在数控镗铣中心上去除不全螺纹的铣削方法

王 芳 田 云 孟艳玲 李连海 崔文东 林 斌

（沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司，沈阳 110869）

核主泵泵体均为大型工件，其密封法兰面上的大螺纹孔（此尺寸在M100以上）需在大型数控镗铣中心上进行加工，在实际操作中无论螺纹孔的端面是否进行倒角，均会出现不是全螺纹的螺牙，这是必然现象。按照核主泵的加工制造要求，螺纹孔的开始部分不允许存在不全螺纹部分。目前是在设备上加工完螺纹后采用手工打磨的方法去除不全螺纹部分。手工打磨操作存在太多不确定因素，首先，一个工件存在多个螺纹孔，要保证在打磨过程中不能伤到里面相邻的螺牙；其次，打磨工具不能含有污染元素，价格高昂，由于孔多，打磨工具消耗数量大；再次，消耗工人的大量的加工时间。即使采用一些保护措施，也很难保证操作的安全性和可靠性。因此，需要开发数控程序进行加工，以增加制造的安全性、经济性和可靠性。

1 研究背景

一般大尺寸的螺距P都是在3～6mm，螺纹的间距都很小，由于螺纹升角与端面相交，在接近端面的部位都是不全螺纹部分，如图1所示，此部分螺纹边缘与刀尖一样锋利，很容易划伤螺栓表面，且由于存在此部分螺纹，螺栓也不容易对正。根据此大尺寸工件的结构特点，沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司（以下简称“我公司”）采用意大利PAMA公司生产的SPEEDRAM2000数控镗铣加工中心，应用SIEMENS840语言系统进行加工。为达到铣除不全螺纹的目的，经过技术人员和操作者反复进行编程和实践操作，最终研究出了加工不全螺纹的通用方法，即不论不全螺纹在任何位置，均可通过该程序进行铣削。

2 不全螺纹数控铣削方法

第一：加工基准的统一。在加工螺纹及不全螺纹时均是以工件端面作为基准平面进行加工，如图2所示。而加工基准的统一确保了加工操作的安全性。

第二，加工区域的确定。螺纹是以每360°产生一个螺距形式的连续螺旋线，如图3所示，将一个圆周分成4等分，形成4个区域，每个区域是1/4个圆周，即90°，1号区域的加工起始点为0°，2号区域的加工起始点为-90°，3号区域的加工起始点为-180°，4号区域的加工起始点为-270°，因为每个螺距加工都是以螺旋线形式连接的，即360°为1个螺距，所以，每个区域都是以1/4螺距的距离产生。

图1 螺纹加工图

图2 铣削不全螺纹示意图

第三，加工起始点的确定。当加工完螺纹时，观察螺纹端头与工件端面形成的不全螺纹位置处于哪个区域，确定区域后再确定程序的输入参数。

第四，采用逆铣的方式进行加工。根据确定的不同区域，确定不同的加工深度，将刀具确定在加工深度处，采用逆铣，即从里往端面进行铣削，由于在原理第一处已确定了相同的加工基准，因此，采用从里往外铣削的加工方法，保证了不能铣削到里边的相邻的全螺纹齿形，使其加工具有安全性。

如图2所示，首先是以工件的端面作为加工螺纹及铣削不全螺纹的基准平面，然后通过观察，确定好要加工第一个全扣的位置，如图3所示。如果是1号区域，则主程序里的R1=1，如果是2号区域则R1=2，以此类推。在设计子程序时，避免铣到相邻的扣牙，采用3轴联动方法沿螺旋升角小圆（R52）切入，然后沿螺距整圆铣削一圈，之后退刀，一个孔加工完。在选用铣刀时可任意铣刀直径，只要不超过孔直径就可以。因为此程序与铣螺纹程序是同一个加工基准平面，所以在铣不全螺纹时只要对一次零点就可以了，程序可以直接走连续加工完所有孔。这种加工路线即方便又准确。

图3 加工区域1的数控坐标图

程序说明：

子程序设置：R1为加工区域；R2为参考平面；R3为加工深度（必须是螺距倍数）；R9为螺距；R10为安全返回平面；R21为螺纹孔公称直径。

R1=1 R2=0 R9=3 R10=L R21=115 R50=10

R1=加工区域，共分为4个区域，1为1号区域，2为2号区域，3为3号区域，4为4号区域。

R2=基准平面。

R9=螺距。

R10=L，安全返回平面。此平面离基准平面应足够大，以使刀具在从此孔运行到下一孔时避免与基准平面干涉，碰坏工件表面。

R21=螺纹大径。

R50=铣刀半径。

;(R1=MACHIN ANGLE 1=0 DEGREE 2=-90 DEGREE 3=-180 DEGREE 4=-270 DEGREE )

;(R2=REFERENCE PLANE )

;(R9=PITCH )

;(R10=RETRACT PLANE )

;(R21=THREAD DIA. )

;(R50=TOOL RAD. )

R51=R21/2-R50 铣刀移动到起点的直线距离。

R52=R51/2 铣刀从加工深度O′移动到S点的半径。

R53=R9/4 1/4螺距，360°为一个螺距，因为是4个加工区域，所以每90°是一个加工区域。

R80=-R9 将螺距数值赋予R80用于计算。

R81=R80-R53 R82=R81-R53 R83=R82-R53 R84=R83-R53

R81—1号区域的加工深度；R82—2号区域的加工深度；R83—3号区域的加工深度；R84—4号区域的加工深度。

当R1=1时跳转到目标程序1；当R1=2时跳转到目标程序2；当R1=3时跳转到目标程序3；当R1=4时跳转到目标程序4；当R1什么都没等于或超出条件范围时跳转到目标程序5。

LABEL1：目标程序1。

G00 G90 Z=R2 Z轴快速移动到基准平面。

G00 Z=R81 Z轴快速移动到1号区域所需要的加工深度。

G91 G64由绝值改为增量值编程，开始连续路径执行程序。

G03 X=R51 Y=0 Z=R53 CR=R52 逆时针切削，X轴Y轴移动到螺纹起点，Z轴移动1/4螺距的距离，沿着螺纹升角切入。（G03为程序语言，表示逆时针旋转；CR为程序语言，表示刀具轨迹半径）

G03 X=0 Y=0 Z=R9 I=-R51 J=0 逆时针切削整圆，X轴Y轴起点与终点为同一点，Z轴沿着螺旋线移动一个螺距。（I，J为刀具中心S相对于坐标原点O的坐标，等同于X，Y坐标）

G01 X=-R51 X轴返回到螺纹孔中心。

G00 G90 G60 Z=R10 取消准停连续路径，Z轴以绝对值快速移动到安全返回平面。

GOTOF LABEL5 跳转到目标5结束程序。

LABEL5∶ M17子程序结束。

注：子程序包括LABEL1，2，3，4共4上（？？），涵盖4个象限，共360°，即一个螺距。

3 先进性和社会效益

本研究通过机械加工方法去除不全螺纹，加工精确，节省钳工的精力和节省打磨设备，且安全性高。在屏蔽主泵泵体的加工上均应用了这种方法，加工效果良好，这种加工方法可以应用到所有大尺寸工件螺纹孔的加工中，尤其对有密封要求的产品对其装配及承压件的密封均有很大益处。