大連船用柴油機有限公司機械加工部

劉勝 張雄鷹 王培賀 李東

摘要：創新大直徑普通公制螺紋加工工藝方法，合理選配螺紋銑削加工的刀具，編制適用于螺紋銑削的數控加工程序，降低刀具成本，提高生產效率。

關鍵詞：大直徑公制螺紋 銑削 刀具 程序

1、引言

螺紋銑削作為一種采用數控機床加工螺紋的方法，借助數控機床的三軸聯動功能進行螺旋線插補，完成螺紋銑削工作。螺紋銑刀作為近年來快速發展的先進刀具，正越來越廣泛的被企業所接受，并表現出了卓越的加工性能，成為企業降低成本、提高效率，解決螺紋加工難題的利器。

低速柴油機曲柄銷軸承蓋的大直徑公制螺紋孔加工目前所采用的加工方式為鏜床加工底孔、搖臂鉆床攻絲的傳統方式，見圖1

2、現狀分析

2.1裝夾找正

由圖一可以看到，曲柄銷蓋的毛坯外形為圓弧形狀，裝夾存在欠定位，攻絲時軸向力較大，工件易產生軸向位移。搖臂鉆床在找瓦口水平正時需要反復拖表檢查，找正裝夾的操作過程較繁瑣。

2.2攻絲刀具

攻絲使用的絲錐為NORIS進口內容屑絲錐，單支價格在3萬元左右，正常加工情況下，刀具的使用壽命最高能加工六臺份曲柄銷蓋，如果材質硬度局部偏高，只能加工四臺份曲柄銷軸承蓋，刀具消耗量大，刀具成本居高不下。

2.3加工質量與加工效率

攻絲時，絲錐幾乎是被埋在工件中進行切削，絲錐沿著螺紋與工件接觸面積較大，隨著切削刃的不斷磨損，產生的負荷也不斷增大，絲錐極易崩牙折斷，造成絲錐不易取出、螺紋破壞甚至工件報廢等問題。另外，攻絲時工件產生的軸向位移，無法保證螺紋與瓦口面的垂直度，相關的質量問題也時有發生，嚴重影響了螺紋的加工精度，且傳統的鏜、攻加工方式需要消耗大量的吊裝、裝夾輔助時間和機床等待時間，加工效率低下。

3.解決方案

3.1加工方式與加工機床的確定

掘棄曲柄銷軸承蓋傳統的螺紋加工方式，根據螺紋銑削加工需機床必須具備螺旋線插補功能，同時結合工序簡化的原則，選擇在數控加工中心通過一次裝夾一道工序完成鏜螺紋底孔和螺紋的銑削加工。

3.2加工刀具的選擇：

根據專利公司圖紙技術要求和相關刀具廠家的推薦，在考慮不同機型不同材質的曲柄銷軸承蓋螺紋加工刀具的通用性、降低重復購買螺紋銑刀采購成本的前提下，根據MAN和WinGD兩大系列不同機型的曲柄銷軸承蓋螺紋直徑和深度，選擇了幾種不同廠家不同設計的螺紋銑削刀具。經相關人員選型試切比對，最終選擇德國NORIS螺紋銑刀。該銑刀安裝四片刀片，每片刀片正反兩面4個切削刃，最高切削速度能夠達到200m/min，加工刀片分螺距為1.5-3和螺距3-6兩種型號，涵蓋曲柄銷軸承蓋不同機型的不同螺距規格，不僅具有良好的通用性，加工效率高和性價比也很高。刀具如圖2所示

4、螺紋銑削方式比對和選擇

4.1 TURN G02/G03銑削方式

此加工方式為通過螺旋線插補與變量R結合使用，不使用刀具半徑補償，通過修改R參數賦值的方式加工，程序結構如下：

G54 G90 G17 G0 XO YO W0 Z300

Z50

M03 S1000 F300

R1=螺紋公稱直徑/2-刀具半徑/2

Z6

G01 X=R1

G02 X=-R1 Y0 Z-60 I=R1 J0 TURN=10

G01 X0 Y0

G0 Z500

M05

M02

此加工方式雖然可以利用R參數賦值編寫加工程序，但是在由內向外銑削螺紋時，刀具是以直線方式切入工件，起始點的螺旋角為零，切入工件的瞬間接觸面積較大，容易引起振動，形成崩刀紋，不僅影響螺紋的表面粗糙度,而且會加速刀具的磨損。

4.2 CYCLE90銑削方式

CYCLE90銑削方式是西門子840D數控系統自帶的循環模板，該加工方式采用刀具半徑補償通過調整刀具半徑加工螺紋成品。模板圖片如圖三所示

此模板具有可視化的優點，在相關參數設定后，加工程序自動生成，僅需修改刀具半徑即可加工螺紋成品，操作簡單，不易出錯，此加工方式在刀具切入工件時，自動以螺旋線方式切入，能夠減小切入工件時瞬間的徑向切削力，從而有效避免振動，提高刀具的耐用度和加工質量。

4.3 銑削方式的選擇

通過兩種方式的可操作性對比，最終確定采用CYCLE90銑削螺紋的方式。

5、參數解釋與程序編制

5.1 編程參數代碼

 CYCLE90 (RTP, RFP, SDIS, DP, DPR, DIATH, KDIAM, PIT, FFR, CDIR, TYPTH, CPA, CPO)

5.2 CYCLE90參數解釋，見表1

5.3 編寫加工程序

M06 T3

G54 G90 G0 X0 YO D1

W0 Z20

M13

M03 S600

MCALL CYCLE90(20，-60，0，6，0，90，84，6，600，3，0，0，0)；

X0 Y0

MCALL

G0 Z500

M05

M30

6、螺紋銑削質量的控制方法

6.1 螺紋表面粗糙度的控制

雖然銑削螺紋時可以選擇由內向外和由外向內兩種方式，但是由外向內銑削時，刀具在切削力的作用下是彎曲的，容易震顫產生微觀的崩刀紋，加工鋼件材質的時后特別明顯。而由內向外銑削時，刀具呈“拉桿”狀態，不會出現崩刀情況，從而能夠有效的保證螺紋的表面粗糙度，這一點在實際切削時已經經過驗證。

6.2 螺紋深度的控制

銑螺紋時，銑削動作在三個坐標軸上完成，會導致沿垂直軸方向的附加行程超出了編程的螺紋深度，所以如果圖紙中有嚴格的螺紋有效深度要求時，必須特別注意，根據西門子840D數控系統CYCLE90螺紋銑削提供的參考超程計算公式與我們實際切削驗證，在銑削內螺紋時，可以按以下方法計算超出的行程：

?z=P/4*（2*WR+RDIFF）/DIATH

?z    超出行程

p     螺紋螺距

WR    刀具半徑

DIATH 螺紋外直徑

RDIFF 返回圓的半徑差

RDIFF = DIATH/2 - WR

6.3不同直徑螺紋成品調整量的控制

選用的NORIS螺紋銑刀半徑為D26.3，在對M64X6螺紋孔的試切中，使用CYCLE90加工方式，理論上的成品數值就是刀具半徑R26.3mm，實際成品為R26.1 mm，調整量為0.2mm ,使用G2/G3 TURN加工方式為R1=64/2-26.3=5.7mm ，實際成品為R1=5.9mm,兩種加工方式的調整量相同；在對M90X6螺紋孔的試切中，用CYCLE90加工方式，理論上的成品數值就是刀具半徑R26.3mm，實際成品為R25.95mm，調整量為0.35mm ,使用G2/G3 TURN加工方式為R1=90/2-26.3=18.7mm ，實際成品為R1=19.05mm,兩種加工方式的調整量也同樣相同。統計數據見表2

?

    以上兩組數據顯示螺紋直徑增大了26mm,調整量增加了0.15mm,分析認為：螺紋直徑和調整量之間可能存在某種關聯或者是線性規律，為了驗證，用增加了的調整量除以增大的直徑即0.15mm/26mm≈0.0058mm，將得到的數值作為調整量系數α，隨后計算M72X6、M80X6、M85X6三種不同規格的螺紋加工成品調整量，用調整量系數α分別乘以α*（72-64）、α*（80-64）、α*（85-64）得到調整量分別為0.0464mm、0.0928mm、0.1218mm、再加上M64X6的調整量0.2mm,則M72X6、M80X6、M85X6螺紋調整量分別為0.2464mm、0.2928mm、0.3218mm，使用此方法計算不同直徑的螺紋加工調整量，經過實際切削后使用螺紋通止規檢測驗證，完全能夠保證螺紋的加工精度。

7. 加工效果

通過切削驗證，機床與刀具及銑削方式的選擇完全能夠滿足大直徑公制螺紋加工的技術要求，加工鑄鐵件曲柄銷軸承蓋（MAN機型）分粗、精加工兩刀成品，單孔加工時間9分鐘，加工鋼件曲柄銷軸承蓋（WinGD機型）分兩刀粗加工、半精和精加工四刀成品，單孔加工時間18分鐘，表面粗糙度可達到Ra1.6–Ra2.5。加工圖片見圖4

經濟效益：

以銑削方式替代傳統的鏜、攻方式加工曲柄銷軸承蓋大直徑螺紋孔，每臺機可降低刀具成本約5000元，能夠提高兩種材質的曲柄銷軸承蓋平均加工工時為8小時/每臺機，釋放吊裝輔助時間6小時/每臺機，能夠創造較高的經濟效益。

8、結束語

螺紋銑削方式可以實現不同直徑、不同旋向、不同螺距的螺紋加工，是一種高效可靠的加工方式，通過編制適用大直徑公制螺紋的數控加工程序，能夠大幅度降低刀具成本，提高生產效率。

參考文獻：

[1]西門子840D編程手冊.2013版. 德國西門子公司.

[2]機械工人手冊. 機械工業出版社 .

[3]數控加工中心螺紋加工方法分析與應用. 煤礦機械. 2018年12期. 王玉梅.

[4]數控加工中心銑削加工內螺紋技術與應用. 礦山機械2005年09期常家東. 鄒聆昊.

（來源：大連船用柴油機有限公司優秀論文）