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螺纹铣削技术与攻丝的对比 |
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作者：尚亚国际贸易有限公司广州办事处 陈智耀 来源：《金属切削》 |
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在一般生产加工中，螺纹的加工方式多采用攻丝这种传统工艺，随着数控技术的发展、软件的创新、控制精度的提高、三轴联动或多轴联动数控系统的产生及其在生产领域的广泛应用，相应的先进加工工艺——螺纹铣削逐渐得以实现，其加工精度、光洁度以及柔性是攻丝无法比拟的，另外其经济性在某种情况下也更优于传统工艺。
螺纹铣削是通过主轴高速旋转并做圆弧插补的方式加工螺纹。只要通过改变程序就可以实现不同直径的螺纹、左右螺纹及内外螺纹的加工，其柔性非常理想，见图1。另外，螺纹铣削还有线速度高、受力小、排屑好、加工精度高、光洁度好等优点。
图1
螺纹铣削相对攻丝的优势
通过各个方面的对比，可以发现螺纹铣削存在很多优势：
1) 一把螺纹铣刀可以加工直径不同、牙型相同的螺纹。如图2所示：M15x1.0、M18x1.0、M20x1.0的螺纹用一把螺纹铣刀通过改变插补半径来加工，可减少刀具数量，节省换刀时间，提高效率，方便刀具管理。
图2
2) 螺纹精度及光洁度提高。因螺纹铣削是通过刀具高速旋转、主轴插补的方式加工完成。其切削方式是铣削，切削速度高，加工出来的螺纹漂亮；而丝锥切削速度低，并且切屑长，容易损坏内孔表面。
3) 内螺纹排屑方便。铣螺纹属于断屑切削，切屑短小，另外加工刀具直径比加工螺纹孔小，所以排屑通畅；而丝锥属于成型连续切削，切屑很长，并且丝锥直径和加工孔一样大，因此排屑困难。
4) 可以避免丝锥反转形成的回转线(在密封要求高的情况下是不允许的)。因为加工原理不同，螺纹铣刀根本不存在回转线，而丝锥无法避免。
5) 不易形成粘屑的现象。对于比较软的材料在加工过程中容易产生粘屑现象，但螺纹铣削高速旋转，并且断屑切削；而丝锥切削速度低，全螺纹与加工表面作用，容易造成粘屑。
6) 要求机床功率低。因为螺纹铣削是断屑切削，刀具局部接触，受切削力小，而丝锥是全螺纹接触，作用力大，要求机床很大的功率。
7) 刀具折损容易处理。首先螺纹铣刀作用力小，很少发生折损现象，如果发生了，因为加工孔径比刀具大，折断部分很容易取出；而丝锥受力大、排屑不畅，容易折断，折断后大孔处理起来稍微容易些，如果是小孔就非常麻烦，如图3所示。
图3
8) 底孔预留深度小。因为刀具本身的设计决定，螺纹铣刀可加工平底螺纹，见图4；而丝锥的底孔预留深度比较大。
图4
9) 可加工硬度较高的材质。切削原理决定螺纹铣刀是断屑切削，局部受力，刀具磨损较低，寿命长；而一般硬度大于50HRC的材料，丝锥加工相当难，寿命很短。
10) 减少工序，减少换刀次数。螺纹铣刀可以设计钻孔、倒角、锪面、扩孔、螺纹多工序集合于一体。
·一把刀可加工左、右旋螺纹。螺纹铣刀加工螺纹左旋还是右旋完全取决于加工程序。
·一把刀可加工内、外螺纹。目前VARGUS螺纹铣刀系列刀片和刀杆可以用于内外螺纹的加工，见图5。
图5
11) 高效率。对于大孔径加工更为明显，首先线速度高，其次可以采用多刀片刀盘，效率可以成倍增加，见图6。
图6
螺纹铣削的劣势
当然，螺纹铣削也存在一定的劣势，比如：
1) 加工普通螺纹时，单纯从单件成本考虑，采用螺纹铣削并不划算。普通螺纹归类为一般硬度<50HRC、直径<38mm的螺纹，当然这不是明显的划分界限。普通丝锥一般为高速钢材料，市场价格几十块钱，然而螺纹铣刀是其价格的10倍以上，而单件寿命无法达到10倍以上。
2) 长径比不能太大，一般需要L/D<3。因为螺纹铣刀单边收力，长径比太长螺纹会产生锥度，并且刀具容易折断。
两种工艺的选择
由于螺纹铣削是通过主轴高速旋转并螺旋插补来实现，所以如果想享受新技术的乐趣，必须配备加工中心(至少三轴联动)，如果设备落后，没有加工中心，则不适合使用螺纹铣削，只能选择丝锥。而以下比较是在有加工中心的设定下进行。
大批量、普通硬度、一般大小的螺纹(D<38mm)，很中肯的说，从经济的角度考虑，丝锥更实在。但以色列VARGUS最小螺纹铣刀目前可加工M1.6mm，技术仍在不停改进，甚至可加工更小的孔径。另外，直径大于12mm，可以采用刀片式螺纹铣刀。
如前所述，深孔螺纹目前更适于采用丝锥，主要因为螺纹铣刀单边受力，所加工螺孔长径比一般需小于3。
大直径孔的加工(D>38mm)，适于采用螺纹铣削，因为螺纹铣削是局部接触，受力小，一般的机床功率就足够。而丝锥全螺纹接触，受力大，要求大功率的设备。另外从刀具的价格来讲，一只大直径的丝锥价格并不比一套螺纹铣刀低，甚至更高。而且螺纹铣刀可以选择刀片式，只要更换刀片即可，其经济性不言而喻。从各方面考虑，螺纹铣刀更适合。
小批量螺纹加工，也适于采用螺纹铣削。首先螺纹铣刀可以加工各种直径不同、螺纹相同的工件，因此可减少刀具数量。即使在螺纹不同的情况下，采用刀片式螺纹铣刀，只要更换刀片型号，就能加工各种各样的螺纹，无论是初期成本投入，还是使用灵活度，都是丝锥无法比拟的。
模具或者较大零件，适于采用螺纹铣削。在加工过程中，刀具被折断该如何处理？如果用丝锥，当然可用电火花把断枝打掉，但过程会非常复杂，另外如对零件造成损坏那就会因小失大。倘若使用螺纹铣刀，首先因为受力小，不容易断；即使断了，因为加工孔径比刀具直径大，断枝很轻易就能取出。就产品合格率而言，螺纹铣削远远高于丝锥。
高硬材料的加工(硬度>50HRC)，适于采用螺纹铣削，因为铣削是断屑切削，局部接触刀具受力小，刀片都是硬质合金加涂层，所以磨损小、寿命长；而一般的高速钢丝锥根本无法加工，如采用整体硬质合金丝锥其价格也不菲，与螺纹铣刀价格差不多。据我们现有加工经验，螺纹铣削加工效率、经济性绝对高于丝锥。
复合孔(带倒角)加工同样适于采用螺纹铣削，螺纹铣刀具有多种功能，可集螺纹和倒角加工于一体。
薄壁加工，适于采用螺纹铣削，螺纹铣刀加工受力小，因此变形小。另外，底孔可以做成平底，螺纹可以接近底部，因此所需空间小。
对于螺纹精度要求较高的加工，因螺纹铣削线速度高，排屑好，螺纹精度及光洁度高，也更适于采用螺纹铣削。
采用螺纹铣削利于实现高效率加工，现在螺纹铣刀已发展到钻孔、倒角、锪面、螺纹多工序于一体；另外，内外螺纹、左右螺纹可用一把刀加工；可以使用多刀片刀盘；退刀迅速。
软材料、钛合金加工，适于采用螺纹铣削，因为螺纹铣刀不易产生粘屑现象。
对于不稳定切削，螺纹铣刀因其切削原理本身就是断续铣削，完全能适应这种条件的加工。
当然，使用者可以根据生产设备、工艺要求、精度要求、成本要求来选择适合自己的加工方式，相信螺纹铣削会逐渐被人们了解并深入生产实际。 (end)
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(5/3/2007) |
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