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螺纹铣削的优点及其创新发展

来源:荣格国际金属加工商情 发布时间:2019-06-15 395
金属加工金属成型机床其他金属材料测量及控制系统模具及冲模表面处理金属切削机床 技术前沿
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加工内外螺纹用车削,小直径内螺纹用丝锥攻丝较为常见。 但是在此类情况下,刀具的刃齿会始终处在切削工作的状 态,因此持续负荷大,切削温度高,特别是加工内螺纹时,排 屑困难、散热条件差,温度更高,故刀具容易磨损、寿命较低, 由此也影响了螺纹的加工质量,限制了切削和进给的速度的提 高,生产效率必然也不会高。

图 1 内外螺纹铣削运动及刀具进给量计算

另外这些加工方法对零件的结构形状尺寸大小也有一定的 限制。如车内外螺纹时,希望被加工零件结构必须对称平衡才 能适应回转,攻丝的孔不能太大等等。有没有其他更好的加工 方法呢 ? 随着数控技术的应用,螺纹铣削运动得以实现,不但 使螺纹的加工质量提高,生产效率提高,而且适应被加工零件 形状尺寸的范围也扩大了许多。本文介绍螺纹铣削的运动,加 工特点,开发的新技术和新产品。

VARGUS 是一家世界著名专业的螺纹加工刀具的制造公司, 它以 VARDEX 为商标的一系列产品,涵盖了螺纹车削和铣削加工 的刀具以及孔与微孔有关表面加工用的多种精密刀具。

随着具有三轴联动螺旋插补功能数控机床的出现和普遍使 用,高效的铣削螺纹方法用得越来越广了。图 1 是内外螺纹的铣 削时的相对切削运动,这里刀具的自转是主切削运动,其切削速 度 V=ND2/1000。(N 刀具每分钟转数,D2 刀具直径)为切出螺 纹可通过 CNC 的控制系统,指令螺纹铣刀作平面圆弧插补和垂 直于该平面的进给,使之联动形成螺旋插补运动。整个加工循环 是:在加工内螺纹时,先使螺纹铣刀处于孔的中心(加工外螺纹 时处于螺纹外侧轴线平面上某一点),以后使之按一定角度运动 靠近螺纹加工面,之后进入加工点。如图 1 所示,由此点开始作 合成的螺旋插补运动 , 实现对螺纹的切削,这个合成运动持续转 过 360°后,正好轴向插补进给一个导程(螺距)。之后铣刀即 沿圆弧切出,回到原起始点位置,再退出,以备下次加工。

图 1 中所示常用的标准螺纹铣刀,除装一片刀片的,还可装有对称或错位装两片的、装三片的,甚至加装圆筒刀体装更 多数量刀片的。为了进一步提高加工效率还可采用多刃齿长刀 片,配合不同刀体,这样可同时切出多个螺纹(相当螺纹变短), 从而降低进给时间,缩短了螺纹生产周期,提高了生产效率。 VARGUS 公司称之为 MITM 类高效螺纹铣刀,几种常用高效螺 纹铣刀和其刀片如图 2。

图 2 高效螺纹铣刀

为了铣削深孔螺纹,可采用悬伸长的刀杆配装具有一个 或几个单刃齿的刀片所构成的螺纹铣刀。单刃齿的切削力小, 可减少悬伸长刀杆的桡曲,保证加工质量,VARGUS 称之为 TMSD 深孔螺纹铣刀(如图 3 所示)。

图 3 深孔螺纹铣刀

除了以上几种装刀片的螺纹铣刀外 , 还有一种整体式硬质 合金螺纹铣刀(TM Solid)它们也有许多种类:用于加工微小 孔和深孔螺纹时,刃齿数较少,用作一般螺孔加工时,刃齿较多。 排屑槽有直槽,有螺旋槽的,有从铣刀中孔供冷却液的,也有 从径向供冷却液的,功能也从单纯铣螺纹到兼有其他功能的。

其中超级 HTC 整体螺纹铣刀除了可完成螺纹加工外,还能 钻孔,切出空刀槽和倒角等,从而使工序得以集中,大大地节 省了加工时间,促进了生产效率。最近 VARGUS 公司又开发了 新型整体硬质合金螺纹钻铣刀 TMDR,它利用了螺旋铣孔方法 并结合一定的轴向插补进给,使钻孔和铣螺纹也一次完成。

进一步减少了工序,这个创新型的研发,可使加工内螺纹不 再必需要有预钻孔,钻孔铣螺纹同时进行,倒角则是在最后完成。 这个刀具当然也可以加工有预钻孔的,盲孔的和有半制成品孔的 螺纹。目前这种刀具,柄部尺寸有 8、10、12 三种。刀具中有孔 可供冷却液 , 它们的螺牙刃齿仅 2 个。第一个刃齿的前刃既作为 钻削的主刀刃,螺旋进给时加工出孔,这个刃齿又同时作为粗加 工螺纹用。用它切出部分牙形,后一个螺牙刃作精加工用,切出 全牙形。前刃齿还有导向作用,引导了后刃齿完成螺牙的全部加 工,两牙间距离是一个螺距。

螺纹铣削看起来运动复杂些,但据上述加工特点的解析, 可知优点还是非常多。可总结如下:

图 4 TMDR 新型螺纹钻铣刀及其加工顺序

1、大型工件,或是不对称难以回转工件上的螺纹,也可以 安装后一次完成加工,对被加工螺孔的直径尺寸没有限制,对螺 纹空刀槽要求不高,故适应被加工零件的范围广多了。

2、刀具的刃齿在加工过程中,不是一直切削被加工工件, 而是每转中各排刃齿,只是交替地切一段极小圆弧,故产生的 切削力小。切削热少,生成的切屑短,又由于排屑空间大,排屑易, 散热快,故刀具不易磨损寿命长。

3、既能适应各种较软材料加工,因为刃齿负荷小,也能胜 任高硬度材料加工、薄壁工件加工和断续表面的加工。

4、由于每个刃齿每次切削量少,刀具不易磨损,能较长期 的保持精确的牙形,再加上细碎的切屑易被冷却液冲出,不会 损伤已加工表面,故加工的精度和表面质量高。

5、切削速度进给速度可高,生产效率高 . 若再采用多齿长 刀片可减少轴向进给距离,相当缩短被加工螺纹,可进一步提 高了效率。

6、不管螺纹铣刀是左旋还是右旋,因为可以自由配合机床 的不同转向和进给方向,所以各种工件上的内、外、左、右螺 纹可使用相同刀具加工,这样刀具的库存量可以减少。

7、采用可转位刀片时,刀具磨损或需加工不同材料,不同 结构的工件时,刀片只要简单更换一下即可。

当然螺纹铣削作为一种先进的加工技术,采用时用户须具 有 3 轴联动的数控机床,作为刀具本身螺纹铣刀比一般车刀螺 纹和丝锥贵,但用在批量加工和特殊零件加工时成本就会下降, 甚至比车削,攻丝更低。

另外,虽然过去螺纹铣削编程较复杂,但最近 VARGUS 研发的 TM Gen 编程软件,由于可用多种语言,操作者只需输 入螺纹的技术参数和条件,软件可自动引导选择刀具,生成螺 旋插补的 CNC 程序 , 从而变得非常方便。随着这些困难问题的 解决,就为进一步扩大螺纹铣削的使用创造了条件。

 

 

 

□ 章宗城,尚亚国际贸易公司

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