小螺纹孔系的加工工艺研究

曹婷婷 甄晓敏

摘要：传统钳工加工小螺纹的方法效率低、质量不稳定;数控机床攻丝效率高，但也存在返工、报废风险高等问题。为此对 M2. 5 以下的小螺纹孔系进行加工工艺研究，通过定制刀具对 M2. 5、M2、M1. 6 等小螺纹的螺纹铣削加工试验，确定了小螺纹的加工方式和刀具的切削参数范围，保证了零件加工质量的稳定性和一致性，极大地提高了生产效率。

关键词：小螺纹;加工;螺纹铣削

1 引言

随着航空航天技术的不断飞跃，螺纹连接在机械产品中的要求也越来越高，特别是精密仪器中，小螺纹（M2. 5 以下的螺纹）的应用越来越普遍。但是针对 M2.5 以下的小螺纹加工有一定的难度，传统钳工加工小螺纹的方法效率低、加工质量不稳定;数控机床攻丝效率高，但也存在返工、报废风险高等问题。

2 丝锥加工难点分析

2. 1 丝锥易折断

小螺纹孔系的内孔小，M1. 6 的底孔只有 1.2mm，M2 螺纹底孔也只有 1. 6mm。这就限制了丝锥的直径，丝锥的刚性相对就差。当选择的参数超过了丝锥的扭矩极限时就会导致丝锥折断。

此外，盲孔切屑无法及时排除而产生的堆积阻力也是导致丝锥折断的重要原因。丝锥折断堵塞螺纹孔，如果不能取出就会导致零件报废。

2. 2 螺纹质量难保证

据试验验证，采用数控机床加工 M2 的小螺纹，检查螺纹牙型采用 M2 ×0. 4 -6H 塞规，攻丝深度 L =2. 5D 也即 5mm 深时，采用切削丝锥，刚性攻丝丝锥折断;柔性攻丝加工 20 来个螺纹孔后丝锥折断。攻丝深度 L = 2D 也即 4mm 时，刚性攻丝丝锥没有折断，但是螺纹不合格，螺纹通端不能完全进入。挤压丝锥较切削丝锥的刚性要好，但是挤压丝锥要根据材料的塑形和延伸性来确定底孔尺寸，挤压丝锥加工的螺纹牙型不饱满。针对 M2. 5 以下的精密螺纹，挤压丝锥加工的底孔无法满足精度要求。

2. 3 成本高

丝锥加工磨损问题较普遍，加工螺纹尺寸小于公差后则丝锥无法继续使用，只能报废。数控机床攻丝时丝锥断裂不易及时发现，一旦丝锥断裂，需要电火花来清理断裂在孔内的丝锥，费时费力且容易损伤螺纹。

3 数控加工解决方案

随着近年来刀具的发展，螺纹铣削由原来的大直径螺纹加工，发展到目前的小直径螺纹加工领域。采用螺纹铣削的加工方法时，螺纹铣刀比螺纹孔小，铣屑也短小，容屑空间大;切削液能进入铣削区，用铣刀加工盲孔螺纹可避免切屑挤伤内孔的现象发生;采用单刃铣刀，可补偿轴线偏斜误差，这都是丝锥加工螺纹无法实现的。鉴于此，决定采用铣削螺纹的方法进行加工。

3. 1 刀具的选择

螺纹铣刀的耐用度比普通丝锥高，不受螺纹旋向的限制，可加工内螺纹也可加工外螺纹。加工中常见螺纹铣刀有两类：一类是镶片式机夹螺纹铣刀及刀片，其特点是更换方便，成本低，多用于大孔径螺纹加工。另一类是整体式螺纹铣刀，适用于中小直径的螺纹铣削，耐用度高，缺点是只能加工定螺距的螺纹，造价相对较高。

虽然航空航天产品中的小螺纹加工特别多，小直径螺纹特别是内螺纹的加工，但目前大多使用的都是攻螺纹的方式。针对内孔小螺纹的铣削加工很少有应用，国内还没有相对成熟的小螺纹铣刀供应商，国外能提供小螺纹铣刀的大品牌厂家针对小螺纹铣刀报价都很贵。为了能有效进行试验，我们与国内某刀具厂共同定制了适合航空航天常用材料铝合金加工的2 刃的单齿小螺纹铣刀。

3. 2 螺纹的编程与加工

随着软件技术的发展，现在的 CAM 编程软件都支持铣螺纹的软件编程，只需知道螺纹铣刀的有效直径，要加工的内螺纹的大径，就能自动生成需要的螺纹加工程序。需要注意的是，針对常见的右旋内螺纹，顺铣的方向应该是自下而上。

螺纹铣削的参数选择上，螺纹铣削的转速和进给都远远大于数控机床攻丝的加工参数。以M2 的螺纹为例;螺纹底孔尺寸为 1. 6mm，实际螺纹铣削的单边余量仅 0. 2mm，螺纹铣削时铣刀的转速、Z 方向螺旋进给的速度根据数控机床的刚性及丝杠间隙情况，可以选择较大值。当采用高速加工时一次就能将螺纹铣削到位。螺纹铣削加工的内螺纹质量好，基本上无毛刺，加工效率也非常高。

4 结语

采用螺纹铣刀铣削小螺纹，可有效解决螺纹的质量不稳定问题。在成本控制和加工效率方面均有较大优势。

1）成本低。螺纹铣削避免了大量更换不同类型丝锥的现象。单齿螺纹铣刀加工螺纹时不受螺纹规格、螺距的限制，加工 M1. 6 的螺纹铣刀也可加工 M2、M2. 5 的内螺纹，更适合用于不通孔和通孔的加工，且加工铝合金时，刀具几乎无损伤，实现更少的换刀次数。

2）加工优势。单齿螺纹铣刀的通用性强，螺纹尺寸可通过程序补偿实现精确控制，尤其适合有多种镀层要求的零件螺纹尺寸的精确控制。

不存在加工螺纹尺寸过大的问题，刀具折断也易取出，不会造成零件报废。

3）效率高。螺纹铣削加工内螺纹根据数控机床的稳定性，可以采用大转速快速进给，零件螺纹一次成型，尺寸精度有保证，加工效率可达传统攻螺纹的 3 倍以上。

参考文献：

[1] 螺纹孔系位置度量规的设计[J].王娟，马凯聪，孙逢节.工具技术.2015（03）

[2] 利用涨力板磨削非磁性工件[J].刘晓博.机械工人.冷加工.1987（04）

[3] 张慧云. 小螺纹数控加工试验[J]. 现代制造技术，2011，5：53 - 56

（作者单位：贵州梅岭电源有限公司）