数控攻丝工艺

6．5．1  攻丝加工的内容、要求

图6-5-1需要攻丝加工的工件图样

用丝锥在工件孔中切削出内螺纹的加工方法称为攻螺纹； 

  攻丝加工的螺纹多为三角螺纹，为零件间连接结构，常用的攻丝加工的螺纹有；牙型角为60°的公制螺纹，也叫普通螺纹；牙型角为55°的英制螺纹；用于管道连接的英制管螺纹和圆锥管螺纹。本节主要涉及的攻丝加工的是公制内螺纹，熟悉有关螺纹结构尺寸、技术要求的常识，是学习攻丝工艺的重要基础。

普通螺纹的基本尺寸如下：

(1)螺纹大径：d＝D (螺纹大径的基本尺寸与公称直径相同)

(2)中径： d2＝D2＝d－0.95P

(3)牙型高度：H＝O.5413P

(4)螺纹小径：d1＝D1＝d－1.0825P

如图6-5-1中M10-7H的螺纹，为普通右旋内螺纹。查表得螺距P＝1.5，其基本尺寸：

螺纹大径：D＝10；

螺纹中径： D2＝D－0.95P＝9.02

图6-5-2丝锥基本结构

螺纹小径：D1＝D－1.0825P＝8.36

中径公差带代号7H

小径公差带代号7H

牙型高度：H＝O.5413P＝0.82

螺纹有效长度：L＝20.0

螺纹孔口倒角：C1.5

6．5．2  丝锥及选用

丝锥加工内螺纹的一种常用刀具，其基本结构是一个轴向开槽的外螺纹，如图6-5-2所示。螺纹部分可分为切削锥部分和校准部分。切削锥磨出锥角，以便逐渐切去全部余量；校准部分有完整齿形，起修光、校准和导向作用。工具尾部通过夹头和标准锥柄与机床主轴锥孔联接。

攻丝加工的实质是用丝锥进行成型加工, 丝锥的牙型、螺距、螺旋槽形状、倒角类型、丝锥的材料、切削的材料和刀套等因素，影响内螺纹孔加工质量。

   根据丝锥倒角长度的不同，丝锥分为：平底丝锥；插丝丝锥；锥形丝锥。丝锥倒角长度影响CNC加工中的编程深度数据。

图6-5-3刚性丝锥                               图6-5-4浮动丝锥

丝锥的倒角长度可以用螺纹线数表示，锥形丝锥的常见线数为8～10，插丝丝锥为3～5，平底丝锥为1～1.5。各种丝锥的倒角角度也不一样，通常锥形丝锥为4°～5°，插丝丝锥为8°～13°，平底丝锥为25°～35°。

盲孔加工通常需要使用平底丝锥，通孔加工大多数情况下选用插丝丝锥，极少数情况下也使用锥形丝锥。总地说来，倒角越长，钻孔留下的深度间隙就越大。

与不同的丝锥刀套连接，丝锥分两种类型：刚性丝锥，见图6-5-3；浮动丝锥（张力补偿型丝锥，见图6-5-4。

浮动型丝锥刀套的设计给丝锥一个和手动攻丝所需的类似的“感觉”，这种类型的刀套允许丝锥在一定的范围缩进或伸出，而且，浮动刀套的可调扭矩，用以改变丝锥张紧力。

使用刚性丝锥则要求CNC机床控制器具有同步运行功能，攻丝时，必须保持丝锥导程和主轴转速之间的同步关系：进给速度＝导程×转速。

除非CNC机床具有同步运行功能，支持刚性攻丝，否则应选用浮动丝锥，但浮动型丝锥较为昂贵。

浮动丝锥攻丝时，可将进给率适当下调5％，将有更好的攻丝效果，当给定的Z向进给速度略小于螺旋运动的轴向速度时，锥丝切入孔中几牙后，丝锥将被螺旋运动向下引拉到攻丝深度，有利于保护浮动丝锥，一般，攻丝刀套的拉伸要比刀套的压缩更为灵活。

数控机床有时还使用一种叫成组丝锥的刀具，其工作部分相当于2～3把丝锥串联起来，依次分别承担着粗精加工。这种结构适用于高强度、高硬度材料或大尺寸、高精度的螺纹加工。

6．5．3  CNC机床攻丝工艺与编程的要点

图6-5-5加工右旋螺纹G84循环和加工左旋螺纹G 74循环

1．攻螺纹动作过程

攻丝是CNC铣床和CNC加工中心上常见的孔加工内容，首先把选定的丝锥安装在专用攻丝刀套上，最好是具有拉伸和压缩特征的浮动刀套。攻丝步骤如下：

  第1步： X、Y定位。

  第2步：选择主轴转速和旋转方向。

  第3步：快速移动至R点

  第4步：进给运动至指定深度。

  第5步：主轴停止。

  第6步：主轴反向旋转。

  第7步：进给运动返回。

  第8步：主轴停止。

  第9步：快速返回初始位置。

  第10步：重新开始主轴正常旋转。

2．攻丝循环G84、 G74格式

⑴ 指令格式：

攻左旋螺纹：G74 X～Y～Z～R～P～F～；

攻右旋螺纹：G84 X～Y～Z～R～P～F～；

⑵ 孔加工动作：

如图6-5-5所示，G 74循环用于加工左旋螺纹，执行该循环时，主轴反转，在XY平面快速定位后快速移动到R点，执行攻螺纹到达孔底后，主轴正转退回到R点，主轴恢复反转，完成攻螺纹动作。

 动作与G74基本类似，只是G84用于加工右旋螺纹。执行该循环时，主轴正转，在G17平面快速定位后快速移动到R点，执行攻螺纹到达孔底后，主轴反转退回到R点，主轴恢复正转，完成攻螺纹动作。

 攻螺纹时进给率根据不同的进给模式指定。当采用G94模式时，进给速度＝导程×转速。当采用G95模式时，进给量 ＝导程。在G74与G84攻螺纹期间，进给倍率、进给保持均被忽略。

⑶ 攻内螺纹程序例

图6-5-6工件中两螺纹孔

试用攻螺纹循环编写如图6-5-6中两螺纹孔的加工程序。

O6500；

……

N050 G95 G90 G00 X0 Y0；

（加工右旋螺纹M12）

M03 S100

G99 G84 X-25.0 Y0 Z-24 R10.0  F1.75；

………

(换左旋螺纹丝锥，加工左旋螺纹M12LH)

M04 S100；

G98 G74 X25.0 Y0 Z-24.0 R10.0 F1.75；

G80 G94 G91 G28 Z0；

3．攻丝工艺数据的确定

⑴ 底孔直径大小

丝锥攻内螺纹前，先要有螺纹底孔，理论上，底孔直径就是螺纹的小径，底孔直径大小确定，要考虑到工件材料塑性大小及钻孔扩张量等因素。

丝锥攻螺纹时，伴随较强的挤压作用。因此，金属产生塑性变形形成凸起并挤向牙尖，攻出螺纹的小径小于底孔直径，因此，攻螺纹前的底孔直径应稍大于螺纹小径，否则攻螺纹时因挤压作用，使螺纹牙顶与丝锥牙底之间没有足够的容屑空间，将丝锥箍住，甚至折断丝锥。此种现象在攻塑性较大的材料时将更为严重。但是底孔不宜过大，否则会使螺纹牙型高度不够，降低连接强度。

 底孔直径大小，要根据工件材料塑性大小及钻孔扩张量考虑，按经验公式计算得出： 

①在加工钢和塑性较大的材料及扩张量中等的条件下：

 钻＝D－P

式中：D钻—攻螺纹钻螺纹底孔用钻头直径，mm；

D—螺纹大径，mm；

P—螺距，mm。

②在加工铸铁和塑性较小的材料及扩张量较小的条件下：

 D钻＝D－(1.05～1.1)P

⑵ 攻螺纹底孔深度的确定

丝锥攻丝的编程深度与丝锥的切削锥角形状有关，为了正确地加工一个螺纹孔，必须根据所加工孔的结构特征和规格来选择丝锥，丝锥的切削锥角形状或锥角的长度不仅影响丝锥攻丝的编程深度，而且影响预加工孔的编程深度。

攻不通孔螺纹时，由于丝锥切削部分有锥角，端部不能切出完整的牙型，所以钻孔深度要大于螺纹的有效深度。一般取：

H钻＝h有效+0．7D

式中：H钻—底孔深度，mm；

h有效—螺纹有效深度，mm；

D—螺纹大径，mm。

⑶ 工艺计算例：

分别计算在钢件和铸铁件上攻M10螺纹时的底孔直径各为多少?若攻不通孔螺纹，其螺纹有效深度为30mm，求底孔深度为多少? 

解： M10 ，P＝1.5mm。

钢件攻螺纹底孔直径：

D钻＝D－P＝10—1.5—8.5(mm)

铸铁件攻螺纹底孔直径：

D钻＝D－(1.05～1.1)P

＝10－(1.05～1.1)1.5

＝10－(1.575～1.65)

＝8.425～8.35(mm)。

取D钻＝8．4(mm)(按钻头直径标准系列取一位小数)

底孔深度：H钻＝ h有效+0.7D＝20+0.7 ×10＝27(mm)

⑷ 孔口倒角

用锪钻或钻头在孔口倒角，其直径应大于螺纹大径尺寸。这样，可使丝锥开始时容易切入，并可防止孔口的螺纹牙崩裂。

⑸ R平面的值

观察如下的攻丝程序：

 …

例中的螺纹螺距1.5㎜。通常R平面是攻螺纹的起点位置，Z向深度是螺纹绝对值深度。例中攻丝加工时，R平面的高度值为R10㎜，一般要比钻孔、铰孔、单点镗以及其它孔加工循环中使用的R值要高一些，而且其进给率通常也很大。但这些值的选择都是有原因的，因为设计的攻丝加工运动要符合CNC同步运行控制特点。当主轴处于特定转速时，进给运动的速度必须达到相应的定值才能正确加工螺纹。

如，当主轴500r/min时，加工螺距为1.5mm的螺纹，进给速度必须达到1.5×500＝750(mm/min)的速度时加工的螺纹才是正确的。

因此，数控机床的螺纹加工时，无论是车削螺纹还是攻内螺纹，在拟定螺纹加工路线时，须设置足够长的进给运动的升速段和降速段。

6．5．4  攻内螺纹工艺编程实例

如图6-5-1零件，毛坯是钢件，材料为 (45钢)，上表面及槽已加工，本课题加工4×M10-7H的四个螺纹孔，4-M10—7H为普通右旋内螺纹，螺距P＝1．5，其大径10；中径7H、小径公差带代号7H；螺纹有效长度：L＝15.0；螺纹孔口倒角：C1.5。

1．实例工艺分析

⑴ 螺纹孔加工过程分析：

加工4×M10螺纹的方法是，先用φ18 mm点钻（钻头角900）加工4×M10的引正孔并同时完成C1.5孔口倒角，再钻4×M10底孔，最后攻丝4×M10。

⑵ 孔加工循环的选择：

φ18 mm点钻加工引正孔、孔倒角应用G82孔加工循环，4×M10底孔加工用G81孔加工循环， 4×M10是右旋螺纹，攻丝理应用G84孔加工循环。

⑶ 坐标系及螺纹孔XY位置值：

坐标系设定如图6-5-1，4×M10的XY坐标分别是1#（33，30）；2#-（-33，30）；3#（-33，-30）；4#（33，-30）。

⑷ 孔加工循环的高度平面选择

Z向R面高度：对G81、G82为螺纹孔上表面上方3㎜，对G84应大一点，为螺纹孔上表面上方10㎜比较保险。

初始平面高度：为螺纹孔上表面上方20㎜。

孔底面高度：

①钻φ8.5底孔孔底面高度：考虑到钻头角以及通孔的因素，取下表面下方3mm。

②φ18 mm点钻加工孔倒角

钻头角为900，倒角C1，则深度位置在上表面下方：1㎜+0.5 D＝1+0.5×10＝6㎜。

③对丝锥深度位置：取：Z-27。

⑸ 攻螺纹底孔直径的确定

攻螺纹底孔直径：D钻＝D－P＝10－1.5＝8.5 (mm)

⑹ 钻削用量的计算

设零件材料为灰口铸铁(HT200)，攻4-M10螺纹丝锥刀具材料为高速钢。

f＝1.5㎜/r，取v＝12m／min

主轴转速，S＝1 000 V/πD≈318×12÷10≈380r/min

则F＝1.5×S＝1.5×380＝570㎜/min

浮动刀套可下调5%，则修改F＝570×0.95≈540㎜/min

2．孔加工编程

加工程序编制如下：

O6501 

(T01—18mm直径的点钻)

G21 G17 G40 G80 T01

T01 M06

G90 G54 G00 X33Y30 S350 M03 T02

G43 Z50.0 H01 M08

G99 G82 R5.0 Z-6.5 P100 F35

M98 P6502

G80 Z50.0 M09

G49 G28 Z10.0 M05

M01

(T02—8.5mm直径钻头加工底孔) 

T02M06

G90 G54 G00 X33 Y30 S600 M03 

G43 Z50.0 H02 M08

G99 G81R5.0 Z-35.0 F50

M98 P6502

G80 Z50.0 M09

G28 Z50.0 M05

M01

(T03攻螺纹)

T03M06

G90 G54 G00 X33 Y30 S380 M03 T03 

G43 Z50.0 H03 M08

G99 G84 R10.0 Z-27.0 P100 F540

M98 P6502

G80 Z50.0 M09

G49 G28 M05

M30

2#3#4#孔定位子程序：

O6502

X-33 Y30

X-33 Y-30

X33 Y-30 

M99；