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摘要：本文介绍了在加工中心上用铣削的方法加工内圆锥螺纹的加工原理、工艺条件和程序设计。
关键词：加工中心 铣削螺纹 宏程序
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-105-01
随着数控技术的发展， 螺纹加工从攻丝向铣螺纹方向发展。铣螺纹有着攻丝不可比拟的优点：螺纹精度和表面粗糙度明显优于攻丝，加工范围广，一把刀可以加工不同规格的螺纹，节省了昂贵的专用刀具费用等。我公司生产的井口油管头体积较大，两侧面有2个1.5LP管线管螺纹需要加工（图1），螺纹牙型图（图2）。原工艺设计了专用丝锥，采用攻丝的方法加工，加工中无论是机攻还是用加長了的套管手攻，均无法加工出符合要求的内圆锥螺纹。分析主要是由于1.5LP丝锥是全成形刀具，在最后攻丝阶段整个丝锥的切削刃都要参加切削，且螺纹直径较大，所需的切削力矩很大，所以丝锥在切入工件的过程中，抗力越来越大，最终导至崩牙、乱扣、断丝锥。为此，加工工艺改进为在加工中心上用铣螺纹的方法加工。
一、加工原理和工艺条件
（一）间断铣削的成形方法.普通内螺纹铣削的方法是采用高速旋转（自转）的螺纹成形铣刀，沿着螺旋轨迹（公转及轴向螺距移动）进行铣削，铣出螺旋槽来。对于圆锥螺纹的铣削，刀具是沿着圆锥螺旋轨迹进行的。它除了应具有象圆柱螺旋轨迹的自转、公转和轴向螺距进给外，还要使铣刀中心与螺孔中心的距离（公转半径）随着轴向移动而产生线性变化，从而形成锥度。（二）圆锥螺旋轨迹的拟合。我厂加工中心采用的是FANUC数控系统。根据数控编程中轨迹拟合原理，可将一扣圆锥螺旋轨迹等分成若干小段，并按锥度计算出每小段上直径变化值。分段越多，该值也越小。当分割增加到使该值小到某一数值时，这一段圆锥螺旋与圆柱螺旋相差甚微，因此这时可近似地用圆柱螺旋来替换圆锥螺旋，同时再将相邻段的直径按锥度变化选取，这样一扣圆锥螺旋可由一组若干段衔接的按锥度变化的圆柱螺旋轨迹近似地组成。每扣都照此处理，即可用圆柱螺旋轨迹拟合成圆锥螺旋，分段越多，拟合精度也越高（三） 螺纹底孔的加工 。圆锥螺纹的锥度是指轴向两点之直径差与轴向长度之比。由于内孔有锥度1：16，并且内孔的尺寸也直接影响螺纹的质量，1.5LP锥螺纹内孔钻孔后用镗刀镗孔，内锥孔用锥铰刀铰成。（四） 锥螺纹的切削路径分析。 从螺纹端部向螺纹底部。此方式适用于排屑条件好的通孔，其切削路径是快速定位到螺纹孔中心，快进到工件端面Z0处，工进到端面处螺纹大径，沿锥螺旋线加工到孔深，快退到孔中心，快退回到返回平面。五）刀具和加工参数。铣刀直径dk=23.85mm，刀片刀尖角60°，刀片数3个，刀片材料P25，切削用量：机床（主轴转速n=1000r/min，刀片切速v=3.14×23.85×1000/1000=74.89m/min，每齿进给量：选为0.03mm，每分钟进给量F=0.03×3×1000=90mm/min，
二、 编制铣1.5LP管线管螺纹程序
（一）螺纹参数计算
1.5LP管线管螺纹尺寸 单位：（mm）
端面处螺纹中径 D2=46.29+8.74/16=46.836mm；端面处螺纹大径
D=D2+1.68=48.516mm螺纹单边斜度
a=arctg（1/32）=1.79度 螺距 P=25.4/11.5=2.209mm螺纹深度
Z=26.04+8.88=34.92 mm螺纹铣刀半径
dk/2=11.925 mm（二）使用FANUC 0i-b数控系统编程
1.主程序O0101
S1000 M03；G54 G90 G00 X0 Y0 Z30；G65 P8101 A1.79 B0 D48.516 Q2.209 R11.925 X0 Y0 Z-34.92 F90；M30
2.自变量赋值说明
#1=A （ 螺纹斜度角） #2=B （螺纹顶面Z坐标）
#7=D （螺纹起点直径）
#9=F （进给速度） #17=Q （ 螺距） #18=R （螺纹铣刀半径）
#24=X （螺纹中心X坐标值） #25=Y （螺纹中心Y坐标值）
#26=Z （螺纹深度Z坐标 ）
3.子程序（宏程序）O8101
G52 X#24 Y#25
（在螺纹中心（X，Y）建立局部坐标系）；#3=#7/2-#18
（起始点刀尖回转半径）；#4=TAN[#1]
（锥度角正切值）；#5=#17*#4
（一个螺距所对应的半径变化量）；#6=#3+#26*#4
（螺纹底部小端半径）；G00 X#3 Y0
（快速移动到起始点的上方）；Z[#2+1]
（快速下降到Z#2面以上1处）；G01 Z#2 F#9
（走刀进给到Z#2面） WHILE[#3GT#6] DO 1
（如果#3﹥#6，循环1继续）G91 G02 X-#5 I-#3 Z-#17 F#9
（G02螺纹至下一层，轨迹为圆锥插补）#3=#3-#5
（刀尖回转半径依次递减#5 ） END 1
（循环1结束，此时#3=#6）G90 G01 X0 Y0
（回到中心）G00 Z200 （快速移动到Z200）G52 X0 Y0
（恢复G54原点）M99 （程序结束返回）
三、螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式的比较
通过对上述工件的1.5LP圆锥内螺纹数控铣削加工分析，可以总结出螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比所具有的优点： （一）在加工精度、效率方面有较大提高。 （二）加工时不受螺纹旋向的限制，螺纹铣刀可加工不同旋向的内螺纹。（三）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。 （四）加工时不受螺纹公称尺寸的限制，一把螺纹铣刀可加工多种不同公称尺寸的内螺纹。 （五）铣削螺纹时有足够的排屑空间，螺纹铣刀的耐用度是丝锥的5～8倍。
四、结束语
本文对加工内圆锥螺纹的加工原理、工艺条件和程序设计进行了详细分析， 建立了铣削内锥螺纹的加工过程参数化的主程序和子程序， 对于不同类型的螺纹，只需修改程序中的参数即可，为圆锥内螺纹的数控铣削提供了一种编程思路和加工方法。
参考文献：
[1] 张思弟.贺曙新.数控编程加工技术.北京：化学工业出版社2005.
[2] 兵器工业企业管理协会.套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验.北京：兵器工业出版社，2008.
关键词：加工中心 铣削螺纹 宏程序
中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-105-01
随着数控技术的发展， 螺纹加工从攻丝向铣螺纹方向发展。铣螺纹有着攻丝不可比拟的优点：螺纹精度和表面粗糙度明显优于攻丝，加工范围广，一把刀可以加工不同规格的螺纹，节省了昂贵的专用刀具费用等。我公司生产的井口油管头体积较大，两侧面有2个1.5LP管线管螺纹需要加工（图1），螺纹牙型图（图2）。原工艺设计了专用丝锥，采用攻丝的方法加工，加工中无论是机攻还是用加長了的套管手攻，均无法加工出符合要求的内圆锥螺纹。分析主要是由于1.5LP丝锥是全成形刀具，在最后攻丝阶段整个丝锥的切削刃都要参加切削，且螺纹直径较大，所需的切削力矩很大，所以丝锥在切入工件的过程中，抗力越来越大，最终导至崩牙、乱扣、断丝锥。为此，加工工艺改进为在加工中心上用铣螺纹的方法加工。
一、加工原理和工艺条件
（一）间断铣削的成形方法.普通内螺纹铣削的方法是采用高速旋转（自转）的螺纹成形铣刀，沿着螺旋轨迹（公转及轴向螺距移动）进行铣削，铣出螺旋槽来。对于圆锥螺纹的铣削，刀具是沿着圆锥螺旋轨迹进行的。它除了应具有象圆柱螺旋轨迹的自转、公转和轴向螺距进给外，还要使铣刀中心与螺孔中心的距离（公转半径）随着轴向移动而产生线性变化，从而形成锥度。（二）圆锥螺旋轨迹的拟合。我厂加工中心采用的是FANUC数控系统。根据数控编程中轨迹拟合原理，可将一扣圆锥螺旋轨迹等分成若干小段，并按锥度计算出每小段上直径变化值。分段越多，该值也越小。当分割增加到使该值小到某一数值时，这一段圆锥螺旋与圆柱螺旋相差甚微，因此这时可近似地用圆柱螺旋来替换圆锥螺旋，同时再将相邻段的直径按锥度变化选取，这样一扣圆锥螺旋可由一组若干段衔接的按锥度变化的圆柱螺旋轨迹近似地组成。每扣都照此处理，即可用圆柱螺旋轨迹拟合成圆锥螺旋，分段越多，拟合精度也越高（三） 螺纹底孔的加工 。圆锥螺纹的锥度是指轴向两点之直径差与轴向长度之比。由于内孔有锥度1：16，并且内孔的尺寸也直接影响螺纹的质量，1.5LP锥螺纹内孔钻孔后用镗刀镗孔，内锥孔用锥铰刀铰成。（四） 锥螺纹的切削路径分析。 从螺纹端部向螺纹底部。此方式适用于排屑条件好的通孔，其切削路径是快速定位到螺纹孔中心，快进到工件端面Z0处，工进到端面处螺纹大径，沿锥螺旋线加工到孔深，快退到孔中心，快退回到返回平面。五）刀具和加工参数。铣刀直径dk=23.85mm，刀片刀尖角60°，刀片数3个，刀片材料P25，切削用量：机床（主轴转速n=1000r/min，刀片切速v=3.14×23.85×1000/1000=74.89m/min，每齿进给量：选为0.03mm，每分钟进给量F=0.03×3×1000=90mm/min，
二、 编制铣1.5LP管线管螺纹程序
（一）螺纹参数计算
1.5LP管线管螺纹尺寸 单位：（mm）
端面处螺纹中径 D2=46.29+8.74/16=46.836mm；端面处螺纹大径
D=D2+1.68=48.516mm螺纹单边斜度
a=arctg（1/32）=1.79度 螺距 P=25.4/11.5=2.209mm螺纹深度
Z=26.04+8.88=34.92 mm螺纹铣刀半径
dk/2=11.925 mm（二）使用FANUC 0i-b数控系统编程
1.主程序O0101
S1000 M03；G54 G90 G00 X0 Y0 Z30；G65 P8101 A1.79 B0 D48.516 Q2.209 R11.925 X0 Y0 Z-34.92 F90；M30
2.自变量赋值说明
#1=A （ 螺纹斜度角） #2=B （螺纹顶面Z坐标）
#7=D （螺纹起点直径）
#9=F （进给速度） #17=Q （ 螺距） #18=R （螺纹铣刀半径）
#24=X （螺纹中心X坐标值） #25=Y （螺纹中心Y坐标值）
#26=Z （螺纹深度Z坐标 ）
3.子程序（宏程序）O8101
G52 X#24 Y#25
（在螺纹中心（X，Y）建立局部坐标系）；#3=#7/2-#18
（起始点刀尖回转半径）；#4=TAN[#1]
（锥度角正切值）；#5=#17*#4
（一个螺距所对应的半径变化量）；#6=#3+#26*#4
（螺纹底部小端半径）；G00 X#3 Y0
（快速移动到起始点的上方）；Z[#2+1]
（快速下降到Z#2面以上1处）；G01 Z#2 F#9
（走刀进给到Z#2面） WHILE[#3GT#6] DO 1
（如果#3﹥#6，循环1继续）G91 G02 X-#5 I-#3 Z-#17 F#9
（G02螺纹至下一层，轨迹为圆锥插补）#3=#3-#5
（刀尖回转半径依次递减#5 ） END 1
（循环1结束，此时#3=#6）G90 G01 X0 Y0
（回到中心）G00 Z200 （快速移动到Z200）G52 X0 Y0
（恢复G54原点）M99 （程序结束返回）
三、螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式的比较
通过对上述工件的1.5LP圆锥内螺纹数控铣削加工分析，可以总结出螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比所具有的优点： （一）在加工精度、效率方面有较大提高。 （二）加工时不受螺纹旋向的限制，螺纹铣刀可加工不同旋向的内螺纹。（三）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。 （四）加工时不受螺纹公称尺寸的限制，一把螺纹铣刀可加工多种不同公称尺寸的内螺纹。 （五）铣削螺纹时有足够的排屑空间，螺纹铣刀的耐用度是丝锥的5～8倍。
四、结束语
本文对加工内圆锥螺纹的加工原理、工艺条件和程序设计进行了详细分析， 建立了铣削内锥螺纹的加工过程参数化的主程序和子程序， 对于不同类型的螺纹，只需修改程序中的参数即可，为圆锥内螺纹的数控铣削提供了一种编程思路和加工方法。
参考文献：
[1] 张思弟.贺曙新.数控编程加工技术.北京：化学工业出版社2005.
[2] 兵器工业企业管理协会.套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验.北京：兵器工业出版社，2008.