大连船用柴油机有限公司机械加工部

刘胜 张雄鹰 王培贺 李东

摘要：创新大直径普通公制螺纹加工工艺方法，合理选配螺纹铣削加工的刀具，编制适用于螺纹铣削的数控加工程序，降低刀具成本，提高生产效率。

关键词：大直径公制螺纹 铣削 刀具 程序

1、引言

螺纹铣削作为一种采用数控机床加工螺纹的方法，借助数控机床的三轴联动功能进行螺旋线插补，完成螺纹铣削工作。螺纹铣刀作为近年来快速发展的先进刀具，正越来越广泛的被企业所接受，并表现出了卓越的加工性能，成为企业降低成本、提高效率，解决螺纹加工难题的利器。

低速柴油机曲柄销轴承盖的大直径公制螺纹孔加工目前所采用的加工方式为镗床加工底孔、摇臂钻床攻丝的传统方式，见图1

2、现状分析

2.1装夹找正

由图一可以看到，曲柄销盖的毛坯外形为圆弧形状，装夹存在欠定位，攻丝时轴向力较大，工件易产生轴向位移。摇臂钻床在找瓦口水平正时需要反复拖表检查，找正装夹的操作过程较繁琐。

2.2攻丝刀具

攻丝使用的丝锥为NORIS进口内容屑丝锥，单支价格在3万元左右，正常加工情况下，刀具的使用寿命最高能加工六台份曲柄销盖，如果材质硬度局部偏高，只能加工四台份曲柄销轴承盖，刀具消耗量大，刀具成本居高不下。

2.3加工质量与加工效率

攻丝时，丝锥几乎是被埋在工件中进行切削，丝锥沿着螺纹与工件接触面积较大，随着切削刃的不断磨损，产生的负荷也不断增大，丝锥极易崩牙折断，造成丝锥不易取出、螺纹破坏甚至工件报废等问题。另外，攻丝时工件产生的轴向位移，无法保证螺纹与瓦口面的垂直度，相关的质量问题也时有发生，严重影响了螺纹的加工精度，且传统的镗、攻加工方式需要消耗大量的吊装、装夹辅助时间和机床等待时间，加工效率低下。

3.解决方案

3.1加工方式与加工机床的确定

掘弃曲柄销轴承盖传统的螺纹加工方式，根据螺纹铣削加工需机床必须具备螺旋线插补功能，同时结合工序简化的原则，选择在数控加工中心通过一次装夹一道工序完成镗螺纹底孔和螺纹的铣削加工。

3.2加工刀具的选择：

根据专利公司图纸技术要求和相关刀具厂家的推荐，在考虑不同机型不同材质的曲柄销轴承盖螺纹加工刀具的通用性、降低重复购买螺纹铣刀采购成本的前提下，根据MAN和WinGD两大系列不同机型的曲柄销轴承盖螺纹直径和深度，选择了几种不同厂家不同设计的螺纹铣削刀具。经相关人员选型试切比对，最终选择德国NORIS螺纹铣刀。该铣刀安装四片刀片，每片刀片正反两面4个切削刃，最高切削速度能够达到200m/min，加工刀片分螺距为1.5-3和螺距3-6两种型号，涵盖曲柄销轴承盖不同机型的不同螺距规格，不仅具有良好的通用性，加工效率高和性价比也很高。刀具如图2所示

4、螺纹铣削方式比对和选择

4.1 TURN G02/G03铣削方式

此加工方式为通过螺旋线插补与变量R结合使用，不使用刀具半径补偿，通过修改R参数赋值的方式加工，程序结构如下：

G54 G90 G17 G0 XO YO W0 Z300

Z50

M03 S1000 F300

R1=螺纹公称直径/2-刀具半径/2

Z6

G01 X=R1

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

G01 X0 Y0

G0 Z500

M05

M02

此加工方式虽然可以利用R参数赋值编写加工程序，但是在由内向外铣削螺纹时，刀具是以直线方式切入工件，起始点的螺旋角为零，切入工件的瞬间接触面积较大，容易引起振动，形成崩刀纹，不仅影响螺纹的表面粗糙度,而且会加速刀具的磨损。

4.2 CYCLE90铣削方式

CYCLE90铣削方式是西门子840D数控系统自带的循环模板，该加工方式采用刀具半径补偿通过调整刀具半径加工螺纹成品。模板图片如图三所示

此模板具有可视化的优点，在相关参数设定后，加工程序自动生成，仅需修改刀具半径即可加工螺纹成品，操作简单，不易出错，此加工方式在刀具切入工件时，自动以螺旋线方式切入，能够减小切入工件时瞬间的径向切削力，从而有效避免振动，提高刀具的耐用度和加工质量。

4.3 铣削方式的选择

通过两种方式的可操作性对比，最终确定采用CYCLE90铣削螺纹的方式。

5、参数解释与程序编制

5.1 编程参数代码

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

5.2 CYCLE90参数解释，见表1

5.3 编写加工程序

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、螺纹铣削质量的控制方法

6.1 螺纹表面粗糙度的控制

虽然铣削螺纹时可以选择由内向外和由外向内两种方式，但是由外向内铣削时，刀具在切削力的作用下是弯曲的，容易震颤产生微观的崩刀纹，加工钢件材质的时后特别明显。而由内向外铣削时，刀具呈“拉杆”状态，不会出现崩刀情况，从而能够有效的保证螺纹的表面粗糙度，这一点在实际切削时已经经过验证。

6.2 螺纹深度的控制

铣螺纹时，铣削动作在三个坐标轴上完成，会导致沿垂直轴方向的附加行程超出了编程的螺纹深度，所以如果图纸中有严格的螺纹有效深度要求时，必须特别注意，根据西门子840D数控系统CYCLE90螺纹铣削提供的参考超程计算公式与我们实际切削验证，在铣削内螺纹时，可以按以下方法计算超出的行程：

∆z=P/4*（2*WR+RDIFF）/DIATH

∆z    超出行程

p     螺纹螺距

WR    刀具半径

DIATH 螺纹外直径

RDIFF 返回圆的半径差

RDIFF = DIATH/2 - WR

6.3不同直径螺纹成品调整量的控制

选用的NORIS螺纹铣刀半径为D26.3，在对M64X6螺纹孔的试切中，使用CYCLE90加工方式，理论上的成品数值就是刀具半径R26.3mm，实际成品为R26.1 mm，调整量为0.2mm ,使用G2/G3 TURN加工方式为R1=64/2-26.3=5.7mm ，实际成品为R1=5.9mm,两种加工方式的调整量相同；在对M90X6螺纹孔的试切中，用CYCLE90加工方式，理论上的成品数值就是刀具半径R26.3mm，实际成品为R25.95mm，调整量为0.35mm ,使用G2/G3 TURN加工方式为R1=90/2-26.3=18.7mm ，实际成品为R1=19.05mm,两种加工方式的调整量也同样相同。统计数据见表2

​

    以上两组数据显示螺纹直径增大了26mm,调整量增加了0.15mm,分析认为：螺纹直径和调整量之间可能存在某种关联或者是线性规律，为了验证，用增加了的调整量除以增大的直径即0.15mm/26mm≈0.0058mm，将得到的数值作为调整量系数α，随后计算M72X6、M80X6、M85X6三种不同规格的螺纹加工成品调整量，用调整量系数α分别乘以α*（72-64）、α*（80-64）、α*（85-64）得到调整量分别为0.0464mm、0.0928mm、0.1218mm、再加上M64X6的调整量0.2mm,则M72X6、M80X6、M85X6螺纹调整量分别为0.2464mm、0.2928mm、0.3218mm，使用此方法计算不同直径的螺纹加工调整量，经过实际切削后使用螺纹通止规检测验证，完全能够保证螺纹的加工精度。

7. 加工效果

通过切削验证，机床与刀具及铣削方式的选择完全能够满足大直径公制螺纹加工的技术要求，加工铸铁件曲柄销轴承盖（MAN机型）分粗、精加工两刀成品，单孔加工时间9分钟，加工钢件曲柄销轴承盖（WinGD机型）分两刀粗加工、半精和精加工四刀成品，单孔加工时间18分钟，表面粗糙度可达到Ra1.6–Ra2.5。加工图片见图4

经济效益：

以铣削方式替代传统的镗、攻方式加工曲柄销轴承盖大直径螺纹孔，每台机可降低刀具成本约5000元，能够提高两种材质的曲柄销轴承盖平均加工工时为8小时/每台机，释放吊装辅助时间6小时/每台机，能够创造较高的经济效益。

8、结束语

螺纹铣削方式可以实现不同直径、不同旋向、不同螺距的螺纹加工，是一种高效可靠的加工方式，通过编制适用大直径公制螺纹的数控加工程序，能够大幅度降低刀具成本，提高生产效率。

参考文献：

[1]西门子840D编程手册.2013版. 德国西门子公司.

[2]机械工人手册. 机械工业出版社 .

[3]数控加工中心螺纹加工方法分析与应用. 煤矿机械. 2018年12期. 王玉梅.

[4]数控加工中心铣削加工内螺纹技术与应用. 矿山机械2005年09期常家东. 邹聆昊.

（来源：大连船用柴油机有限公司优秀论文）