螺纹通孔加工技巧与工艺分析

一、任务目标

❖掌握螺纹孔的常用加工方法

❖掌握螺纹孔加工时底孔大小的确定方法

❖掌握数控攻丝循环的指令动作

❖掌握G84、G74 循环指令的格式及用法

❖能够安全文明操作，掌握机床的维护与保养方法

二、任务资讯

在数控铣（加工中心） 机床上加工螺纹孔，通常采用两种加工方法，即攻螺纹和铣螺纹。在生产实践中，对于公称直径在M24 以下的螺纹孔，一般采用攻螺纹方法完成螺纹孔加工；而对于公称直径在M24 以上的螺纹孔，则通常采用铣螺纹方式完成螺纹孔加工。

攻螺纹就是用丝锥在孔壁上切削出内螺纹，如图9-4-1所示。

从理论上讲，攻丝时机床主轴转一圈，丝锥在Z 轴的进给量应等于它的螺距。如果数控铣（加工中心） 机床的主轴转速与其Z 轴的进给总能保持这种同步成比例的运动关系，那么这种攻螺纹方法称为“刚性攻螺纹”，也称刚性攻丝。

以刚性攻丝的方式加工螺纹孔，很容易保证其精度，但对数控机床提出了很高的要求，此时主轴的运行从速度系统换成位置系统。为实现这一转换，数控铣（加工中心） 机床常采用伺服电动机驱动主轴，并在主轴上加装一个螺纹编码器，同时主轴传动机构的间隙及惯量也要受到严格控制，这无疑增加了机床的制造成本。

柔性攻螺纹就是主轴转速与丝锥进给没有严格地同步成比例运动，而是用可伸缩的攻丝夹头（图9-4-2），靠装在攻丝夹头内部的弹簧对进给量进行补偿以改善攻螺纹的精度，这种攻螺纹方法称为“柔性攻螺纹”，也称柔性攻丝。

对于主轴没有安装螺纹编码器的数控铣（加工中心） 机床，如果主轴的转速和Z 轴的进给是独立控制的，那么可采用柔性攻丝方式加工螺纹孔，但加工精度比刚性攻丝低。

为了提高生产效率，通常选择耐磨性较好的丝锥（如硬质合金丝锥），在数控铣（加工中心） 机床上一次攻牙即完成螺孔加工。

铣螺纹就是用螺纹铣刀在孔壁切削内螺纹或外螺纹。其工作原理是： 应用G03/G02 螺旋插补指令，使刀具沿工件表面切削、螺旋插补一周，刀具沿Z 向走一个螺距量，如图9-4-3 所示。

图9-4-1　用丝锥攻螺纹

图9-4-2　可伸缩的攻丝夹头

图9-4-3　螺纹铣削示意

攻螺纹通常用攻丝循环指令G74/G84 进行编程。G74 为左旋螺纹攻丝循环，在刀具以反转方式切削螺纹至孔底后，主轴正转返回R 点平面或初始平面，最终加工出左旋的螺纹孔，如图9-4-4 所示。

图9-4-4　G74 指令运动示意

（a） 刀具返回初始平面；（b） 刀具返回R 点平面

G84 为右旋螺纹攻丝循环。在刀具以正转方式切削螺纹至孔底后，主轴反转返回R 点平面或初始平面，最终加工出右旋的螺纹孔，如图9-4-5 所示。

图9-4-5　G84 指令运动示意

（a） 刀具返回初始平面；（b） 刀具返回R 点平面

G74/G84 指令格式为：

其中： 参数意义与G81 指令完全相同，在此略写。

注意事项：

（1） 当主轴旋转由M03/M04/M05 指定时，此时的攻丝为柔性攻丝。下列程序执行时即为柔性攻丝。

（3） 若增加“Q_ ” 参数项，即指令格式为“G74/G84 X_ Y_ Z_ R_ P_ Q_ K_F_ ”，同时主轴旋转状态用M29 指定，那么此时的攻丝为排屑式刚性攻丝，系统以间歇方式攻螺纹。

本任务要求完成如图9-4-6 所示工件的6 个M10 螺纹通孔加工。工件材料为45 钢。生产规模： 单件。

图9-4-6　待加工工件

三、任务实施

加工准备

（1） 详细阅读工件图，并按照图纸检查坯料的尺寸。

（2） 编制加工程序，输入程序并选择该程序。

（3） 用平口虎钳装夹工件，用百分表找正。

（4） 安装寻边器，确定工件零点为坯料上表面的中心，设定可选择工件坐标系。

（5） 选择中心钻、钻头、机用丝锥并对刀，设定加工相关参数，选择自动加工方式加工工件。

工艺分析及处理

1） 工件图样分析

该工件材料为45 钢，切削性能较好。螺纹孔的位置没有特殊要求，可以按照图纸的基本尺寸进行编程。

2） 加工工艺分析

为保证螺纹孔位置准确，选用一把φ5 中心钻做中心孔加工，螺纹孔的底径孔可用一把φ8.5 麻花钻进行加工，选用M10 螺距1.5 mm 的高速钢直槽丝锥做孔的最终加工。

XY 向刀路设计按照图9-4-6 所示的孔1→孔2→孔3→孔4→孔5→孔6 顺序加工。因工件孔位处的厚度仅有10 mm，故钻孔时Z 向刀路采用一次钻、攻丝至底面的方式加工工件。

M10 直柄丝锥的转速为vc =（80 ～100）r/min；进给量f =vc ×P/（mm/min），P 为螺距。合理选择切削用量，刀具卡和工序卡分别见表9-4-1 和表9-4-2。

▼表9-4-1　刀具卡(www.xing528.com)

▼表9-4-2　工序卡

3） 基点计算（略）

4） 编写程序单

5） 输入程序单

6） 模拟、加工、检验

参考程序

注意事项

在加工螺纹时，受刀具磨损、工艺设置等影响，会产生乱牙、螺纹不完整等问题，具体问题及产生原因见表9-4-3。

▼表9-4-3　加工螺纹时出现的问题及产生的原因

四、任务评价

任务评价细则见表9-4-4。

表9-4-4　任务评价细则

五、相关资讯

在生产实践中，加工螺纹孔常用以下几种刀具。

1） 丝锥

丝锥是具有特殊槽、带有一定螺距的螺纹圆形刀具。加工中常用的丝锥有直槽和螺旋槽两大类（图9-4-7）。直槽丝锥加工容易、精度略低、产量较大、切削速度较慢，一般用于普通钻床及攻丝机的螺纹加工。螺旋槽丝锥多被数控加工中心用来钻盲孔，加工速度较快、精度高、排屑较好、对中性好。常用的丝锥材料有高速钢和硬质合金，现在的工具厂生产的丝锥大都是涂层丝锥，涂层丝锥比未涂层丝锥的使用寿命和切削性能都有很大的提高。

图9-4-7　丝锥

（a） 直槽丝锥；（b） 螺旋槽丝锥

2） 整体式螺纹铣刀

从外形看，整体式螺纹铣刀很像是圆柱立铣刀与螺纹丝锥的结合体（图9-4-8），但它的螺纹切削刃与丝锥不同，刀具上无螺旋升程，加工中的螺旋升程靠机床运动实现。这种特殊结构使该刀具既可加工右旋螺纹，也可加工左旋螺纹，但不适于加工较大螺距的螺纹。

整体式螺纹铣刀适用于钢、铸铁和有色金属材料的中小直径螺纹铣削，优点是切削平稳、耐用度高；缺点是刀具制造成本较高、结构复杂。

图9-4-8　整体式螺纹铣刀

3） 机夹螺纹铣刀

机夹螺纹铣刀如图9-4-9 所示，它适用于较大直径（如D ＞26 mm） 的螺纹加工。这种刀具的特点是： 刀片易于制造，价格较低。有的螺纹刀片可双面切削，但抗冲击性能比整体式螺纹铣刀稍差。因此，这类刀具常推荐用于加工铝合金材料。

图9-4-9　机夹螺纹铣刀

4） 螺纹钻铣刀

螺纹钻铣刀由头部的钻削部分、中间的螺纹铣削部分及切削刃根部的倒角刃三部分组成，如图9-4-10 所示。钻削部分直径就是刀具所能加工螺纹的底径。这类刀具通常用整体硬质合金制成，是一种中小直径内螺纹的高效加工刀具。螺纹钻铣刀可一次完成钻螺纹底孔、孔口倒角和内螺纹加工，减少了刀具使用数量，工作示意如图9-4-11 所示。

图9-4-10　螺纹钻铣刀

由于这类刀具在选择时受钻削部分直径的限制，一把螺纹钻铣刀只能加工一种规格的内螺纹，因而其通用性较差，价格也比较昂贵。

图9-4-11　螺纹钻铣刀工作示意

铣螺纹主要分为以下工艺过程，如图9-4-12 所示。

图9-4-12　螺纹铣削刀具路径示意

（a） 右旋螺纹；（b） 左旋螺纹

第一步： 螺纹铣刀运动至孔深尺寸。

第二步： 螺纹铣刀快速提升到螺纹深度尺寸，螺纹铣刀以90°或180°圆弧切入螺纹起始点。

第三步： 螺纹铣刀绕螺纹轴线做X、Y 方向圆弧插补运动，同时做平行于轴线的+Z 向运动，即每绕螺纹轴线运动360°，沿+Z 方向上升一个螺距，则三轴联动运行轨迹为一个螺旋线。

第四步： 螺纹铣刀以圆弧路径从起始点（也是结束点） 退刀。

第五步： 螺纹铣刀快速退至工件安全平面，准备加工下一个孔。

该加工过程包括内螺纹铣削和螺纹清根铣削，采用一把刀具一次完成，加工效率很高。

从图9-4-12 中可以看出，右旋内螺纹的加工是从里往外切削，左旋内螺纹的加工是从外向里切削，这主要是为了保证铣削时为顺铣，提高螺纹质量。

常用的螺纹精度检验工具有外螺纹千分尺和螺纹塞规与环规，如图9-4-13 所示。

图9-4-13　螺纹的精度检验工具

六、练习与提高

编写程序加工如图9-4-14 所示工件。

图9-4-14　“练习与提高” 加工工件