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螺纹加工及其在车削和铣削方面的进展 |
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作者：王刚 章宗城 |
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螺纹加工方法很多，近代生产与科技的发展特别是CAD/CAM等计算机编程与控制技术的发展，使螺纹加工出现了崭新的变化，以前不可想象的事渐渐都得以实现。
瓦格斯（Vargus）公司是以色外列专业制造螺纹加工刀具，研究螺纹加工工艺的著名厂商。它以VARDEX为商标的各类刀具持续地在世界处于领先地位。下面以它们的新产品，说明当今在这方面的发展。
（一）螺纹车削及其刀具的发展
螺纹车削是螺纹加工的基本形式，也是成形车削的一种特殊形式。加工时，工件转一圈，刀具平雅一个螺纹导程。以车削外螺纹为例，部分牙型的螺纹车刀两侧刃切出螺纹表面，顶刃切出牙根。全牙型的螺纹车刀尚可精加工牙顶，控制螺牙的尺寸精度。部分牙型的螺纹车刀可在一定范围内加工同一螺旋升角，不同螺距，不同直径的同类螺纹。全牙型的只能加工一种类型，一种螺距的螺纹。切削运动，一般分主运动与辅助运动。螺纹车削时的旋转与轴向平移都是构成螺纹加工的主运动。只有车削过一次后，螺纹车刀逐次切入至全牙深的走刀才是辅助进给运动。作为辅助的走刀进给运动切入方法一般有三种：（图1）。 
图1 三种切入方法
（1）径向切入法——即走刀方向垂直于旋转主轴。其优点是①使用方便，可用标准螺纹车削程序。②通用性好，变更走刀量等容易。③左右两侧刃同时切削，磨损均匀。缺点是 ：①只适小螺距加工（一般1.5mm以下）②切屑处理性差，只适生成短屑的材料。③走刀后半期，因切刃接触长度变长，易发生颤振。④刀尖圆角半径处负荷集中且大。
（2）侧向与侧向改进切入法——当螺距大于1.5mm为避免径向切入法的缺点可用本法，即沿一侧刃斜向切入。如若完全沿右侧切入，即侧向切入，右刃走刀量等于零，右刃后刀面磨损严重。故宜采用改进型侧向切入法，如上图。此法切入方向与右侧成1°-3°，总切削力下降，加工表面光洁度高，切屑流出方向可控，切屑处理性好。适梯形螺纹等加工。缺点是 ：编程难度提高，走刀量变更难。有必要编制新的NC程序。
（3）交错式切入法——推荐用于大螺矩及长切屑材料的加工。优点是：刀刃两侧磨损均匀，切削力低，加工表面光洁。缺点是编程复杂 （某些机床可能将它作为标准程序）走刀量变更难，切屑处理性差，切屑流向左右，可能常有缠绕情况。
Vargus的螺纹车削TT Gen软件可让您选用恰当的螺纹车刀，并在几秒钟内根据您的用途选择最适合的切削方案。
Vargus公司在螺纹车削刀具上的进展为：
（1）使用多齿刀片，如M+型有2-3刀齿，Z+型有2刀齿，T+型刀齿最多可达8刀齿。多齿刀片的优点是①各齿可分别完成粗，半精，精等加工。原来单刃齿螺纹车刀走刀次数须多达十余次，甚至二十余次，现只用1-4次即可完成。大大提高了生产效率。②配置了切削负荷。③从而延长了刀具的寿命。一般标准单刃齿和上述几种多刃齿刀片常做成三角形可转位式的。因它们的法后角不为零度。上下面不相同，故只能转位三次用三个刃。（图2）。 
图2 多刃齿刀片
（2）可用六个刃齿的V6型刀片（图3）。 
图3 V6型刀片
V6型刀片正反两面各有3个刀齿可用，这样一片刀片可转位使用六次。这种刀片购买时，每盒带有一个V6专用刀垫，用它即可装在标准刀杆上。它的每个刀齿性能，用途一致，由于可使用刀齿多，相当刀具寿命翻倍，又大大降低了成本。
螺纹车刀径向安装时，若当它们的前刀面与工件轴向截面相重合，即顶刃的前角为0°时，刀具的牙型即加工出工件的牙型，无牙型误差。当为了提高生产效率与加工表面光洁度，前角不为0°时，就会产生牙型误差。螺纹车刀有一个顶刃，二个侧刃，它们的前后角是相互关联的。二者的大小与变化与刀具耐用度，切削力，加工质量有关。单刃螺纹车刀的二侧刃切削左右螺旋面时，形成有二个侧前角，据前角定义可知左侧前角为“＋”值，右侧前角为“－”值，左侧后角小，右侧后角大。二侧刃切削条件不同，加工表面质量也不同。为此单刃螺纹车刀在螺纹升角较大时，须加角度刀垫使螺纹车刀片垂直于左右螺纹面法向安装。多刃齿刀片仅能径向安装。
（二）螺纹铣削工艺及其刀具的开发与进展
前述螺纹车刀刀片由单齿发展至多齿可以大为降低走刀次数。新型的螺纹铣削刀具，不但在圆周上分布许多刀片，而且每片刀片都是多刃齿的。可知它的生产率，更高于车削。
实践螺纹铣削数控机床必须具备3轴联动以实现螺纹插补功能，由机床控制刀具走出螺旋轨叟。为在圆柱体上形成螺旋型面，需由X-Y平面的圆孤插补运动与垂直此平面Z轴的线性直线运动联动完成。具体加工时是由刀具的转动和机床的螺旋插补形成，在一个圆周插补过程中，利用刀具的几何形状同时刀具轴向移动一螺距。加工出螺纹。
螺纹铣削前可采用3种切入方法：
（1）圆弧切入法—刀具沿圆弧逐渐切入。本法刀具切入切出平稳，加工后无切削痕叟，不产生振动。硬材加工质量也好。但其程序编制较复杂。建议在加工精密螺纹时用此法。
（2）径向切入法—刀具沿径向切入，本法使用简单，但切入切出处会残留垂直切痕，切痕不会明显影响螺纹质量。在加工硬材料时，当切入接近全牙形时由于刀具与工件接触面积大，有可能产生振动。故为了避免振动，当接近切入全牙时，应使走刀量下降到螺纹插补进刀量的1/3。
（3）切向切入法—本法较简单，并具有圆弧切入法的优点，但本法仅适合外螺纹加工。
大多数数控机床，在编程时要求采用刀具中心进给编程。刀具的进给速度由刀具中心的进给速度F2大小决定，但刀具中心的进给速度没有直接给出。可由二者的关系式求得。见图4 。
图4 铣刀中心进给速度F2计算
Vargus公司在螺纹铣削刀具的产品称MiTM超高速螺纹铣削系统。其中M表多槽（Multi-flute）i表可换Q刀片（Indexable）TM表铣削（Thread Mill）。此系统包括①适合于小孔螺纹加工的MiTM24（M）类。②适合于标准应用的MiTM25（S）类。③适合于长螺纹加工的MiTM40（L）类。④适合于大螺距加工用的MiTM41（B）类。见图5。
图5 MiTM可换刀片螺纹铣刀
Vargus公司另一类可换刀片的螺纹铣削刀具是专为深孔螺纹加工用的TMSD系统。它现包括：①适合于深小孔螺纹加工的Mini L类型。它使用L形刀片，每刀片可转位用两刀角，刀杆有钢制威尔登式和整体硬质合金两类。每个刀杆顶部可装3刀片。它可加工自M14×0.5起，深达65mm的螺纹。②适合于盲孔深孔加工的“A”类型铣刀杆。其顶端装3片偏头单齿三角形A形刀片。可加工自M28×1.5起，深达144mm的螺纹。③适合于深孔大螺距加工的“U”类型，最大螺距达8mm，这类刀杆有威尔登式，整体硬质合金式，钢制圆柱式，和套式铣刀。前两种最小加工螺纹直径自M16×0.5起，深度分别达120mm和80mm。后两种最小加工螺纹直径分别为M24×0.5和M45×0.5深度分别达144mm和200mm。
整体硬质合金螺纹铣刀是该公司另一大类产品。它主要用于小孔螺纹加工。它既包括一般直槽和螺旋槽的整体螺纹铣刀外，尚包括各类带螺旋冷却油孔的，微型的和深孔加工用的整体螺纹铣刀。
带螺旋冷却油孔的，泠却油有的可以从顶端喷出，有的可从径向喷出。
有的仅能加工螺纹，有的尚可加工倒角，甚至钻孔，切出螺纹退刀槽。图6为其加工过程。可知在计算机的控制下结合刀具的特点，一把刀具多功能地一次完成了多种型面加工。
图6 多种型面一次加工完成
单齿微型整体硬质合金螺纹铣刀有；最小可加工M1.0×0.25（No。0-80UNF）的。有可加工高硬材料（HRc62）的。也有做成并列两刃齿，前刃齿作粗加工，后刃齿作精加工的。
（三）可实现镗孔，切槽，车螺纹工序集中的micrOscope规格类.
此规格包括小型车螺纹；镗直孔，镗仿形孔；切孔内直槽，圆弧槽，端面内槽，端面外槽，切断等用的小刀头。各小刀头可方便地插装在特殊专用刀杆中。用定位销准确确定小刀头刀尖高度和轴向位置。用一个大螺丝钉可将刀头固紧。有2冷却液孔可喷出冷却液冷却刀具冲走切屑。（图7）。 
图7 简易准确实用的可换刀头刀杆
各类小型刀具可安装在机床上，实现在一次安装下，工序集中地完成多种表面的加工，从而大大地提高了生产效率。(end)
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(11/8/2010) |
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