一、单刃螺纹铣刀螺纹铣削的加工
(1)螺纹铣削原理
采用的螺纹铣刀,刀刃与被加工螺纹齿形相同,刀具每在水平平面运动一周,则垂直平面直线移动一个P (导程),重复此加工过程即可完成螺纹的加工。在实际加工中,在主轴的带动下,螺纹铣刀作螺旋铣削加工,每螺旋铣削一周,刀具Z轴方向移动一个下刀高度(导程)。
图1 螺纹铣削原理示意图
(2)螺纹铣刀
随着刀具制造业的发展,以及刀具材料、工艺的广泛应用,螺纹铣刀由原来的高速钢、硬质合金整体式铣刀,发展到带涂层的、可更换刀片的机夹式铣刀,目前,使用最广泛的包括:单刃可转位螺纹铣刀,多刃可更换刀片螺纹铣刀以及多刃多头螺纹铣刀
图 2 单刃可转位螺纹铣刀
1) 单刃可转位螺纹铣刀:如图2所示,螺纹铣刀螺距不固定,可加工任意螺距的螺纹。其结构像内螺纹车刀,他的优势在于:刀片与螺纹车刀可通用,每次加工时只需要一个螺纹加工齿,磨损后可更换其余两齿使用,从而使成本降低,而且其规格齐全,价格低廉,容易购买;劣势在于:加工效率较低,不适合大批量生产。
2) 多刃可更换刀片螺纹铣刀:如图3 所示,定螺距螺纹铣刀,刀片上刀齿间距固定,仅能加工与之对应螺距的螺纹。加工时,刀具上所有的刀齿均参与切削,效率较高,若其中一个加工齿磨损或损坏,将影响与之对应的那段螺纹的加工质量。他的优势在于:刀片更换方便,加工效率高,适宜大批量生产;劣势在于:通用性差,只能加工特定螺距的螺纹,使用成本较高。
图3 多刃可更换刀片螺纹铣刀
3) 多刃多头螺纹铣刀:如图4所示,定螺距螺纹铣刀,和多刃可更换刀片螺纹铣刀一样,刀片上刀齿间距是固定的,只能加工与之对应螺距的螺纹。优势在于:为整体制造,且具有多排多齿螺旋切削刃, 在加工时,切削更平稳,效率更高,可实现大批量螺纹的高速加工;劣势在于:只能加工特定螺距的螺纹,刀具价格昂贵,使用成本非常高。
图4 多刃多头螺纹铣刀
在实际生产中,除特殊行业有大批量进行螺纹铣削需要外,绝大多数中、小企业对螺纹的铣削都是单件和小批量生产,因此,出于生产成本及通用性考虑,本文仅以单刃螺纹铣刀铣削螺纹展开讨论。
(3)单刃螺纹铣刀的加工优点
1) 刀具通用性好
一把刀具可加工与刀具相同齿形的任意直径的内、外螺纹,且没有旋向限制。省去了加工不同螺距螺纹、需使用大量不同螺距螺纹铣刀的麻烦,减少了加工中刀具的使用。
2) 加工精度高
采用单刃螺纹铣刀铣削螺纹,可获得较小的表面粗糙度,通过刀具半径补偿和修改程序来控制螺纹加工精度,可加工出任意中径公差的螺纹。
3) 加工效率高
螺纹铣刀大多使用硬质合金制造,能采用较高的切削速度和进给率,且切削力小,效率高。
4) 可加工至整个螺纹深度
在加工盲孔螺纹时,铣螺纹可将螺纹加工至孔底部,加工出整个螺纹深度,无螺纹导向锥。
二、单刃螺纹铣刀铣削螺纹的编程
(1)编程的方法
根据螺纹的结构和形成原理,分析可知,只要保证螺纹铣刀在作整圆铣削的过程中,每圈Z向进给的距离固定不变(螺距),且每次都从一个固定的Z 点进刀,就可以加工出所需的螺距的螺纹。
(2)普通螺纹计算公式:
中径d2=d-0.649 5 t;
内径d1=d-1.082 5 t;
理论高度H=0.866 0 t;
工作高度h=0.541 3 t;
圆角半径r=H/6=0.144 3 t;
内螺纹的螺纹底孔直径为:公称直径-1.3P;
内螺纹单边加工余量为:0.65P。
以上:P——导程;
t——螺距。
(3)程序编制
以在FANUC- 0i数控系统数控铣设备上,用 20 mm的单线螺纹刀加工M43×1.5-7H的非标螺纹,深度为30 mm 的内螺纹为例,程序编写如下:(外螺纹加工程序,只需改动进退刀点和子程序中的圆弧铣削方向指令即可)
1) 简单编程
程序编写的思路,就是将一个下刀高度作为螺旋线高度编成一个子程序,通过用户参数设置G10指令[3]改变刀具半径补偿值,重复调用螺旋加工子程序,实现自动加工。
经实际加工验证,采用单刃螺纹铣刀和上述加工程序进行螺纹加工时,程序运行时间短,只需8分钟;表面质量好,表面粗糙度可达Ra1.6;螺纹中径控制精确、一致性好,连续加工4个螺纹孔,螺纹中径均无变化;刀具耐用度高,连续加工4个螺纹孔后,刀具无任何磨损痕迹,并且不需要到专业厂家定制非标专用丝锥,大大降低了购置专用刀具的成本。
实际生产中,在满足使用要求和加工精度的前题条件下,尽可能采用单刃螺纹铣削加工方式加工螺纹,可扩大数控设备的加工范围,减少生产投入,提高零件加工效率,且具有加工精度高、并对大直径及非标准螺纹的加工非常方便等诸多优势,因以,在加工中心、数控铣螺纹加工中采用单刃螺纹加工方式有非常重要的意义。