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螺紋數控銑削加工及其編程
2011-2-15 17:18:55

0 引言

傳統的螺紋加工方法主要是::外螺紋采用螺紋車刀車削,工作時需多次走刀才能切出螺紋輪廓,生產效率低;內螺紋采用絲錐攻絲,工作時必須先把螺紋底孔加工好,然后換刀進行加工,輔助時間長。隨著數控技術的發展,數控銑削螺紋的加工方式逐漸地取代了傳統的螺紋加工方法。與傳統的螺紋加工方法相比,螺紋銑削加工的效率和加工精度都有所提高。特別是對于一些有特殊結構要求的螺紋,如沒有過渡扣或退刀槽結構的螺紋,采用螺紋銑削的方法更表現出它的優勢。因此,對于大批量生產的螺紋,數控銑削螺紋是一種有較大推廣價值的新工藝。

1 螺紋銑刀及其工藝特點

加工螺紋的銑刀類型有多種,各種螺紋銑刀的加工工藝特點也不同。
  1. 盤形螺紋銑刀
    盤形螺紋銑刀如圖1(a)所示,工作時,銑刀軸線和工件軸線傾斜一個工件螺紋中徑導程角入,工件旋轉一周,工件和銑刀相對在軸向移動一個螺距。通常一次走刀即能切出所需螺紋,工作簡圖如圖1(b)所示。為了提高銑削平穩性,齒數應取多齒,且做成錯齒形式,以改善兩側刃的切削條件。
    盤形螺紋銑刀主要用于銑削螺距較大、長度較長的螺紋,如單頭或雙頭梯形螺紋和蝸桿等。

    1
    (a)

    1
    (b)

    圖1 盤形螺紋銑刀及其工作示意圖

    1
    圖2 梳形螺紋銑刀及其工作示意圖

    1
    (a)

    1
    (b)
    圖3 螺紋鉆銑刀及其螺紋銑削加工示意圖

    1
    圖4 螺紋銑刀軌跡

  2. 梳形螺紋銑刀
    梳形螺紋銑刀可以看作是若干個盤形螺紋銑刀的組合,如圖2所示。加工時,銑刀和工件軸線平行,且銑刀和工件沿螺紋全長接觸。因此,切削時工件旋轉一周,工件和銑刀相對軸向移動一個螺距,即能切出所需螺紋。
    梳形螺紋銑刀主要用于加工長度短而螺距小的三角形內、外圓柱螺紋和圓錐螺紋。
  3. 復合螺紋銑刀
    為了提高生產效率,能在不換刀的情況下一次性切出螺紋,可采用如圖3(a)所示的復合螺紋銑刀—螺紋鉆銑刀。螺紋鉆銑刀的切削刃表面上看有些像絲錐,實際上與絲錐不同,刀具上無螺旋升程,加工中的螺旋靠機床運動實現。
    用螺紋鉆銑刀銑削螺紋時的工作示意圖如圖3(b)所示,其步驟為:第1步,螺紋鉆銑刀快速運行至工件安全平面;第2步,螺紋鉆銑刀鉆孔至孔深尺寸;第3步,螺紋鉆銑刀提升至螺紋深度尺寸;第4步,螺紋鉆銑刀以圓弧切人螺紋起始點;第5步,螺紋鉆銑刀繞螺紋軸線作X、Y方向的插補運動,同時作平行于軸線的+Z方向運動,即每繞螺紋軸線運行360°,沿+Z方向就上升一個螺距,刀具三軸聯動運動軌跡為一螺旋線;第6步,螺紋鉆銑刀以圓弧從起始點退刀;第7步,螺紋鉆銑刀快速退至工件安全平面,準備加工下一孔。螺紋鉆銑刀銑削螺紋的運動軌跡如圖4所示。

2 螺紋銑削編程

現以M20×1.5右旋內螺紋銑削加工實例說明螺紋加工的編程方法。
工件材料:鑄鐵;螺紋底孔直徑:Di18.38mm;螺紋直徑:Do=20mm;螺紋長度:L=25mm;螺距:P=1.5mm;刀具:硬質合金螺紋鉆銑刀;銑刀直徑D2=10mm;銑削方式:順銑;切削速度50m/min;銑削進給量:0.1mm/齒。
  1. 參數計算
    主軸轉速為:n=(1000v)/(D2p)=(1000×50)/(10x3.14)=1592(r/min)
    銑刀齒數z=1,每齒進給量f=0.1mm,銑刀切削刃處進給速度為:
    v1=fzn=0.1×1×1592=159.2(mm/min)
    銑刀中心進給速度為:v2=v1(D0-D2)/D0=159.2×(20-10)/20=79.6(mm/min)
    設安全距離CL=0.5mm,切入圓弧半徑為:
    Re= (Ri-CL)2+R02 = (9.19-0.5)2+102 =8.78
    2R0 2×10
    切入圓弧角度為:b=180°-arcsin[(Ri-CL)/Re)=180°-arcsin[(9.19-0.5)/8.78]=180°-84.12°=95.88°
    切入圓弧時的Z軸位移為:Za=Pa/360°=1.5×90°/360°=0.375(mm)
    切入圓弧起點坐標為:
    { X=0
    Y=-Ri+CL=-9.19+0.5=-8.68
    Z=-(L-Za)=-(25+0.375)=-25.375
  2. 螺紋銑削程序(FUNUC系統)
    %
    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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