M56以上大螺纹旋风铣削技巧

在重型机器上有许多大型内螺纹，一般大于M56且螺距也很大，这些内螺纹不便于用丝锥加工，也不便于车削加工，多在数控机床上采用旋风头铣削加工。本书作者研究开发出了大型内螺纹的数控加工——旋风铣削参数子程序。

1.选题意义

常用的加工内螺纹的方法有攻螺纹、车螺纹、铣螺纹等。对于中小螺纹孔（M56以下）在有现成丝锥的情况下，选择攻螺纹没什么问题，但对于重大装备制造业中的大型内螺纹（通常在M56～M120范围内）的加工就没那么容易了。若用上述方法来加工大型内螺纹，要经过“一锥、二锥…”才能完成，每锥加工不可能完全重合，必然会产生螺纹牙型不重合，出现所谓的“双眼皮”，严重影响螺纹的旋合精度，甚至无法旋合而造成零件报费；其次若用上述传统的方法加工大型内螺纹，效率很低。现采用旋风铣削的方法加工大型内螺纹，可加工M56×3～M120×9的内螺纹，并用R参数子程序的方法编写程序，使用方便，非常有效。

一般在数控镗铣床上，直接装夹成形铣刀进行内螺纹的铣削和程序编制。编程中采用了参数和地址参数，程序可适用于不同直径规格的螺纹加工，对一般精度紧固螺纹的加工，此法甚为简便有效，并且低耗、高效。

在数控镗铣类机床上，内螺纹可以用攻螺纹、车螺纹或铣削螺纹来完成。在有现成丝锥螺纹直径为非标准，或者加工材质过硬等难以加工的情况下，选择铣削加工螺纹，尤显简捷对于精密的、孔数多的螺孔，可选英格索尔的NC−120内螺纹旋风铣削装置。它可严格控制中径公差，减小或消除切削时刀具对牙型的干涉。由于该装置的安装、调试和量块等准备工作繁杂、耗时冗长，故不常用。对普通螺纹的加工，常在主轴上直接装夹成形铣刀，利用数控中的螺旋插补功能来完成螺纹的铣削，较为省时、简便。其加工工艺方法和编程如下：

2.原理和加工工艺方法

（1）加工原理和轨迹 在数控镗铣类机床上加工大型内螺纹，可采用旋风铣削的原理：高速旋转的成形铣刀，其刀尖回转圆始终与内螺纹外径处于内接状态，与此同时，刀具绕工件孔轴线作螺旋运动。此时60°成形铣刀把与刀尖干涉的金属切除，在工件孔壁上就切出螺纹槽。螺旋运动是通过数控机床的螺旋插补功能来实现的。为防止加工到孔底部时，切屑与刀具的干扰阻挤加工部位，并被切屑遮盖不便观察，旋风铣削均采用从孔底向外加工的进给方向。

图4-14 旋风铣削内螺纹的刀具和附具

图4-15 螺纹有关参数的计算

（2）刀具和附具 内螺纹旋风铣削时，使用了NC−120装置上的刀片、刀盘和刀杆（图4-14），另外还设计制造了一根专用接杆，其前面连接铣刀杆与铣刀盘，后面的锥柄与机床连接。该刀片是可转位的，为不重磨硬质合金刀片，其尺寸和角度精度较高，装于刀盘上，可同时装4～6把刀片，组成多刃铣刀盘。刀盘通过其尾部的定心柱和螺纹与刀杆联接，刀杆又通过尾部的短锥、键和螺钉，紧固在可装入主轴锥孔的专用接杆上。该刀具具有同时参与切削的刀具多、精度高、耐磨性好等优点，因而保证了牙型轮廓的准确性。由于刀具直接连接主轴，在选择刀盘时，主要考虑加工的螺距大小和螺孔深浅，螺孔直径不是考虑的主要因素。铣螺纹用刀具也可自行设计，但其制造精度要满足工件的要求。为保证其牙型轮廓精度和表面粗糙度，尽可能采用多刃结构。

3.螺纹有关参数设定

螺纹标准中规定其牙型是将等腰三角形尖峰削去一定的高度，如图4-15中的H/8，并以此作为螺纹公称直径。体现螺纹尺寸精度的重要标志之一是中径公差。通过对中径公差的不同取向，可达到内外螺纹配合间隙的要求。数控铣削中，为使刀尖点A与牙型尺寸中的点B重合，必须计算出螺孔的大径D1，如图4-15所示。

4.螺纹相关尺寸计算D₁=d+2H/8=d+H/4式中，H=Pcos30°，为螺纹牙型全高；P为螺距。

中径公差按其公差值的1/3考虑，则D₁还将加大D₁=d+H/4+e/3式中，e为螺纹的中径公差值，一般按H6～H7考虑。

5.参数的定义和轨迹

内螺纹铣削程序轨迹及参数定义如图4-16所示。

R01——加工螺纹公称直径。

R03——专用铣刀盘刀尖直径（SK）。

R05——加工螺纹的深度。(www.xing528.com)

R06——螺纹中径的公差值。

R08——螺纹铣削进给速度。

R09——螺距。

图4-16 内螺纹铣削程序轨迹及参数定义

6.程序编制

程序采用西门子（SINUMERIK）840D系统的代码编写，以子程序形式编制。用R参数代替语句中的数码和数值，能适用于不同直径、不同螺距、不同深度的螺纹的加工，具有一定的通用性。程序按刀具中心点轨迹编写，所以没有使用刀补功能。程序可长期存入数控机床，使用时，由主程序调用并给出切削用量、初始参数赋值和使刀具中心定位在已加工好的底孔上方即可。图4-17所示为旋风铣削M120内螺纹加工现场。

（1）用SINUMERIK 840D编写OXY平面上内螺纹铣削子程序

图4-17 旋风铣削M120内螺纹加工现场

注意：上面的程序是按加工右旋内螺纹设计的，也可按同样方法编写左旋内螺纹的通用参数子程序。

为了适应在不同坐标平面使用，设定一个刀具轴参数R11，以确定加工平面，R11为刀具轴编号：X轴为R11=1，Y轴为R11=2，Z轴为R11=3。

对于在任意坐标平面上铣削内螺纹，关键是要确定螺纹轴线与哪一个坐标轴平行，也就是旋风铣削的刀具轴，设定一个刀具轴参数为R11，表示刀具轴编号，利用@20取地址功能码自动确定旋风铣削刀具所在轴线位置。@90，@91、@92数控机床轴代码指令中，@90，@91分别为加工平面的第一轴与第二轴，@92则为垂直于该平面的第三轴，也就是刀具轴。由@20取得的轴代码与R11进行比对，最后自动判断是在哪个平面上加工螺纹。

（2）任意平面上内螺纹铣削子程序 采用SINUMERIK 8MC编写的任意平面上内螺纹铣削子程序中，指令@20、@90则是自动选定内螺纹所在的坐标平面，通过无条件转移到R11所指定的加工平面。程序如下：

点评

对于在任意坐标平面上铣削内螺纹，关键是要确定螺纹轴线与哪一个坐标轴平行，即自动判断是在哪个平面上加工螺纹。通过L891（SINUMERIK 8）子程序可以实现任意坐标平面上的内螺纹铣削。