图文详解数控铣床加工螺纹方法及编程

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图文详解数控铣床加工螺纹方法及编程

目前应用数控铣床进行螺纹加工已经成为非常重要和广泛使用的螺纹加工手段，基于此介绍了在数控铣床上攻丝和铣削加工螺纹的方法，
分析了攻丝和铣削加工螺纹的特点、适用范围，加工刀具、工艺参数的选择及其编程技巧、编程加工的实现。

螺纹的加工方法多种多样，传统的螺纹加工方法主要为采用螺纹车刀车削螺纹或采用丝锥、板牙手工攻丝及套扣。随着数控加工技术的发展，尤其是三轴联动数控加工系统的出现，应用数控铣床对螺纹进行加工已经成为非常重要和使用广泛的方法与手段，而在数控铣床上加工螺纹，主要采用攻丝和用单刃螺纹铣刀铣削或用螺纹梳刀铣削等方法。以下对攻丝和应用单刃螺纹铣刀铣削加工螺纹的方法进行介绍和分析。

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一攻丝加工

攻丝加工的方法
攻丝加工是利用丝锥进行螺纹加工，其加工过程和传统方法相同，在加工进给和退出时要保证丝锥转一转在进给方向进给一个螺距，属于成型刀具加工，刚性攻丝，其加工过程都是由数控铣床自动控制，生产效率和质量得到了提高，程序编制简单方便。

攻丝属于比较困难的加工工序，因为丝锥几乎是被埋在工件中进行切削，其每齿的加工负荷比其它刀具都要大，并且丝锥沿着螺纹与工件接触面非常大，切削螺纹时它必须容纳并排除切屑，所以一般只有小直径、小螺距的螺纹采用攻丝加工的方法。一般情况下M6—M16、螺距小于2mm的精度不高的内螺纹较适合在数控铣床上采用攻丝加工。

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攻丝加工的程序编制

攻丝加工的编程指令为G84攻丝循环指令，其格式为：G84X__Y__Z__R__F__

其中X、Y为螺纹孔中心的坐标，Z为螺纹孔底深度的坐标，R为参考点平面的位置，F为进给速度，其值为主轴转速和螺距乘积。G84攻丝循环指令的加工动作过程为：
（1）位，丝锥快速运行至工件安全平面；
（2）位，丝锥快速移动到参考点平面；
（3）位，攻丝加工至孔深尺寸；
（4）位，在孔底主轴反转；
（5）位，退出到参考点平面，准备加工下一孔，或快速退至工件安全平面。

如图1所示零件，加工M10粗牙内螺纹，工件材料为LY12铝合金，螺纹深度10mm，螺距为1．5mm，选择主轴转速100r/min，进给速度150mm/min，Φ8．5mm螺纹底孔已加工完成，以工件上表面中心为工件原点，程序如下：

01

G54G90G00Z60；
M03S100；X－30Y0；

G99G84X－30Y0Z－13R5F150G98X30M05；
M30；

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二铣削加工

螺纹铣削的方法
其加工方法是利用数控铣床螺旋线插补功能进行铣削，在XY轴进行圆弧插补的同时，Z轴进行直线插补进给。采用单刃螺纹铣刀铣削螺纹时，其走刀轨迹为螺旋线，主轴转速和进给量与螺纹的螺距无关，这与一般螺纹加工中保证进给量与转速的对应关系有着本质区别，其加工的速度和进给量可以进行实时的调控，以达到最佳的切削效果和加工质量。

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三螺纹铣削的特点
对于采用数控铣削方式加工螺纹，它的特点就是用同一把刀具可以加工具有不同螺距、不同直径、左旋和右旋不同的螺纹，在加工中可以通过修改刀具半径补偿值来调整每次
进刀深度，进行多次切削，以实现粗、精加工分开，达到螺纹加工的尺寸和质量，尤其对于大直径中小螺距的螺纹孔，此方法具有更大的优越性。

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，对于不允许有过渡扣或退刀槽结构的螺纹，采用传统的车削方法或丝锥、板牙很难加工，但采用数控铣削却十分容易实现。另外，螺纹铣刀的耐用度是丝锥的十多倍甚至数十倍，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，这是采用丝锥、板牙难以做到的。

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螺纹铣削的程序编制

如图2所示零件，加工M42X1．5－7H深24mm的螺纹，工件材料为45#钢调质，硬度为HRC24～28，刀具采用可换刀片的?25mm单刃螺纹铣刀，如图3所示，其螺纹加工的关键是螺纹加工进给方向和切削用量的选择

以FANUC0iMate－MC数控系统为例，其螺旋线插补功能由G02/G03指令实现，编程格式为：
G02/G03X__Y__I__J__Z__F__；
程序中G02代表沿顺时针方向螺旋线插补；G03代表沿逆时针方向螺旋线插补；X__Y__Z__代表螺旋线插补的终点坐标；I__J__代表螺旋线的轴心坐标相对于螺旋线起点坐标在X、Y方向对应的坐标增量，一条指令一次实现一个整圆的螺旋线插补［1］。

在实际加工中，若要实现多圈的螺旋线插补则可通过子程序或宏程序来编程，选择从上向下铣削或从下向上铣削都可以完成螺纹的加工，为了采用顺铣的方式，右旋螺纹要从下向上铣，如图4所示，1表示进给方向，2表示螺旋线插补方向，3表示主轴旋转方向，这样有利于排屑，可以预防切屑的堆积和减小刀具磨损，保证加工质量。

切削参数可选V=70m/min，单齿进给量0．035mm/r，主轴旋转速度n=900r/min，进给速度F=32mm/min，铣削深度通过修改刀具半径值D01分三次逐步达到，可先设定为12．9mm，再设为12．6mm，最后设为12．5mm，加工完后使用螺纹塞规检测其是否到尺寸。

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（1）用子程序编程加工螺纹
以增量方式把螺纹加工插补一圈的过程编写为子程序，然后进行若干次调用，实现整个螺纹的加工，此程序需调用子程序16次，程序如下：
主程序
01
G54G90G00G40Z60．0；M03S900；X0Y0；Z10．0；
G01Z－29．0F200；
G41G01X21．0Y0D01F32；M98P160002；G90G40G01X0Y0；Z10．0F300；G00Z60．0；M05；M30；
子程序
02
G91G03I－21．0Z1．5；
M98；

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（2）用宏程序编程加工螺纹
用宏程序变量编程和循环功能可实现螺旋线终点坐标的自动变化和螺纹加工的连续性进行，程序中只需设定一个变量#1，其初始赋值为1．5mm，即螺距大小，因为每进行一整圈螺旋线插补后其终点Z坐标变化一个螺距，只要根据螺旋线起点坐标和加工圈数即可求得实际终点的Z坐标值，而利用宏程序循环功能可实现螺旋线插补的自动进行，从而实现螺纹的整体加工，程序如下：
03
G54G90G00G40Z60．0；
M03S900；X0Y0；Z10．0；

G01Z－29．0F200；
G41G01X21．0Y0D01F32；#1=1．5；
N10G03I－21．0Z［－29．0+#1］；
#1=#1+1．5；
IF［#1LE24．0］G0T010；
G40G01X0Y0；Z10．0F300；
G00Z60．0；
M05
M30
由于在数控铣床上采用攻丝和铣削方式加工螺纹有着显著的特点和诸多的优势以及广泛的适用范围，目前一些类型的螺纹生产已较广泛地采用了数控铣床加工和铣削工艺。