刘　军

(黑龙江省机电工程学校，黑龙江 海伦 152300)



论铣削螺纹在制造业生产中的优势

刘军

(黑龙江省机电工程学校，黑龙江 海伦 152300)

摘要：使用数控铣床加工螺纹，是一种先进的螺纹加工方法,与传统螺纹加工方法相比，它具有使用范围广、生产效率高、加工质量好、刀具通用性好、加工安全性好、工艺简单易学、程序编写简单等诸多优点。从螺纹铣削加工方法可行性、使用范围、加工成本、螺纹加工刀具通用性、螺纹铣削原理、螺纹铣削工艺等几方面并结合实例加工来论述使用数控铣床(或加工中心)加工螺纹在制造业生产中的优势。

关键词：螺纹铣削；制造业；生产优势

随着我国国民经济和综合国力的不断增强，重型工业尤其是机械制造业得到了空前发展。中国正一步步成为世界制造中心，在此背景下大量机械产品加工订单投向我国。而在加工生产机械产品时，螺纹加工是非常常见的，铣削加工螺纹作为一种新型的螺纹加工工艺，与传统的螺纹加工车床或丝锥、板牙手工攻螺纹及套螺纹等方法相比有着独有的优势和更广泛的使用方式和应用场合。

1螺纹铣削加工的可行性

1.1硬件条件可行性

1.1.1螺纹铣削刀具

机夹刀片式螺纹铣刀十年前就已问世。近几年，整体硬质合金螺纹铣刀的设计及生产技术逐步成熟，开发出了尺寸范围齐全的系列产品。我国制造螺纹铣刀产品不但质量优质而且种类齐全，主要有以下产品可供选择，也可根据具体需要自己磨制。

①整体式(如图1所示)适用于钢、铸铁和有色金属材料的中小直径螺纹铣削，切削平稳，耐用度高。

图1　整体式

②可换刀片式(如图2所示)

由铣刀杆及刀片组成，其特点是刀片易于制造，价格较低，有的螺纹刀片可双面切削，但抗冲击性能较整体螺纹铣刀稍差。因此，该刀具常推荐用于加工铝合金材料。

图2　可换刀片式

1.1.2数控机床

无论是进口数控机床、国产数控机床还是普通机床改造的数控机床都具备三轴联动功能。

1.2软件条件可行性

由于铣削螺纹程序简单易学，人工编程完全可以实现。而且随着数控加工技术的飞速发展和CAD/CAM等辅助编程软件功能的增加，螺纹铣削加工具备了软件支持。

2螺纹铣削使用范围广

2.1对零件形状的适应性

对于一些大型、非回转体(形状不规则)或在加工完底孔之后不易搬动，且不便于在车床上装夹零件的螺纹加工(如图3所示)，铣削螺纹加工就显得尤为重要了。

从零件加工受力角度分析，铣削螺纹时零件不动，螺纹铣刀旋转，增加了零件的稳定性，解决了平衡问题。还有在加工断续的螺纹时，振动冲击对刀片影响很大容易损坏刀具，而铣削加工螺纹时，刀具是逐渐切入材料断续处的，这样就避免了大的冲击，延长了刀具寿命。

图3　零件形状

2.2对螺纹种类的适应性

铣削螺纹可以使用多种工况。例如：我们可以用同一把螺纹刀具加工左旋螺纹，也可以加工右旋螺纹；既可以加工外螺纹，也可以加工内螺纹。所有这一切只需要调整一下插补程序而已。

2.3对螺纹直径的适应性

使用丝锥加工螺纹时，不同直径的螺纹需要使用不同直径的丝锥，而且对于直径较大的螺纹，受机床功率的限制，无法使用丝锥加工。如果使用铣削加工螺纹，由于它是使用螺旋插补来进行加工的，所以只需要改变加工程序就可以完成所有直径的螺纹加工，大大节省了刀具费用，降低了投入成本。

3螺纹铣削螺纹效率高

由于目前螺纹铣刀的制造材料为硬质合金，加工线速度可达80～200m/min，而高速钢丝锥的加工线速度仅为10～30m/min。为了更好地说明铣削螺纹的高效率，我们从实际生产例子入手进行量化论述。

实例1：某航空企业需要在一个铝件上加工50个M1.6×0.35螺纹盲孔，客户遇到的问题是：由于是盲孔，排屑困难，采用丝锥加工时容易折断；由于攻丝为最后一道工序，如零件报废，则在该零件上花费的大量加工时间将全部损失。最后，客户选用加工M1.6×0.35螺纹的螺纹铣刀，线速度Vc=25m/min，转速S=4900r/min(机床极限)，每转进给量fz=0.05mm/r，实际加工时间为4秒/螺纹，用一把刀具即完成了全部50件工件。

实例2：某刀体生产企业，由于刀体硬度一般为HRC44，对于压紧刀片的小直径螺纹孔，采用高速钢丝锥加工比较困难，刀具寿命较短，容易折断，对于M4×0.7的螺纹加工，客户选用整体硬质合金螺纹铣刀，Vc=60m/min，Fz=0.03mm/r，加工时间11秒/螺纹，刀具寿命达832个螺纹，螺纹光洁度非常好。

实例3：某企业要加工的铝制零件上，有M12×0.5、M6×0.5、M7×0.5三个不同尺寸、相同螺距的螺纹孔，以前需要使用三种丝锥才能完成加工。现改用螺纹铣刀，切削条件：Vc=100m/min，S=8000r/min，fz=0.04mm/r，加工一个螺纹的时间分别为4秒、3秒和3秒，一把刀具可加工9000个螺纹，完成整批零件加工后，刀具还未损坏。

4铣削螺纹精度高

用丝锥加工螺纹时，由于较低的切削速度及排屑难且易折断的影响，很难获得较好的精度和较低的表面粗糙度。但对于铣削加工螺纹来说这些都可以迎刃而解。铣削加工螺纹，具有很高的切削速度，较小的切削力，再加上切削液的润滑和排屑作用，使加工精度远远优于其他加工方式。

5铣削螺纹稳定性好，安全可靠

在加工硬度较大的材料如钛合金、高温合金和高硬材料时，由于切削力太大会使丝锥发生扭曲甚至折断在零件中。这时不但影响螺纹的加工质量，而且会因断裂的丝锥残留在零件中使零件无法使用。使用铣削加工时，由于螺纹铣刀是逐渐切入材料，它产生的切削力较小不容易产生断裂。即使万一出现断刀，由于螺纹铣刀直径比螺纹孔小很多，可以轻松从零件中取出残留部分而不会伤及工件。

6铣削螺纹原理

为了更好地应用螺纹铣削，机床必须具备三轴联动功能，实现螺旋插补功能，由机床控制刀具实现螺旋运动，螺旋插补由平面圆弧插补和垂直于该平面的线性运动联动形成。

如图4所示，从A点到B点的轨迹是X-Y的平面圆弧插补运动和Z轴线性直线运动联动形成。如图5所示，右旋内外螺纹的加工路线。

图4　运动图示

右旋外螺纹　 　右旋内螺纹

7螺纹加工工艺

要完成螺纹加工，刀具需做相互关联的两个运动，一个是在XOY平面内的螺旋运动，同时在Z方向上做直线运动。这样有两个参数数据必须知道，一是在XOY做旋转运动时的旋转半径，是每旋转一周Z轴的运动量。

8参数计算

8.1计算项目

从铣削加工螺纹的原理来说，需要计算的项目包括：铣削刀具做螺旋运动的螺旋半径(XY方向)和刀具每螺旋一周时垂直方向(Z向)的运动量。

8.2螺旋半径计算图解

使用螺旋铣削螺纹时，螺纹刀具刀尖与螺纹牙底接触(对于外螺纹来说刀尖位置在螺纹小径处，对于内螺纹来说刀尖位置在螺纹大径处)。螺旋半径为刀具刀柄中心到螺纹中心的距离。如图6、图7所示：

L=L1+L2

其中L1为外螺纹小径，L2为螺纹刀刀尖到螺纹刀刀柄中心的距离(此距离可通过量具测量获得)。

外螺纹旋转半径计算如图所示：

图6　外螺纹旋转半径计算1

由图6不难看出，加工外螺纹时，刀具螺旋半径为L。

由图示7不难看出，加工内螺纹时，刀具螺旋半径为L。

L=L1-L2

其中L1为内螺纹大径，L2为螺纹刀刀尖到螺纹刀刀柄中心的距离(此距离可通过量具测量获得)。

8.3刀具每螺旋一周时垂直方向(Z向)的运动量。

刀具每螺旋一周时垂直方向(Z向)的运动量，为被加工螺纹的导程(对于单线螺纹来说，螺纹导程等于螺纹螺距)。

9内螺纹加工实例

9.1零件图纸

图8　零件图纸

材料：45号钢。螺距：P=2mm；机夹单齿螺纹铣刀直径：16mm；刀尖到刀杆中心线距离为12mm。铣削方式：顺铣。螺纹底孔已加工完成。

9.2参数计算

①螺纹小径计算：d=40-2X2X0.65=37.4(mm)

②旋转半径计算： 结合图7图示，计算出该螺纹加工螺旋半径：L=40/2-12=8(mm)

③刀具每旋转一周，Z轴向下或向上运动一个螺纹螺距。依据零件图纸，该螺纹为单线螺纹，螺距是2mm。

10外螺纹加工实例

10.1零件图纸

材料：45号钢。螺距：P=2mm；机夹单齿螺纹铣刀直径：16mm；刀尖到刀杆中心线距离为12mm。铣削方式：顺铣。螺纹外径已加工完成。

图9　外螺纹加工

10.2参数计算

①螺纹小径计算：d=40-2X2X0.65=37.4(mm)

②旋转半径计算： 结合图7图示，计算出该螺纹加工螺旋半径：L=37.4/2+12=30.7(mm)

③刀具每旋转一周，Z轴向下或向上运动一个螺纹螺距。依据零件图纸，该螺纹为单线螺纹，螺距是2mm。

11结语

螺纹铣削加工具有应用范围广、投入成本少、加工效率高和程序编写简单易懂等优势，越来越广泛地被应用到实际生产中，并表现出卓越的加工性能，成为企业降低螺纹加工成本、提高效率、解决螺纹加工难题的有力武器。

[参考文献]

[1]鲍海龙. 数控铣削加工：中级[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]陶维利. 数控铣削编程与加工[M].北京：机械工业出版社，2010.

Onadvantagesofmillingtapinmanufacture

LIUJun

(HeilongjiangMechanicalandElectricalEngineeringSchool,Hailun152300,China)

Abstract：Manufacturing screw threads with NC milling machines is advanced. Compared with the traditional methods, it is safe and efficient, producing works with better quality. The methods are easy to learn and the program easy to write. Besides, it can be applied in a wide range of places, for its cutting tools can be generally used. This article talks about the advantages of manufacturing screw threads with NC milling machines in terms of its feasibility, application areas, costs, generality of cutting tools, working principle, and the process itself.

Key words:milling tap; manufacture; advantage

中图分类号：TE933.3

文献标识码：A

文章编号：2095-0063(2015)06-0071-05

收稿日期：2015-07-10

作者简介：刘军(1981-)，男，山东齐河人，教师，从事数控技术应用专业教学及研究。

DOI10.13356/j.cnki.jdnu.2095-0063.2015.06.018