数控铣削螺纹的分析

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1、数控铣削螺纹的分析王吉林；周赵缨（上海电机学院，上海200093）摘要：数控铣削加工螺纹是应用数控系统三轴联动的典型示例。它不同与传统螺纹加工方法,有着高精度、高效率、高柔性等优点，因此应大力推广螺纹铣削加工编程技术。木文分析了用单刃螺纹刀来加工螺纹的方法。关键词：螺纹加工；数控铣削；单刃螺纹刀中图分类号：TH164文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）11-0105-020引言在工件上加工内、外螺纹的方法，主要有切削加工和滚压加工两类。螺纹切削加工一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺纹的方法，主要有

2、车削、铣削、攻丝、套丝、磨削、研磨和旋风切削等。螺纹滚压是用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。木文着重讨论螺纹切削加工中的螺纹数控铣削内螺纹加工。螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比，在加工精度、加工效率方面具有极大优势，且加工时不受螺纹结构和螺纹旋向的限制，如一把螺纹铣刀可加工多种不同旋向的内、外螺纹。此外，螺纹铣刀的寿命是丝锥的好几倍，而且在数控铣削螺纹过程中，对螺纹直径尺寸的调整极为方便，这是有别于丝锥、板牙的最大优势。螺纹数控铣削主要是利用数控系统的螺旋插补功能G02/G03。1螺纹的铣削加工

3、1.1数控铣削内（直）螺纹螺纹铣削的原理是基于数控机床具有三轴联动插补功能，可以实现空间螺旋线运动来完成的。在螺纹铣削过程中圆周运动产生螺纹直径，同步直线运动产生螺距，即使用成型的螺纹铣刀沿螺旋插补轨迹进行铣削加工的过程。图1是数控车床中所用螺纹刀兵，这种刀具选取方便，价格较低，可以实现车削和铣削两用，但加工效率稍低，较适用于单件和小批量生产。为了提高螺纹铣削加工效率，可以采用专用的螺纹铣削刀具，见图2,这种刀具从截面上看有很多齿，这样铣削效率大大提高，但这种刀具又受到螺纹螺距的限制，一般一把刀只能加工一种螺距的螺纹

4、。刀具成本较高，适用于批量螺纹铣削加工。由于螺纹铣刀本身并不带有导程（螺距），不要求主轴转速和z向进给速度高度同步，完全只是依靠数控系统的G02/G03螺旋插补功能实现三轴联动，数控程序控制机床主轴、X、Y轴方向联动圆弧插补一周，同时Z轴方向联动进给一个螺距，形成螺旋线插补运动，并通过改变刀具补偿半径的大小，控制铣削螺纹的规格。与一般轮廓的数控铣削一样，螺纹铣削开始进刀时也可采用1/4圆弧切入或直线切入。铣削吋应尽量选用刀片宽度大于被加工螺纹长度的铣刀，这样,铣刀只需旋转360°即可完成螺纹加工。下面以M40

5、×1.5内螺纹为例说明其加工过程。设工件坐标系零点在螺纹中心上表面位置，采用单刃螺纹刀，螺纹刀直径为16mm,在数控铣床上加工螺纹，现分别给出西门子数控系统和FAUNCOi系统加工M40×1.5内螺纹程序。SIEMENS数控系统加工内（直）螺纹采用了模态调用铣螺纹循环指令,即西门子系统含有直螺纹加工模态指令，只要相应设置工件坐标系，计算单刃螺纹刀直径以及相关切削参数等。而FAUNCOi数控系统是利用了数控系统的螺旋插补功能G02/G03来实现螺纹加工的，G02是用于右旋螺纹加工，G03用于左旋

6、螺纹加工。FAUNC数控系统并没有螺纹加工的固定循环指令。表2是通过调用子程序的方法来实现内直螺纹的加工。当然也可采用宏指令编程方法完成直螺纹的加工。这种螺纹铣削加工方法已十分普遍，特别适合大直径螺纹的加工。1.2内锥螺纹的数控铣削锥螺纹在实际生产应用中已处处可见，此螺纹特别适合在高温、高压系统和润滑系统的两管联结，在常压下就能紧密配合，自动对心良好。内锥螺纹的螺旋呈阶梯盘旋向上，同吋旋口直径按一定比例增人。在具备锥螺纹加工功能的数控机床上，完成锥螺纹的加工是很方便的一件事，但数控铣床一般都不具备此项功能。数控机床有

7、直线插补、圆弧插补、螺旋插补和圆锥插补等四种插补功能，但后两者为可选项，又因圆锥插补在机械制造中的应用场合相对来说比较特殊和少见，应用不多，所以一般不作为选项。而螺旋插补为大多数用户所选择。对于G02/G03指令，FANUC数控系统给出了下述3个定义（以X、丫平面为例）：①圆弧插补:G17G02（G03）X-Y-R（I-J-F-；②螺旋插补：G17G02（G03）X-Y-R（I-J-）Z-F-；③圆锥插补:G17G02（G03）X-Y-Z-l-J-K-（Q-）F-。本文将运用螺旋插补功能来完成锥螺纹的铣削加工。当使用

8、伺服电机时，定位系统会造成指令轨迹和实际轨迹的误差。由于刀具是沿指令的线段行进，因此直线插补吋没有形状误差。而在圆弧插补时，特别是当高速切削吋，会产生径向误差。见图3。误差由下式公式计算:Δr=l/2*（T12+T22*（l-α2））V2/ro式中Δr:径向误差的最大值（mm），V:进给速度（mm/s），r: