涂层,所以磨损小,寿命长,不容易折断.即使断 了,因为加工孔径比刀具直径大,断刀具很轻易就 能取出.单就产品合格率而言,螺纹铣削远远高 于丝锥攻丝.而且螺纹铣削加工的最高硬度接近 65HRC,满足了绝大多数高硬度材料的加工. 2.3薄壁零件的Jjt~'-r 在薄壁零件中加工不通螺纹,由于零件壁较 薄,因此,螺纹底孔预留深度有限,用丝锥加工的 螺纹很难保证螺纹的有效深度,这是因为丝锥头 部有导向部分,在导向部分不能形成完整的螺纹. 螺纹铣刀由于自身的结构可以使螺纹加工到孔的 底部,而且底孔可以是平底结构.另外,由于螺纹 铣刀加工受力小,因此零件的变形小. 2.4多种公称直径,精度要求高的螺纹加工 对于相同螺距,不同公称直径的螺纹,采用丝 锥加工需要多把刀具才能完成,如果采用螺纹铣 刀加工,使用一把刀具即可,而且可以加工出左旋 或者右旋的螺纹.丝锥在磨损后加工的螺纹尺寸 小于要求尺寸就无法继续使用,只能报废;螺纹铣刀在磨损后加工的螺纹尺寸小于要求尺寸时,通 过数控系统进行必要的刀具半径补偿调整后,就 可继续加工出尺寸合格的螺纹.为了获得高精度 的螺纹,采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法,比购 买高精度丝锥经济得多,而且螺纹精度高,因螺纹 铣削是通过刀具高速旋转,主轴插补的方式完成 加工.其切削方式是铣削,产生的是短的折断的 切屑,加工刀具直径比加工螺纹孔小,所以排屑通 畅,切削速度高,加工出来的螺纹光洁.丝锥切削 速度低,属于成型连续切削,切屑很长,并且丝锥 直径和加工的螺纹公称孔径一样大,因此排屑困 难,容易损坏内螺纹 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面. 对于普通硬度,公称直径较小的螺纹(D.< 38mm),精度要求不高的螺纹,用丝锥加工可能更 经济一些,而且是孔越小用攻丝加工越好.但是 对于精度要求很高的小螺纹(如M2),一般还是采 用铣削加工较好,因为攻丝JJn-r时丝锥很容易折 断,而且攻丝一般为最后一道工序,电火花消除断 锥对于这种小孔必然会造成精度极差使零件报 废.对于铣削螺纹来说,即使折断也容易取出,以 色列瓦格斯公司生产的螺纹铣刀现在已经可以加 工M1.6x0.35的小螺纹. 3螺纹铣削刀具的选用 (1)整体式螺纹铣刀 整体式铣刀的外形很像是圆柱立铣刀与螺纹 丝锥的结合体(见图1),但它的螺纹切削刃与丝 锥不同,刀具上无螺旋升程,加工中的螺旋升程靠 机床运动实现.由于这种特殊结构,使该刀具既 可加工右旋螺纹,也可加工左旋螺纹,但不适用于 较大螺距螺纹的加工.常用的整体式螺纹铣刀可 分为粗牙螺纹和细牙螺纹两种.出于对加工效率 和耐用度的考虑,螺纹铣刀大都采用硬质合金材 料制造,并可涂覆各种涂层以适应特殊材料的加 工需要.整体式螺纹铣刀结构紧凑,刚性较好,特 别是带螺旋槽的整体式螺纹铣刀,在加工高硬度 材料时可有效降低切削负荷,切削平稳,整体式螺 纹铣刀的切削刃上布满螺纹加工齿,沿螺旋线加 工一周即可完成整个螺纹加工,因此加工效率较 和有色金属 高.整体式螺纹铣刀适用于钢,铸铁 材料的中小直径螺纹铣削.缺点是刀具制造成本 较高,结构复杂,价格昂贵.有些公司的整体式螺 纹铣刀有自己的特色,如:瓦格斯公司开发的带轴 向内冷却或径向内冷却的整体式螺纹铣刀,分别 适用于较深的盲孔与通孔的螺纹加工,能在加工 中更好地排出切屑,提高加工螺纹的精度. 图1带螺旋槽的整体式螺纹铣刀 刘录明:内螺纹的铣削加工49 (2)机夹式螺纹铣刀 机夹式螺纹铣刀是螺纹铣削中最常用且价格 低廉的刀具,其结构与普通机夹式铣刀类似,由可 重复使用的刀杆和可方便更换的刀片组成.刀片 材料一般为硬质合金,表面有的有涂层.这种刀 片上带有多个螺纹切削齿,刀具沿螺旋线加工一 周即可一次加工出多个螺纹齿.为了进一步提高 加工效率,可选用多刃机夹式螺纹铣刀.通过增 加切削刃数量,可显着提高加工效率,但分布于圆 周上的每个刀片之间的径向和轴向定位误差会影 响螺纹加工精度.如果对多刃机夹螺纹铣刀加工 的螺纹精度不满意,也可只装一个刀片进行加工. 在选用机夹式螺纹铣刀时,应根据被加工螺纹的 直径,深度和工件材料等因素,尽量选用直径较大 的刀杆(以提高刀具刚性)和适当的刀片材质.机 夹式螺纹铣刀的螺纹加工深度由刀杆的有效切削 深度,即图中的L,长度决定.由于刀片长度小于 刀杆的有效切削深度,因此当被加工螺纹深度大 于刀片长度时需要分层进行加工.机夹螺纹铣刀 适用于较大直径(如D.>38mm)的螺纹加工.图 2为机夹单刃式螺纹铣刀及三角刀片,图3为机夹 多刃式螺纹铣刀及矩形刀片. 图2机夹单刃螺纹铣刀及三角刀片 图3机夹多刃式螺纹铣刀及矩形刀片 (3)复合式螺纹铣刀 复合式螺纹铣刀也叫螺纹钻铣刀,由整体硬 质合金制成,是一种中小直径内螺纹高效加工刀 具.螺纹钻铣刀可一次完成钻螺纹底孔,孔口倒 角和内螺纹加工,减少了刀具使用数量.但这种 刀具的缺点是通用性差,价格也比较昂贵.该刀 具由头部的钻削部分,中间的螺纹铣削部分及切 140. 削刃根部的倒角刃三部分组成.钻削部分直径就 是刀具所能加工螺纹的底径,如图中的D,.受钻 削部分直径的限制,一把螺纹钻铣刀只能加工一 种规格的内螺纹.在选用螺纹钻铣刀时,不但要 考虑被加工螺纹孔规格,还应注意刀具有效加工 长度与被加工孔深度的匹配,否则不能实现倒角 功能. 一 一一 —_?— /}.…………………-l—L2一..一 遂;'I, D 1 DDclDl 图4复合式螺纹铣刀 电子工程 4螺纹铣削的数控加工 4.1螺纹铣削的工作原理 在三轴(或三轴以上)联动的加工中心中,首 先将主轴定位到要加工的螺纹底孔的上方,然后 在底孔下方圆弧进刀使用G03/G02三轴联动走螺 旋线,刀具沿工件孔壁切削,螺旋插补一周,刀具 沿z向走一个螺距量,加工完螺纹后圆弧退刀,抬刀退出,如图5所示. @?l定位2铣螺纹圆弧进刀3铣螺纹4圆弧退刀5抬刀退出 图5螺纹铣削的工作进程 4.2加工方式的选择 (1)分段进刀方式 当加工长螺纹时,使用轴向分段进刀方式加 工.如果螺纹长度比刀片长,那么刀具需要绕工 件旋转多次才能加工出完整螺纹.采取轴向分段 进刀的优点是每次轴向移动,可以覆盖几乎整个 刀片长度的螺纹,而且可以避免刀具长距离加工 造成螺纹质量下降., 轴向分段进刀:第1次插补走刀,加工出几乎 等于刀片长度的螺纹,刀具退回孔的中心处,刀具 轴向移动比刀片长度少一个螺距的距离,刀具再 次切人工件加工,以此方式不断加工,直至螺纹完 全加工出来. (2)连续进刀方式 当加工螺纹长度仅比刀片长2个螺距时,采 用连续进刀方式加工.其优点是由于不需要进退 刀,仅只是多走一次插补,加工速度快. 连续插补进刀:第1次插补走刀,加工出几乎 等于刀片长度的螺纹.第2次插补走刀,连续向 前加工出1个螺纹的长度.重复第二步骤直到加 工完成. 为防止加工盲孔底部时,切屑与刀具的干扰 挤压和加工部位被切屑遮盖,建议螺纹铣削加工 时均采用从孔底向外加工的走刀方向.首先应将 螺纹底孔加工好,对小直径孔用钻头加工,对较大 的孔应采用镗削加工,保证螺纹底孔的精度. 4.3加工参数的选择 与一般轮廓的数控铣削一样,螺纹铣削开始 进刀时也建议采用圆弧螺旋进刀,1/4圆弧切人同 时在z方向移动相应的螺距.这样可以减小进刀 时的振动,提高刀具寿命和螺纹表面质量,并使加 工出的螺纹有平滑过渡的螺纹收尾.下面的具体 实例将给出参数的计算方法. 加工编程时建议选用刀补编程,同一把螺纹 刘录明:内螺纹的铣削加工5l 铣刀可以通过修改刀具半径补偿值,将螺纹加工 到任意公差带.这样,在加工出首件螺纹后,如螺 纹螺规通不过或止不住,只要修改刀具半径就可 以调整了., 5Jjn-r实例 下面以M48×2右旋内螺纹铣削加工实例来 说明螺纹铣削的编程方法. 工件材料为38CrMoAl; 螺纹底孔直径D=46ram; 螺纹公称直径no=48ram; 螺纹长度L=16ram; 螺距尸=2ramo 由于螺纹公称直径较大,因此首选机夹单刃 螺纹铣刀,直径D2=20m;刃长14,铣削方式采用 逆铣. 通过查刀具样本得切削参数: 切削推荐速度vc=70m/min; 转速?=1000/(D2×1T)=1000×70/(20 ×3.142)=1114r/rain: 进给速度=0.08mm/Z; 铣刀切削刃处进给速度Fl=×N×z=0.08 ×l×ll14289.12ram/rain; 编程时应给定铣刀中心进给速度=F.( 一 D2)/Do=89.12×(48—20)/48=52mm/min. 另外,为避免切进时的振动,每次以半圆弧切 进时,其进给取=20ram/min. 设安全距离C=O.5mm,切人圆弧半径 R.=[(一c)+风]/(2风)=[(23— 0.5)+24]/(2×24)=22.547mm b=180.一aresin[(尺一cL)/R.]=180.一 arcsin[(23-0.5)/22.547]=93.7. Z口=Pb/360.=2x93.7~/360.=0.521ram 切人圆弧起始点坐标为: X=0 Y=一Rf+C=一23+O.5=一22.5 Z=一(+za)=一(16+0.521)= 一 l6.521 根据所确定的加工方法及参数,可编制程序 如下(数控系统为西门子8系列,该程序作为加工 一 个螺纹孔的子程序): G90Gl7 S1l14M3 GglCOOX0Y0z一16.521(定位到螺纹 孔底部) G0lG4lDl0x0Y一22.5zo G9lG03X24Y22.5Z0.521CR=22.547 F20(加入刀具半径补偿,圆弧进刀) G91GO3X0Y0Z2I一24.J0F52(铣 削螺纹) G91Go3x0Y0Z2I一24.J0F52 G91G03X一24Y22.5Z0.521CR=22.547 F20(圆弧退刀,取消刀具半径补偿) G00G40X0Y一22.5Z0(圆弧退刀,取 消刀具半径补偿) Gg0G00ZS0.(抬刀退出) 6结语 具体加工时可以根据生产设备,工艺要求,精 度要求,成本要求选择合适的内螺纹加工方式. 随着数控加工中心的普及和铣削刀具的发展,相 信螺纹铣削会越来越多地出现在实际加工中. ,参考文献 1徐宏海.数控加工工艺.化学工业出版社,2008 2张新,张萍.数控机床刀具的分类特点及合理选择.林 业机械与木工设备,2007 3SIEMENS加工中心操作与编程指南.西门子公司,2004 4VARGUS螺纹铣刀样本.以色列瓦格斯公司,2008 5陆曲波,王世辉.数控加工编程与操作.华南理工大学 出版社,2007 刘录明男,助工,毕业后一直从事机械加工工艺工 作.