数控加工中心铣削大直径内螺纹
1前言
螺纹在各行各业都被广泛应用。飞机、汽车等随处可见螺 纹，甚至在日常生活中也随处可见。螺纹在模具行业里更被广 泛应用。因此螺纹的加工非常的重要。以前传统的螺纹加工方 法一般为采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙手工攻丝。 然而随着机械加工技术的高速发展，螺纹的加工也出现了各种 *的加工方法。并且在螺纹的加工上发挥了很大的作用，无 论是从加工精度上还是加工效率上都有了很大的提高。内螺纹 是螺纹连接的重要组成部分，而内螺纹的加工却是生产中复 杂的一项任务。往往内螺纹的加工质量的好坏直接影响着整个 零件的质量。
2内螺纹的各种加工方法
2.1传统的丝锥攻丝技术
丝锥是加工内螺纹的常用工具，它是在加工出螺纹的底孔 后再用丝锥攻出内螺纹的一种加工方法。丝锥攻丝可分为手动 攻丝和机动攻丝两种，无论是手动攻丝还是机动攻丝都具有通 用性高、适用范围广泛的特点。然而，传统的攻丝方法也存在很 多的缺点：（1)切屑状态不方便控制，且切屑不容易排出，易造成 加工表面被划伤。（2)容易造成孔径被扩大，丝锥易折断。（3)加 工速度低。
2.2其它的攻丝技术
近年来，在传统的攻丝技术的基础上又陆续出现了挤压攻 丝技术、高速攻丝技术、冲击攻丝技术等各种攻丝技术。
(1) 挤压攻丝技术
该加工技术是利用金属材料受力后发生塑性变形以及流动 特性，在工件螺纹底孔上利用挤压丝锥加工出内螺纹的技术。 挤压攻丝加工螺纹相比较于传统的攻丝技术具有提高挤压丝锥 的使用寿命、加工质量稳定及加工精度高等优点。但是由于该 技术是要利用加工材料的塑性变形的特性，因此挤压攻丝技术 不能加工脆性材料上的螺纹孔。另外由于挤压丝锥没有标准 化,需要自己设计和制造，也制约了该技术的发展及推广使用。
(2) 高速攻丝技术
随着机械加工技术的高速发展，尤其是高速切削的出现对螺纹的加工也提出了更高的要求。也就有了高速攻丝技术的出 现。高速攻丝技术的技术要点是高速丝锥及高速可反转攻丝夹 头利用高速螺旋插补机构和高压切削液的供给来实现。
以上的内螺纹加工方法都属于攻丝加工技术，都需要用到 丝锥，目前丝锥的大小是有尺寸限制的，尤其是很少生产直径大 于30mm的丝锥，这也就制约了加工的适用范围及加工的效率。 那么，针对大直径的内螺纹的加工,主要介绍了用数控加工中心 利用螺纹铣刀来进行加工。
3数控加工中心加工大直径内螺纹 3.1加工螺纹的分析
本次加工的螺纹为m30xl.5深20mm的螺纹孔。根据机械设 计手册可计算得：
螺纹牙高=0.65x1.5=0.975mm 螺纹小径=30-2x0.975=28.05mm
本文重点介绍螺纹的加工，因此内螺纹孔的加工过程则省 略，我们假设是已经按要求加工出直径为28.05mm、孔深为25mm 的螺纹的底孔。
3.2加工刀具的选择
为了加工方法更具有普遍性和可操作性，我们选择通用更 好的可转位单刃螺纹铣刀如图1所示。
根据加工螺纹的直径为30mm,可以选择刀杆直径为16mm的 螺纹铣刀来进行加工，刀片使用涂层硬质合金材料。为减少装 夹误差及定位误差，螺纹的粗加工、半精加工及精加工都选择同 一把螺纹刀进行。
3.3切削用量的选择
综合考虑加工的材料和所使用的刀具材料、直径等各方面 的因素以及多次试加工的结果，查阅相关的机械加工设计手册本螺纹的加工选用的切削用量如下：
(1) 主轴转速s=5000转/分钟。
(2 )进给速度 f=2000nrn/min。
(1) 背吃刀量的选择。为了提高螺纹的切削质量，采用的加 工方式为递减方式即每次背吃刀量逐步减少。
根据螺纹牙形深度，从相对大的初始值0.2-0.4麵，到较小的
0. 09-0.02nm逐渐减小，直到后完成。•次没有进给的是 修光空走刀，是为了消除加工过程中的反弹。
根据本文所加工螺纹的牙高为0.975麵;背吃刀量的选择：
第一•次走刀，背吃刀量=0.4_;
第二次走刀，背吃刀量=0.275誦；
第三次走刀，背吃刀量=0.2_;
第四次走刀，背吃刀量=0.1_;
第五次走刀，背吃刀量为0麵，即修光空走刀。
3.4加工程序
本螺纹加工采用宏程序结合刀具半径补偿来进行编程。编 写加工程序前要先确定螺纹铣刀加工时的回转直径。方法如 下：
(1) 用一把标准的铣刀或寻边器来对刀建立工件坐标系 g54。(过程略）
(2) 换上单刃螺纹铣刀(该刀刀长补已确定），将螺纹铣刀移 动到坐标原点上方，可通过在mdi模式下输入 g90g54g0xoyo，并执行。使该螺纹刀的回转中心线与螺纹孔 中心线重合。
(3) 手动方式使主轴转动，并将刀具下降到刀尖低于螺纹孔 上表面，将此时x轴相对坐标清零，然后沿x轴移动刀具使刀尖 在孔内壁划出轻微的划痕后，停止刀具移动，并记下此时的x轴 在机床上显示的相对坐标值(该值就是我们要求的螺纹铣刀加 工时的回转半径)。将刀尖移动离开孔壁并抬刀到工件上表面。
程序编写
#1:基于螺纹深度的变量；
程序 程序说明
%
o0001;
g90g54g0x0y0;
m3s4000;
g43g0z100h1; 建立刀具长度补偿；
z5;
g01z1f1000;
#1=1;赋予螺纹深度的初始值为1;因为螺纹的加工深度要 与螺纹的螺距1.5成整数倍，而该螺纹的加工深度为20mm，为了 与1.5凑成整数倍，所以起始高度#1的初始值设为1，则加工深度 21是1.5的14倍即该螺纹加工只要循环14次就可以加工出螺纹 长度为20mm的螺纹。
g1g42d1x3.73; 3.73是螺纹铣刀刀尖在x方向碰孔壁时的 x的偏移量；
while [ #1 ge-20 ]do1;当加工深度大于等于-20则继续循环；
g2 i-3.73 z#1;螺纹刀作回转半径为3.73mm，深度为-1.5mm的螺旋运动；
#1=#1-1.5;(螺纹的螺距为1.5mm)加工深度每次增加 1.5mm;
end1;
g1g40x0y0;
g00z150;
g91g28y0;
m30;
%
程序说明：该程序利用改变刀补值来分5次实现螺纹牙高 0.975mm 的加工：即01=-0.4爪爪，02=- 0.675爪爪，03=- 0.875mm, d4= -0.975mm, d5= -0.975mm;该刀补值的修改要手动进行。
4总结
在各种零件中螺纹是很常见的部分，螺纹加工的方法也多 种多样。但一种好的加工方法，应该是一种简单易行，不需要用 夹具的方法，因为夹具是需要专门设计生产，会给我们 的加工增加成本，也会缩小该加工方法的适用范围。本文所介 绍的用单刃螺纹铣刀加工内孔螺纹的方法，首先不要使用 的夹具，只需要普通的台虎钳;也不需要的刀具，加工的程 序也是简单易懂的一层嵌套的宏程序结合刀具半径补偿就可以 实现。从理论上讲，用这样的加工方法可以加工任意尺寸、任何 规格的内螺纹。而且，该方式加工出的螺纹精度比传统的加工 方法加工的螺纹更高，还可以实现高速切削，加工的螺纹表面质 量也更好。
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2内螺纹的各种加工方法
2.1传统的丝锥攻丝技术
丝锥是加工内螺纹的常用工具，它是在加工出螺纹的底孔 后再用丝锥攻出内螺纹的一种加工方法。丝锥攻丝可分为手动 攻丝和机动攻丝两种，无论是手动攻丝还是机动攻丝都具有通 用性高、适用范围广泛的特点。然而，传统的攻丝方法也存在很 多的缺点：（1)切屑状态不方便控制，且切屑不容易排出，易造成 加工表面被划伤。（2)容易造成孔径被扩大，丝锥易折断。（3)加 工速度低。
2.2其它的攻丝技术
近年来，在传统的攻丝技术的基础上又陆续出现了挤压攻 丝技术、高速攻丝技术、冲击攻丝技术等各种攻丝技术。
(1) 挤压攻丝技术
该加工技术是利用金属材料受力后发生塑性变形以及流动 特性，在工件螺纹底孔上利用挤压丝锥加工出内螺纹的技术。 挤压攻丝加工螺纹相比较于传统的攻丝技术具有提高挤压丝锥 的使用寿命、加工质量稳定及加工精度高等优点。但是由于该 技术是要利用加工材料的塑性变形的特性，因此挤压攻丝技术 不能加工脆性材料上的螺纹孔。另外由于挤压丝锥没有标准 化,需要自己设计和制造，也制约了该技术的发展及推广使用。
(2) 高速攻丝技术
随着机械加工技术的高速发展，尤其是高速切削的出现对螺纹的加工也提出了更高的要求。也就有了高速攻丝技术的出 现。高速攻丝技术的技术要点是高速丝锥及高速可反转攻丝夹 头利用高速螺旋插补机构和高压切削液的供给来实现。
以上的内螺纹加工方法都属于攻丝加工技术，都需要用到 丝锥，目前丝锥的大小是有尺寸限制的，尤其是很少生产直径大 于30mm的丝锥，这也就制约了加工的适用范围及加工的效率。 那么，针对大直径的内螺纹的加工,主要介绍了用数控加工中心 利用螺纹铣刀来进行加工。
3数控加工中心加工大直径内螺纹 3.1加工螺纹的分析
本次加工的螺纹为m30xl.5深20mm的螺纹孔。根据机械设 计手册可计算得：
螺纹牙高=0.65x1.5=0.975mm 螺纹小径=30-2x0.975=28.05mm
本文重点介绍螺纹的加工，因此内螺纹孔的加工过程则省 略，我们假设是已经按要求加工出直径为28.05mm、孔深为25mm 的螺纹的底孔。
3.2加工刀具的选择
为了加工方法更具有普遍性和可操作性，我们选择通用更 好的可转位单刃螺纹铣刀如图1所示。
根据加工螺纹的直径为30mm,可以选择刀杆直径为16mm的 螺纹铣刀来进行加工，刀片使用涂层硬质合金材料。为减少装 夹误差及定位误差，螺纹的粗加工、半精加工及精加工都选择同 一把螺纹刀进行。
3.3切削用量的选择
综合考虑加工的材料和所使用的刀具材料、直径等各方面 的因素以及多次试加工的结果，查阅相关的机械加工设计手册本螺纹的加工选用的切削用量如下：
(1) 主轴转速s=5000转/分钟。
(2 )进给速度 f=2000nrn/min。
(1) 背吃刀量的选择。为了提高螺纹的切削质量，采用的加 工方式为递减方式即每次背吃刀量逐步减少。
根据螺纹牙形深度，从相对大的初始值0.2-0.4麵，到较小的
0. 09-0.02nm逐渐减小，直到后完成。•次没有进给的是 修光空走刀，是为了消除加工过程中的反弹。
根据本文所加工螺纹的牙高为0.975麵;背吃刀量的选择：
第一•次走刀，背吃刀量=0.4_;
第二次走刀，背吃刀量=0.275誦；
第三次走刀，背吃刀量=0.2_;
第四次走刀，背吃刀量=0.1_;
第五次走刀，背吃刀量为0麵，即修光空走刀。
3.4加工程序
本螺纹加工采用宏程序结合刀具半径补偿来进行编程。编 写加工程序前要先确定螺纹铣刀加工时的回转直径。方法如 下：
(1) 用一把标准的铣刀或寻边器来对刀建立工件坐标系 g54。(过程略）
(2) 换上单刃螺纹铣刀(该刀刀长补已确定），将螺纹铣刀移 动到坐标原点上方，可通过在mdi模式下输入 g90g54g0xoyo，并执行。使该螺纹刀的回转中心线与螺纹孔 中心线重合。
(3) 手动方式使主轴转动，并将刀具下降到刀尖低于螺纹孔 上表面，将此时x轴相对坐标清零，然后沿x轴移动刀具使刀尖 在孔内壁划出轻微的划痕后，停止刀具移动，并记下此时的x轴 在机床上显示的相对坐标值(该值就是我们要求的螺纹铣刀加 工时的回转半径)。将刀尖移动离开孔壁并抬刀到工件上表面。
程序编写
#1:基于螺纹深度的变量；
程序 程序说明
%
o0001;
g90g54g0x0y0;
m3s4000;
g43g0z100h1; 建立刀具长度补偿；
z5;
g01z1f1000;
#1=1;赋予螺纹深度的初始值为1;因为螺纹的加工深度要 与螺纹的螺距1.5成整数倍，而该螺纹的加工深度为20mm，为了 与1.5凑成整数倍，所以起始高度#1的初始值设为1，则加工深度 21是1.5的14倍即该螺纹加工只要循环14次就可以加工出螺纹 长度为20mm的螺纹。
g1g42d1x3.73; 3.73是螺纹铣刀刀尖在x方向碰孔壁时的 x的偏移量；
while [ #1 ge-20 ]do1;当加工深度大于等于-20则继续循环；
g2 i-3.73 z#1;螺纹刀作回转半径为3.73mm，深度为-1.5mm的螺旋运动；
#1=#1-1.5;(螺纹的螺距为1.5mm)加工深度每次增加 1.5mm;
end1;
g1g40x0y0;
g00z150;
g91g28y0;
m30;
%
程序说明：该程序利用改变刀补值来分5次实现螺纹牙高 0.975mm 的加工：即01=-0.4爪爪，02=- 0.675爪爪，03=- 0.875mm, d4= -0.975mm, d5= -0.975mm;该刀补值的修改要手动进行。
4总结
在各种零件中螺纹是很常见的部分，螺纹加工的方法也多 种多样。但一种好的加工方法，应该是一种简单易行，不需要用 夹具的方法，因为夹具是需要专门设计生产，会给我们 的加工增加成本，也会缩小该加工方法的适用范围。本文所介 绍的用单刃螺纹铣刀加工内孔螺纹的方法，首先不要使用 的夹具，只需要普通的台虎钳;也不需要的刀具，加工的程 序也是简单易懂的一层嵌套的宏程序结合刀具半径补偿就可以 实现。从理论上讲，用这样的加工方法可以加工任意尺寸、任何 规格的内螺纹。而且，该方式加工出的螺纹精度比传统的加工 方法加工的螺纹更高，还可以实现高速切削，加工的螺纹表面质 量也更好。
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