浅谈铣削大直径内螺纹工艺及其数控程序优化

一、前言：
随着公司的不断发展，我厂加工的大型工件越来越多，这些大型工件中绝大多数都需要加工大直径内螺纹。利用在数控机床上编写铣削螺纹的程序，再加上合理的加工工艺，对大直径内螺纹进行铣削加工就能够很好地解决上述矛盾，大大提高生产效率。最近我厂加工的连接梁、通敌横梁以及托圈上的大直径内螺纹都是采用数控铣削加工的。

二、工艺简介：
1、加工刀具：
数控铣削内螺纹主要是利用安装在刀柄上的成形刀片（图1），在加工好的孔内做螺旋切削运动，即主轴每旋转一周的同时，进给一个螺距。刀片的主要参数是螺距和齿数，我厂现在主要使用的刀片有：螺距为4mm、齿数为10个和螺距为6mm、齿数为6个的。在加工中必须要使用和螺纹相同螺距的刀片才能够加工出正确的螺纹来。

2、加工工序：
⑴　钻孔――在要加工螺纹的位置钻出合适的孔；
⑵　镗孔――根据螺纹精度的要求，将钻好的孔镗至螺纹小径要求的尺寸，镗好后将孔内铁屑清理干净；
⑶　铣削螺孔――根据机床和刀具的切削能力进行多次铣削，铣削时由于铁屑的挤压会对刀片造成损坏，所以铣削是由孔内往孔外进行，铣削过程中使用冷却液或气嘴往孔内清理，使铁屑始终在刀片的后面。每加工好一次后都要将孔内铁屑清理干净。
⑷　检验――铣削好后，用标准螺栓或丝锥拧入加工好的螺孔，如果可以拧入，则螺纹已加工好；如果无法拧入，可以再加大尺寸进行加工，若仍然无法拧入则需要停止加工，检查具体原因。

三、数控程序优化：
1、原有程序：
原有程序是由一个主程序和螺孔加工程序构成，主程序循环一次，子程序则循环四次，即主程序加工要完成一个螺纹孔的铣削加工，子程序要分四次走刀进给完成螺纹孔的加工，原程序采用了西门子840D操作系统本身提供的螺纹孔铣削循环—CYCLE90（RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，DIATH，KDIAM，PIT，FFR，CDIR，TYPTH，CPA，CPO）。
参数说明：
RTP：返回平面
RFP：参考平面
SDIS：安全距离
DP：最终钻孔深度（绝对）
DPR：最终钻孔深度（相对参考平面，不带符号输入）
DIATH：螺纹标称直径，；螺纹外径
CDIR：加工方向：2（对于G02）；3（对于G03）
CPA：中心点圆弧（X轴）CPO：中心点圆弧（Y轴）
TYPTH：螺纹类型：0—内螺纹；1—外螺纹
KDIAM：螺纹内径
FFR；进给率
PIT：螺距
具体程序：
⑴　主程序段：
N05 G0 G90 G55 X0 Y0 Z50
N10 D1 T1
N15 S400 M4
N20 G0 Z5
N25 R1=0
N30 AA：R2=(360/16)×R1 螺孔的角度位置参数的设置
N35 G01 RP=600 AP=R2 F1000 极坐标程序
N40 L01 子程序的调用
N45 R1=R1+1
N50 IF R1<=15 GOTO AA
N55 G0 Z50
N60 G0 X0 Y0
N55 M5
N60 M30
⑵　子程序段：L01
N2 R3=2
N3 CC：R5=5/4+（2×R2-1）/4
N4 G0Z-120
N5 CYCLE90（10，10，5，120，-120，64，（59+R5），5，500，2，0，
COS（R2×360/16），SIN（R2×360/16））系统提供的螺孔铣削循环
N6 R3=R3-1
N7 IF R3 ＞= 0 GOTO CC
N8 CYCLE90（10，10，5，120，-120，64，64，5，500，2，0，COS（R2*360/16），SIN（R2×360/16））没有进给的情况下修光加工
N9 M17
N10 RET 子程序的返回
2、优化程序：
优化的程序是根据刀具具体的走刀轨迹来编程的，没有采用西门子840D操作系统本身提供的螺纹孔铣削循环，而且是针对单独的一个螺纹孔来加工的，而不像原程序那样将所有孔一次性编好。
具体程序：
N05 TRANX X625 Y235 　　　　将设置的坐标零点偏置到螺孔中心位置
N10 G17 G54 M42 M4 S600
N15 G90 G0 X0 Y0 Z0 W0
N20 R1=90.4 R2=6 R3=50 　　　　　　　　　　　
R4=6 R5=133 R6=133
R7=R1/2-R3/2 R8=R5+50+R2/8
R9=R2×(R4-1.25) R10=TRUNC(R6/R2/R4)
N25 G01 Z=-R8 F=3000
N30 AA:G91 G01 X=R7/2 Y=-R7/2 F500
N35 G03 X=R7/2 Y=R7/2 CR=R7/2 Z=R2/8 F160　　　开始入刀
N40 G03 X0 Y0 I=-R7 J0 Z=R2 F160　　　　　　　螺旋切削运动
N45 G03 X=-R7/2 Y=R7/2 CR=R7/2 Z=R2/8 F160　　开始出刀
N50 G01 X=-R7/2 Y=-R7/2 F500
N55 G01 Z=R9
N60 REPEAT AA P=R10 循环铣削下一段螺纹
N65 G90 G01 X0 Y0 Z0 F3000
N70 M5
N75 M30
参数说明：
R1是螺纹直径参数，第一刀应该是螺纹小径尺寸加上切削量，每切削一刀改变一次数值，直到完成切削；R2为螺距大小；R3刀具直径；R4为刀片齿数；R5为螺孔深度；R6为有效螺纹深度；R7为除去刀具半径后切削时旋转的半径；R8为切削时到达螺纹最深处的位置，其中50为安全距离，是Z0到螺孔表面的距离，R2/8是入刀时切削的无效螺纹距离；每次加工时只需要根据加工螺纹的参数来改变R1、R2、R4、R5、R6数值，如果刀柄改变则需要改变R3数值。