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內(nèi)錐管螺紋的銑削加工 撰文/中山市建斌中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校吳惠文 本文主要介紹運(yùn)用FANUC系統(tǒng)的加工中心來(lái)完成美制60NPT11/1的內(nèi)錐管螺紋零件的加工。根據(jù)內(nèi)錐管螺紋的特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合，結(jié)合在FANUC系統(tǒng)加工中心的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用宏程序的轉(zhuǎn)移與循環(huán)的語(yǔ)句結(jié)合實(shí)際加工要求，然后用單刃螺紋銑刀來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)錐管螺紋銑削，精確高效地完成了零件的要求。 一、引言 內(nèi)錐管螺紋在航天，航空、機(jī)械和模具的應(yīng)用越來(lái)越來(lái)廣泛。現(xiàn)代制造中，綜合零部件在加工中心上銑削內(nèi)錐管螺紋可以減少工裝次數(shù)提高加工效率、精度。如圖1所示的液壓連接零件為例介紹內(nèi)錐管螺紋在加工中心的加工方法與編程。零件具有密封性的內(nèi)錐管螺紋，要求保證其加工精度，密封性。 技術(shù)要求： （1）未注內(nèi)倒角C1,外倒角C2。 （2）未注公差按IT10。 材料：鋁合金ZL10。 二、零件分析 我國(guó)最常用的的管螺紋主要分為三種有，英制的55密封管螺紋、55非密封管螺紋、美制的60密封管螺紋。適用于管子、閥門(mén)、管接頭、旋塞及其他管跟附件的螺紋聯(lián)結(jié)。55密封管螺紋和60密封管螺紋具有密封性但，常常會(huì)受到加工精度和形位公差的影響力，其密封性不可靠，實(shí)際應(yīng)用中一般需要在配合面上施加密封介質(zhì)，如密封膠帶或密封膠等。 三、加工方案分析 1.圓錐管螺紋的分析 60內(nèi)錐管螺紋是一種典型的密封性管螺紋。其基本牙型如圖2所示。圖中相應(yīng)的代碼如表1所示。 具體的相關(guān)代碼數(shù)值如表2所示。 零件圖內(nèi)的NPT11/1內(nèi)錐管螺紋通過(guò)查GB7306-87用螺紋密封的管螺紋和上述圖表公式可以得出以下相關(guān)數(shù)據(jù)。NPT11/1：（1）螺紋大徑D：41.985mm；（2）螺紋中徑D2：40.218mm；（3）螺紋小徑徑D2：38.451mm；（4）每25.4mm內(nèi)所包含的螺紋牙數(shù)n：11.5；（5）螺距P=25.4/n=25.4/11.5=2.209mm；（6）牙型高度h=0.80P=0.82.209=1.767mm；（7）牙型角=60；（8）60內(nèi)管螺紋的錐度為116；（9）內(nèi)圓錐半角采用近似法計(jì)算，代號(hào)取0.0175：/2=1/16/2/0.0175=1.7857。 2.加工材料分析 零件材料為鑄造鋁合金ZL104，其材料具有以下特點(diǎn)。因其工晶體量多，又加入了Mn，抵消了材料中混入的Fe有害作用，有較好的鑄造性能和優(yōu)良的氣密性、耐蝕性，焊接和切削加工性能也比較好，但耐熱性能較差，適合制作形狀復(fù)雜、尺寸較大的有較大負(fù)荷的動(dòng)力結(jié)構(gòu)件，如增壓器殼體、氣缸蓋，氣缸套，液壓連接件等零件。其密度=2.65gcm3，熔化溫度范圍569601，20100時(shí)平均線(xiàn)膨脹系數(shù)21.7m/(mK),100時(shí)比熱容753J/(kgK)，25時(shí)熱導(dǎo)率147W/(mK)，硬度為65HB70HB,屈服強(qiáng)度195Mp，伸長(zhǎng)率1.5%。由上述性能參數(shù)可知，鋁合金ZL104材料加工切削性能較好，一般的機(jī)床、刀具，和冷卻條件都可以滿(mǎn)足使用。 3.刀具選用與分析 據(jù)鋁合金ZL104上述相關(guān)性能，結(jié)合工廠(chǎng)現(xiàn)有的刀具。選用60鑲刀片式鎢鋼單刃螺紋銑刀,回轉(zhuǎn)半徑R=15mm,刀桿半徑13mm，長(zhǎng)度約80mm，剛性良好，如圖3所示。 4.加工切削參數(shù)分析 單刃螺紋銑刀的切削參數(shù)分析，單刃螺紋銑刀用于加工NPT內(nèi)錐管螺紋，加工余量根據(jù)整個(gè)螺紋牙高來(lái)選定切削用量如下。 （1）切削速度N選擇： 其中，vc切削速度查表得220m/min，D為單刃螺紋銑刀直徑。 （2）確定進(jìn)給量F：vf=fzzn=0.1812300410mm/min。其中，fz為每齒進(jìn)繪量，查表得0.18齒/min，Z為齒數(shù)，n為轉(zhuǎn)速。 （3）背吃刀量確定：結(jié)合NPT內(nèi)錐管螺紋螺距P=2.209mm，牙型高度h=1.767mm，與一般螺紋加工吃刀量的經(jīng)驗(yàn)值。確定NPT內(nèi)錐管螺紋平均分6刀進(jìn)行加工：ap=h/6=1.767/60.295mm。其中，h為牙型高度，6次為經(jīng)驗(yàn)值。 5.加工藝確定 零件圖上NPT11/1內(nèi)錐管螺紋加工工藝確定如表3所示。 四、內(nèi)錐管螺紋走刀路線(xiàn)分析與編程 1.內(nèi)錐管螺紋走刀路線(xiàn)設(shè)計(jì) 加工的螺紋孔為通孔排屑條件好，選擇螺紋通孔自上而下的加工方法，加工流程應(yīng)該：先快速定位到螺紋孔中心快進(jìn)到安全平面（即：螺旋進(jìn)給起始位置高度）刀具進(jìn)到空間切入圓弧起點(diǎn)沿切入圓弧工進(jìn)到螺紋頂部大徑沿錐螺旋線(xiàn)加工到孔深沿空間切入圓弧切出快退到孔中心返回到返回平面。內(nèi)錐管螺紋走刀路線(xiàn)如圖4所示。 2.內(nèi)錐管螺紋編程思路 （1）將單刃螺紋刀從螺紋孔加工定位到自上而下走完一刀的過(guò)程編寫(xiě)為一個(gè)子程序，使程序可以像調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)一樣調(diào)用，具有通用性。另外考慮到是內(nèi)錐螺紋孔的螺紋切削的半徑一直是變值，所以將程序設(shè)計(jì)成可傳遞參數(shù)的宏程序。 在內(nèi)圓錐管螺紋加工中，實(shí)際上是借助G02或G03指令完成螺旋進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的。但要注意在有錐度的加工中，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)中有個(gè)重要的參數(shù)說(shuō)明：在FANUC系統(tǒng)中，有一個(gè)參數(shù)N0.3410，該參數(shù)定義為：在G02/G03指令中，圓的起始點(diǎn)的半徑與終點(diǎn)半徑之差的允許極限值。當(dāng)加工中圓的起始點(diǎn)與終點(diǎn)在半徑方向上的差值一旦超過(guò)此值時(shí)，系統(tǒng)就發(fā)出P/S報(bào)警。 在加工錐度螺紋時(shí)，由于其在Z方向進(jìn)給一個(gè)螺距的同時(shí)，直徑值也會(huì)隨之變化，其插補(bǔ)的起始點(diǎn)與終點(diǎn)肯定不在同一個(gè)圓柱面上，因此在加工內(nèi)圓錐管螺紋時(shí)，首先要根據(jù)加工零件錐度的實(shí)際尺寸修改NO.3410的值，或者就設(shè)置0，因?yàn)楫?dāng)設(shè)定值為0時(shí)，系統(tǒng)就不進(jìn)行圓弧半徑差的檢查工作。 3.相關(guān)計(jì)算 為保證圓錐螺紋切削的完整，走刀路線(xiàn)應(yīng)長(zhǎng)于圓錐面，設(shè)定向上高出0.5mm,向下延長(zhǎng)0.5mm。在不加入刀具半徑補(bǔ)償?shù)那闆r下通過(guò)計(jì)算獲得相應(yīng)的起始半徑：內(nèi)錐螺紋相關(guān)參數(shù)：（1）設(shè)螺紋銑刀具實(shí)際起始圓弧半徑R2=(0.5tan1.786+D2/2)-R刀2=(0.0155+38.4512)-15=4.241mm。式中，D2為NPT11/1內(nèi)錐管螺紋小徑，R刀2為螺紋銑刀具半徑。（2）設(shè)實(shí)際走刀至螺紋大徑時(shí)的半徑為R6，R6=R2+h=4.241+1.767=6.008mm。為能了讓6次平均切削整除取R66.011mm。（3）在加工NPT11/1內(nèi)錐管螺紋前鏜內(nèi)錐孔已完成每一次切削，現(xiàn)在分5次切削，每次切深0.295mm,以下為5次定位刀具實(shí)際起始圓弧半徑值R3R8。其中R1鏜孔已加工出來(lái)。 R3=R2+ap=4.241+0.295=4.536 R4=R3+ap=4.536+0.295=4.831 R5=R4+ap=4.831+0.295=5.126 R6=R5+ap=5.126+0.295=5.421 R7=R6+ap=5.421+0.295=5.716 R8=R7+ap=5.716+0.295=6.011 4.加工程序 （1）主程序。 % O0001程序名 G90G54G80G49G40G21G17程序初始化 G00Z200Z方向提刀 X0Y0X、Y方向快速定位 M06T01換第1把刀（螺紋銑刀） S2300M03主軸以2300r/min的速度正轉(zhuǎn) G00G43Z2H02M07Z方向快速定位2號(hào)刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，切削液開(kāi) G65P0001調(diào)用O0001號(hào)子程序 M30主程序結(jié)束 %程序結(jié)束符 （2）NPT內(nèi)錐管螺紋子程序。 %程序起始符 O0001程序名 N01#10=11螺紋深度值 N02#11=4.536螺紋起始點(diǎn)半徑 N03#12=0.295螺紋每刀的吃量 N04#13=1.785圓錐半角值 N05#14=0.5Z方向起始坐標(biāo) N06#15=TAN#13圓錐角的正切值 N07#16=2.209螺距 N08#17=#16*#151個(gè)螺距所以對(duì)應(yīng)的半徑變化量 N09#18=#11-#10*#15螺紋底部（小端）的半徑 N10G00X4.241Y0刀具X、Y方向快速定位 N11Z1刀具Z方向快速定位 N12G01X#11YOF410刀具X、Y方向定位 N13Z#14刀具X、Y方向定位 N14WHILE#11GT#18DO1如果#11大于#18,循環(huán)1繼續(xù) N15G91G02X-#17I#11Z-#16G02螺旋加工至下一層，進(jìn)行圓錐插補(bǔ) N16#11=#11-#17刀具回轉(zhuǎn)半徑遞減#17 N17END1循環(huán)1結(jié)束 N18G90G00X0Y0絕對(duì)方式編程回工件原點(diǎn) N19Z1Z方向提刀 N20#11=#11+#10*#15+#12第二到第五刀起始點(diǎn)半徑 N21#18=#11-#10*#15第二到第五刀螺紋小端半徑 N22IF#11LT6.011GOTO10如果#11小于6.011，循環(huán)N10繼續(xù) N23M99子程序結(jié)束 %程序結(jié)束符 五、結(jié)語(yǔ) 由于錐度螺紋的切削半徑是變值，所以其數(shù)控加工程序的編寫(xiě)是一個(gè)難度較大的過(guò)程，關(guān)鍵要注意3點(diǎn)。 （1）建立半徑變化規(guī)律的表達(dá)式是關(guān)鍵