圓錐內(nèi)螺紋的編程方法研究

■黑龍江廣播電視大學(xué)富拉爾基分校（齊齊哈爾 161042）王占平

圓錐螺紋的牙形為三角形，主要靠牙的變形來保證螺紋副的緊密性，多用于管件。圓錐管螺紋具有16∶1的錐度，因?yàn)檫@一特性使得纏繞在螺紋上的生料帶能更均勻地分布于螺紋上，具有更好的密封性。同時(shí)錐管螺紋所使用的鐵管壁更厚，具有更高的耐壓性，所以此類螺紋普遍用于密封液體和氣體。具有密封特性的主要原因有兩點(diǎn)：一是由于錐度的原因，這種螺紋在與同樣的錐螺紋或圓柱螺紋配合時(shí)具有“自緊作用”；二是其特殊的牙形設(shè)計(jì)具有“完合吻合”的特性。

內(nèi)螺紋通常都是采用挑扣或攻螺紋的方法進(jìn)行加工的。對于大型、特殊牙形的螺紋，由于參與切削的刃口過長、抗力過大，使切削處于極為不利的狀態(tài)。因此出現(xiàn)了間斷銑削的成形方法。此方法采用高速旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）的角度成形銑刀，沿著螺旋軌跡（公轉(zhuǎn)及軸向螺距移動）進(jìn)行銑削，銑出螺旋槽來（見圖1）。通常稱此為“行星銑螺紋”。

對圓錐螺紋的行星銑削，刀具是沿著圓錐螺旋軌跡進(jìn)行的。它除了應(yīng)具有像圓柱螺旋軌跡的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和軸向螺距進(jìn)給外，還要使銑刀中心與螺孔中心的距離（公轉(zhuǎn)半徑）隨著軸向移動而產(chǎn)生線性變化（收縮），進(jìn)而形成錐度。

1.圖形分析

如圖2所示為尺寸代號R c1，55°密封圓錐管螺紋，錐度1∶16，大端端面內(nèi)徑為30.79 mm，單邊牙高1.479 mm，可以用刀具半徑來控制加工精度，按半徑方向1∶2確定孔底直徑，具體尺寸參數(shù)如附表所示。

2.編程方案

先用16 mm麻花鉆鉆底孔，然后用20 mm方肩銑刀擴(kuò)銑錐孔，Z向分層，兩軸半加工，刀具Z向每下降一層，進(jìn)給一個(gè)整圓。如Z向進(jìn)給層距太大，會留下臺階，影響后面螺紋加工質(zhì)量；進(jìn)給太小，切削時(shí)間很長。最后用單刃螺紋銑刀行星銑削圓錐內(nèi)螺紋，螺旋進(jìn)給，三軸聯(lián)動加工，每一個(gè)360。錐面螺旋線進(jìn)給過程中Z向下降一個(gè)螺距，由此分析Z向刀具可進(jìn)給較大尺寸。

圖1 圓錐螺旋軌跡

圖2 內(nèi)圓錐管螺紋

Rc1圓錐內(nèi)螺紋尺寸參數(shù)表

3.刀具選用

銑削圓錐內(nèi)螺紋使用單刃螺紋銑刀加工，刀位點(diǎn)如圖3所示。刀尖角為55。，回轉(zhuǎn)半徑為7 mm，刀桿直徑8 mm，注意刀具底部不能撞到孔底，防止損壞刀具。

刀具可根據(jù)各廠具體情況，亦可自行設(shè)計(jì)、制造專用角度成形銑刀，最好采用多刃結(jié)構(gòu)。刀片制造硬質(zhì)合金的為好?？商岣咔兴?，減小磨損，提高螺紋精度。

切削用量：機(jī)床轉(zhuǎn)速2900 r/min；刀片切速v=128 m/min (若主軸轉(zhuǎn)速可再提高，理想的切速可選至v=180～200 m/min)；每齒進(jìn)給量：粗加工時(shí)選為0.15 mm/z，精加工時(shí)選為0.08 mm/z；進(jìn)給量：粗加工為0.15×1×2900=435（mm/min），精加工為0.08×1×2900=232（mm/min）。切削用量可以根據(jù)機(jī)床實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

4.坐標(biāo)系設(shè)定

鉆孔、銑孔和銑螺紋的坐標(biāo)系都按圖4所示坐標(biāo)簡圖設(shè)置，特別是螺紋銑刀的對刀點(diǎn)要與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，否則會影響螺紋的深度和牙高，形成不合格產(chǎn)品。在管螺紋聯(lián)接時(shí)，接合不緊密。

5.走刀路線

方肩銑刀銑孔的走刀路線如圖5所示，刀具按Z向分層銑削，表面質(zhì)量受層間距的影響，層間距越大越粗糙，層間距越小越光滑，但效率較低。螺紋銑削走刀路線如圖6所示，刀具沿一條圓錐形螺旋線銑削，越向下銑削，直徑方向值越小，達(dá)到銑內(nèi)孔圓錐螺紋的目的。

6.數(shù)學(xué)表達(dá)式

式中，t為半徑方向隨深度變化的變量；P為螺距；α為角度。

7.編程

鉆孔數(shù)控加工程序如下：

圖3 單刃螺紋銑刀

圖4 坐標(biāo)簡圖

圖5 銑孔走刀路線

圖6 銑螺紋走刀路線

圓錐螺紋數(shù)控加工程序如下：

8.加工結(jié)果

通過對上述工件（加工結(jié)果見圖7）的圓錐內(nèi)螺紋的數(shù)控銑削加工分析，可以總結(jié)出螺紋銑削加工與傳統(tǒng)螺紋加工方式相比：

（1）在加工精度、效率方面具有極大優(yōu)勢。

（2）加工時(shí)不受螺紋公稱尺寸的限制，一把單刃螺紋銑刀可加工多種不同公稱尺寸的內(nèi)、外螺紋。

圖7 加工結(jié)果

（3）在數(shù)控螺紋銑削過程中，對螺紋直徑尺寸的調(diào)整極為方便，這是采用絲錐、板牙難以做到的。

（4）加工時(shí)不受螺紋旋向的限制，螺紋銑刀可加工不同旋向的內(nèi)、外螺紋。

（5）對于不允許過渡扣或退刀槽結(jié)構(gòu)的螺紋，采用傳統(tǒng)的車削方法或絲錐、板牙很難加工，但采用數(shù)控銑削卻十分容易實(shí)現(xiàn)。

（6）其結(jié)構(gòu)形式有足夠的排屑空間，螺紋銑刀的壽命是絲錐的十多倍至數(shù)十倍。

（7）可以加工各種結(jié)構(gòu)形式的直螺紋、錐管螺紋及非標(biāo)螺紋。

（8）螺紋銑削加工過程中刀具承受的抗力較小，在加工大型或貴重結(jié)構(gòu)部件時(shí)，在所需的轉(zhuǎn)矩較小的情況下加工較大規(guī)格的螺紋。

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