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内螺纹车刀数控铣削螺纹方法初探

日期: 2018-08-29    来源:江苏汽车技师学院 作者:周 登 科

  摘  要:  螺纹铣削是一种新型的螺纹加工工艺,是利用数控系统三轴同时联动的工作原理来实现螺纹的铣削。与传统的螺纹加工相比,它具有加工高效率、尺寸精度高、稳定性好、使用范围广等特点。介绍使用内螺纹车刀铣削内螺纹的方法及步骤,手工编写了程序,并成功、有效地完成了螺纹的加工。

  关键词:  螺纹; 数控系统; 螺纹铣削; 内螺纹车刀

  0 、引言

  螺纹的加工方法较多,常见的加工方法主要有车床车削螺纹、丝锥攻螺纹以及板牙套螺纹等。随着现代加工技术的不断进步,制造螺纹的方法也日益增多,数控加工螺纹先进技术也逐渐被企业生产所应用,特别是数控铣削螺纹在中小企业应用更加普及。数控铣削螺纹是利用数控系统三轴同时联动的工作原理来实现螺纹的铣削,与传统的螺纹加工方法相比,较大地提高了螺纹的加工精度和加工效率,并且螺纹的加工工艺安排上更加灵活方便。如: 使用一把螺纹车刀可以加工内螺纹,也可以加工外螺纹; 可以选择顺铣,也可以选择逆铣。对于难加工材料,采用传统的方法加工有时很难达到目的,而使用数控螺纹铣削可以使得工作变得简单容易。

  此外,刀具的使用寿命及耐用度与传统的加工工艺相比较可以提高十倍甚至几十倍。目前,螺纹铣削工艺加工螺纹,在企业小批量生产螺纹中得到了广泛的推广应用。

  1、 数控螺纹铣削的优势

  1. 1 加工高效率

  使用丝锥加工螺纹时,由于切削速度相对较低且螺纹加工好后需要反转才能退刀,想要提高螺纹的加工效率是非常困难的。使用螺纹铣刀铣削,可以较高地提高铣削速度和铣削进给速度,从而可以较高地提高生产率。

  为了使切削螺纹的效率达到最高,最好选用能在一转( 360°) 之内加工所需螺纹的足够大刀具,同时刀具也具有所需要的安全间隙。对于较大直径螺纹的加工,使用螺纹刀片,相对于用丝锥或板牙,螺纹铣刀的耐用度提高了几十倍,大大降低了生产成本,提高了生产效率。没有过渡扣或退刀槽结构的机件采用车削、丝锥、板牙很难加工,数控铣削却很容易实现。

  1. 2 优异的表面质量及尺寸精度

  使用丝锥加工螺纹时,铣削速度和材质限制了螺纹表面质量的提高。然而,使用螺纹铣削加工螺纹时表面粗糙度的提高不再是一个难题。在铣削螺纹时,由于螺纹的形成是刀具三轴联动切削而成,因此,具有切削速度较高、铣削力较小等特点。可以加工更加平滑和更为精密的螺纹。对于尺寸精度要求更高的螺纹,我们可以通过螺旋插补功能来保证螺纹的铣削精度以及表面粗糙度,如尺寸不在公差范围内,只需将补偿值输入系统,就能方便地达到修改目的,达到螺纹的公差要求,即可完成高精度螺纹的加工。

  1. 3 稳定性好,安全可靠

  对于一些难加工材料如不锈钢、钛合金、耐热钢以及高硬度的材料,使用丝锥加工螺纹时,由于刀具磨损严重,切削力显著增大常会导致丝锥折断在工件中。加工螺纹较长时,丝锥如排屑不畅,直接导致其蹦刃,甚至损坏工件。取出断裂丝锥既耗时,又耗力,严重影响了加工效率。要让这个问题很好地得到解决,可以采用螺纹铣削方法来加工螺纹。由于螺纹铣削是刀具由表面逐渐切入工件,一定程度上减小了切削力,保护了刀具。另外螺纹铣削属于断屑切削,刀具的直径比加工螺纹直径小,易于排屑,不容易出现粘屑的现象。对于软材料的铣削即便是刀具发生粘屑现象意外破损,由于螺纹铣削属于高速、断屑切削,也能在不损坏工件的情况下很轻松地从工件里取出,提高了加工螺纹的稳定性,使得安全得到保证。

  1. 4 使用范围广,加工成本低

  螺纹铣削应用范围广,可以在各种条件下进行加工,铣削工艺的安排也比较灵活。例如: 一把螺纹铣刀可以加工外螺纹,也可以加工内螺纹; 可以加工右旋螺纹,也可以加工左旋螺纹; 可以选择顺铣,也可以选择逆铣。螺纹铣削工艺与镗孔加工工艺很相似,加工过程中,直径大小的调整也很方便,螺纹铣刀可以直接选用一把内螺纹车刀来代替,并且可以加工出很多直径不同的等距螺纹,大大地节约了成本。使用传统方式丝锥加工螺纹时,对于相同螺距不同直径的螺纹加工,则需要准备不同直径的丝锥,这使得刀具的储备量增加且加工过程中换刀的时间也增多。如果使用螺纹铣削,由于它是利用螺旋插补原理来工作的,对于不同直径的螺纹只需改变加工程序或将插补数值补偿输入到系统里,就可以完成不同直径螺纹的加工,节约了时间,降低了成本。

  2、 数控螺纹铣削原理

  螺旋铣削究竟是什么? 从本质上说,它是一种圆弧插补,是在同一程序段中同时包含圆弧插补和直线插补的圆弧或圆周加工编程技术。螺旋铣削使用称为螺旋插补的可选控制系统功能,它最简单的定义就是三轴联动的圆弧插补。该陈述可能会产生误导,因为它暗含一个三维空间的弧或者圆,这样的弧或圆在数学领域中是不存在的,然而 G02 或G03 圆弧插补指令确实可以使用所有三根轴,如图 1 所示。

  3 、加工实例

  实例: 方形铁块上加工 M16 螺纹( 如图 2 所示) 。

  螺纹刀准备: 加工 M16 螺纹,可以选一把直径为 8 的内螺纹车刀刀杆,刀杆上装有 2 个螺距的涂层硬质合金螺纹车刀片。机床系统: 华中系统; 工件材料: 45#钢

  螺纹底孔直径: 16 - 2 = 14; 主轴转速: S = 1 800r/min

  进给量: F = 100mm/min; 铣削方式: 逆铣

  4 、加工步骤

  4. 1 加工螺纹底孔及倒角

  (1) 用 13mm 钻头钻通孔; (2) 6mm 立铣刀将底孔加工到位; (3) 6mm 倒角刀倒角 1. 5

  4. 2 计算内螺纹车刀旋转半径

  将装有内螺纹车刀铣刀柄安装到机床上,在 MDI 模式下,输入快速移动指令,使主轴与螺纹孔中心重合,并且将机床相对坐标 X 或 Y 设置为 0。主轴旋转,在手动操作方式下旋转手摇脉冲器将内螺纹车刀下降至内螺纹孔内,而后将刀具沿 X 或 Y 轴方向缓慢移动,至刀尖碰到孔壁听到声响时,停止移动。记录 X 或 Y 的移动量 a( 见图 3) 。计算内螺纹车刀的旋转半径 R = D/2 - a (D 底孔直径) 。将计算出来的 R值输入到相对应的半径补偿系统内或者直接编程时使用。经测量计算内螺纹车刀旋转半径 R = D/2 - a = 14 /2 - 1. 4 =5. 6。

  4. 3 加工螺纹

  刀具在铣削加工螺纹时是按照螺旋线方式工作的,在X、Y 轴按旋转轨迹运动,同时 Z 轴上作直线插补运动。即刀具轴向旋转一周,轴向进给一个导程,三根轴运动通常是同步的,并且同时到达目标位置。

  5 、程序编制

  % 00001

  N100 G21

  N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90

  N104 T1 M6

  使用 13 麻花钻头加工 M16 × 2 螺纹底孔

  N106 G0 G90 X0. Y0. A0. S500 M3

  N108 G43 H1 Z100. M8

  N110 G98 G83 Z - 20. R5. Q - 1. F35.

  N112 G80

  N114 M5

  N116 M9

  N118 G91 G28 Z0.

  N120 T2 M6

  使用 6 钨钢铣刀精加工

  M16 × 2 螺纹底孔到位

  N122 G0 G90 X - 1. 5 Y. 6 A0. S1500 M3

  N130 G43 H2 Z100. M8

  N132 Z10.

  N134 G1 Z0. F80.

  N136 Z - 15

  N138 G1 Z - 15. 5 F80.

  N140 G41 D3 X - 3. 4

  N142 G3 X - 4. Y0. I0. J - . 6

  N144 X0. Y - 4. I4. J0.

  N146 X4. Y0. I0. J4.

  N148 X0. Y4. I - 4. J0.

  N150 X - 4. Y0. I0. J - 4.

  N152 X - 3. 4 Y - . 6 I. 6 J0.

  N154 G1 G40 X - 2. 8

  N156 G0 Z100.

  N158 M5

  N160 G91 G28 Z0. M9

  N162 T3 M6

  使用 6mm 倒角刀倒角

  1. 5 × 1. 5

  N164 G0 G90 G54 X - 4. 8 Y1. 2 A0. S1500 M3

  N166 G43 H5 Z100. M8

  N168 Z5.

  N170 G1 Z - 2. 5 F200.

  N172 G3 G41 D5 X - 6. Y0. I0. J - 1. 2 F100.

  N174 X0. Y - 6. I6. J0.

  N176 X6. Y0. I0. J6.

  N178 X0. Y6. I - 6. J0.

  N180 X - 6. Y0. I0. J - 6.

  N182 G40 X - 4. 8 Y - 1. 2 I1. 2 J0.

  N184 G0 Z100.

  N186 M5

  N188 G91 G28 Z0. M9

  N190 T4 M6

  使用 8mm 内孔车刀( 旋转半径 5. 6) 加工

  M16 × 2

  N192 G0 G90 G54 X0. Y0. A0. S1500 M3

  N194 G43 H4 Z100. M8

  N196 Z3.

  N198 G1 Z. 5 F200.

  N200 G42 D4 Y2. 4 F100.

  N202 #l = 2

  N204 WHILE[

  #1GE - 15]

  D04

  N206 G91G2I - 2. 4Z - 2F200

  N208 #l = #l - 2

  N210 ENDI

  N212 G90Gl G40X0Y0

  N214 G0Z200M9

  N216 G49Z0

  N218 M30

  6、 结论

  传统的螺纹加工既费时又费力,螺纹车削等方法已无法满足生产的需要,这时可以用铣削的方法加工螺纹,这样不但改变了螺纹的加工工艺方法,而且取得了良好的效果。采用数控铣削加工螺纹,不仅适用面广,稳定性好,而且能提高表面质量,提高加工效率。采用铣削方式加工螺纹,同一把刀具可不受通孔和盲孔的限制。螺纹铣削工艺逐渐被企业认可和应用。

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