基于宏程序的內(nèi)外螺紋的數(shù)控銑削加工

張寧菊

（無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇無錫 214028）

0 引言

傳統(tǒng)的螺紋加工方法主要為采用螺紋車刀車削螺紋或采用絲錐、板牙手工攻絲及套扣。隨著三軸聯(lián)動數(shù)控加工系統(tǒng)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了更為先進(jìn)的螺紋加工方式——螺紋數(shù)控銑削，它主要在數(shù)控銑床或加工中心上進(jìn)行[1]。在實(shí)際生產(chǎn)中采用宏程序控制的螺紋銑削加工與傳統(tǒng)螺紋加工方式相比，有以下幾大優(yōu)勢：

（1）用同一把螺紋銑刀可以加工不同結(jié)構(gòu)（外螺紋/內(nèi)螺紋）、不同旋向（左旋/右旋）的螺紋；

（2）螺紋數(shù)控銑削可以加工沒有過渡螺紋或退刀槽的螺紋；

（3）螺紋數(shù)控銑削加工時只要改變宏程序的變量值，即可加工不同參數(shù)（例：直徑等）的螺紋，特別是深螺紋、大螺紋、大螺距螺紋、精密非標(biāo)準(zhǔn)螺紋等；

（4）螺紋銑刀的材料一般是硬質(zhì)合金，切削平穩(wěn)，且其耐用度是絲錐的十倍甚至數(shù)十倍；

（5）螺紋數(shù)控銑削加工可嚴(yán)格控制螺紋中經(jīng)公差，可減少或消除刀具切削對牙型的干涉。

采用宏程序控制的螺紋銑削加工的諸多優(yōu)勢，可有效提高螺紋加工精度和加工效率，目前發(fā)達(dá)國家的大批量螺紋生產(chǎn)已較廣泛地采用了銑削工藝。

1 宏程序的基本功能[2]

（1）變量

變量分為四類：空變量（#0）；局部變量（#1-#33）； 公共變量（#100-#199），（#500-#999），系統(tǒng)變量（#1000-）。

（2）宏程序語句使用

1）GOTO語句（無條件轉(zhuǎn)移）

2）IF 語句（條件轉(zhuǎn)移：IF…THEN…）或IF［〈條件表達(dá)式〉］GOTON

3）WHILE語句（當(dāng)…時循環(huán)）

（3）特點(diǎn)

1）高效：數(shù)控加工中常會遇到數(shù)量少、品種繁多、有規(guī)則幾何形狀的工件（例螺紋件），可稍加分析與總結(jié)，找出共同點(diǎn)，把共同點(diǎn)設(shè)定為局部變量（局部變量只能用在宏程序中存儲數(shù)據(jù)）應(yīng)用到程序中，就能達(dá)到事半功倍的效果。

2）經(jīng)濟(jì)：螺紋類零件結(jié)構(gòu)相似，但品種多數(shù)量少，為了降低加工成本，可用宏程序控制進(jìn)行螺紋銑削加工。

3）應(yīng)用范圍廣：宏程序還可以應(yīng)用到數(shù)控加工的其它環(huán)節(jié)。例如它可對刀具長度補(bǔ)償（H），刀具半徑補(bǔ)償（D），進(jìn)給量（F），主軸轉(zhuǎn)速（S），G代碼，M代碼等進(jìn)行設(shè)置，也能有效提高加工效率。

2 螺紋銑削工藝

2.1 螺紋銑削運(yùn)動方式

螺紋銑削加工主要用于數(shù)控銑床、加工中心等銑削類機(jī)床。實(shí)際加工時一般小直徑內(nèi)螺紋（≤20 mm）可以采用攻螺紋加工；但對于大直徑內(nèi)螺紋的加工以及外螺紋的加工，采用螺紋銑削加工是最好的手段。

螺紋銑削加工主要是通過機(jī)床的三軸聯(lián)動和螺旋插補(bǔ)加工來實(shí)現(xiàn)的，即在其中二軸作圓弧銑削加工的同時，第三軸作直線進(jìn)給運(yùn)動，其軸向的移動距離正好是螺紋的螺距，（例：在X、Y軸走G03/G02一圈時，Z軸同步移動一個螺距P的量）。圖1為右旋和左旋外螺紋的銑削運(yùn)動示意圖。

圖1 外螺紋的銑削運(yùn)動示意圖

2.2 螺紋銑刀

（1）整體螺紋銑刀

常用整體螺紋銑刀一般采用硬質(zhì)合金，適用于鋼、鑄鐵和有色金屬材料的中小直徑螺紋銑削，切削平穩(wěn)，耐用度高。加工不同的材料可采用不同涂層的螺紋刀。

（2）機(jī)夾螺紋銑刀及刀片

由銑刀桿及刀片組成（圖2），其特點(diǎn)是刀片易于制造，價格較低，有的螺紋刀片可雙面切削，但抗沖擊性能較整體螺紋銑刀稍差。因此，該刀具常推薦用于加工鋁合金材料。

圖2 機(jī)夾單刃螺紋銑刀及三角雙面刀片

2.3 螺紋切削用量的選擇

螺紋切削用量（切削速度、背吃刀量、走刀次數(shù)）的選擇是由刀具和零件的材質(zhì)確定的。螺紋切削的切削速度一般要比普通切削低25% ～50%。螺紋的背吃刀量ap值的選擇正確與否，直接影響切削力的大小，關(guān)系到螺紋是否合格，背吃刀量需遵循遞減原則，最小背吃刀量值不小于0.05 mm。表1 和表2 提供了車削米制內(nèi)、外螺紋背吃刀量ap的參考值。對于銑削螺紋是采用三軸聯(lián)動螺旋插補(bǔ)加工來實(shí)現(xiàn)的，有別于車削螺紋，如銑削螺紋是單刃切削，則其切削速度應(yīng)選擇車削的一半為宜，背吃刀量ap值仍可按車削選取。

表1 ISO米制螺紋背吃刀量ap值（外螺紋）

表2 ISO米制螺紋背吃刀量ap值（內(nèi)螺紋）

3 宏程序銑削加工

3.1 單齒螺紋銑刀銑削加工內(nèi)螺紋

螺紋銑削時，采用宏程序變量編程，可以將螺紋的直徑、螺距、螺紋長度、刀具直徑等參數(shù)設(shè)為變量，不同的螺紋只要改變這些參數(shù)，就可以采用同一個程序加工不同的螺紋，可以減少編程時間，提高螺紋銑削的效率[2]。

以下程序是利用宏程序?qū)30×1.5 mm 的內(nèi)螺紋進(jìn)行參數(shù)編程。在加工不同螺紋時，只需改變相應(yīng)的參數(shù)值，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)宏程序編制程序如下：

O0011

#1=30（大徑）

#2=1.5（螺距）

#3=#1-1.1*#2（小徑）

#4=16（刀具直徑）

#5=10（螺紋深度）

#9=[#1-#4]/2+1

#16=FIX[#5/#2]

#17=#5-#2*#16

#18=#2-#17

M03 S3000

G54 G90 G00 X0 Y0

Z20

G01 Z[#18]

#20=#18

G91 G02 X-[#9]Y0 R[#9]F300

WHILE[#20GT-10]DO1

#20=#20-#2

G90 G02 I[#9]Z[#20]

END1

G91 G02 X[#9]Y0 R[#9]

G90 G00 Z20

M30

3.2 單齒螺紋銑刀銑削加工外螺紋

對于M18X 1.5mm 的外螺紋，用FANUC 0i 系統(tǒng)宏程序編制程序如下：

#1=18（大徑）

#2=1.5（螺距）

#3=#1-1.1*#2（小徑）

#4=16

#5=10

#9=[#1-#3]/2+1

#6=FIX[#5/#2]

#7=#5-#2*#6

#8=#2-#7

M03 S2500

G54 G90 G00 X0 Y0

Z20

X[[#3+#4]/2+#9]Y[#9]

Z[#8]

#20=#8

G91 G03 X-[#9]Y-[#9]R[#9]F250

WHILE[#20GE-10]DO1

#20=#20-#2

G90 G02 I-[[#3+#4]/2]Z[#20]F250

END1

G91 G03 X[#9]Y-[#9]R[#9]

END1

G91 G03 X[#9]Y-[#9]R[#9]

G90 G00 Z30

M05

M30

4 結(jié)束語

螺紋銑削加工在機(jī)械制造中應(yīng)用日益廣泛，推動了行業(yè)的發(fā)展。采用銑削方式加工螺紋，螺紋的質(zhì)量比傳統(tǒng)方式加工質(zhì)量高；加工時采用機(jī)夾式刀片刀具，刀具壽命長；螺紋銑刀加工時的加工速度遠(yuǎn)超攻絲；采用螺紋銑刀加工的過程具有較高的安全性，例：在加工大型或貴重結(jié)構(gòu)部件的時候，或在所需轉(zhuǎn)矩較小的情況下加工較大規(guī)格的螺紋，螺紋銑削都不失為常規(guī)螺紋加工方法的經(jīng)濟(jì)有效的替代方案。

因此，只有綜合運(yùn)用螺紋銑削技術(shù)，充分利用宏程序變量編程高效、經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，才會使螺紋銑削的應(yīng)用更加廣泛，才能夠充分發(fā)揮螺紋銑削加工的優(yōu)點(diǎn)。

［1］鄒金蘭.螺紋的宏程序銑削加工分析［J］.裝備制造技術(shù)，2010（2）：153-154.

［2］陳海舟.數(shù)控銑削加工宏程序及應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.