螺紋銑削是一種用於在各種尺寸的孔（尤其是大直徑孔）上加工螺紋的製程。它與攻絲有一些相似之處，但不同之處在於螺紋銑刀的直徑遠小於被加工螺紋的孔徑。因此，刀具沿著孔的圓週做圓週運動來形成螺紋。本文將探討螺紋銑削的定義、工作原理、種類、優點和缺點。
螺紋銑削概述
螺紋銑削是一種利用刀具在工件上加工螺紋的方法，該刀具與工件的接觸面積有限。對於內螺紋加工，螺紋銑刀的直徑小於孔徑。它以相對較高的速度旋轉，並沿著孔的圓週做圓週運動。這與攻牙不同，攻牙時絲錐的直徑與螺紋孔的直徑相同，並且在加工過程中絲錐會沿著工件的整個圓週與工件接觸。
螺紋銑削的主要功能是在工件上加工螺紋。它最常用於加工孔內的內螺紋，但也可用於加工零件上的外螺紋。螺紋銑刀具有固定的螺距（每英吋螺紋數或導程），但可以加工左旋螺紋和右旋螺紋，並適應不同的螺紋側角。
螺紋銑削主要用於加工難加工材料的螺紋。對於較軟或易加工的材料，通常採用傳統的攻牙方式在孔內加工螺紋。螺紋銑削也適用於大直徑螺紋孔或盲孔底部螺紋加工－在這些情況下，攻牙有限製或不切實際。其靈活性也使其能夠在零件的外表面上加工螺紋。
螺紋銑削的工作原理
螺紋銑削的工作原理是使用高速旋轉的齒形刀具。主軸固定刀具，刀具在水平XY平面內沿著圓週路徑運動，同時沿著垂直Z軸以恆定的低速前進。這樣，刀具的每個齒在每次旋轉過程中，都能在孔內沿著Z軸方向銑出一個螺紋輪廓。螺紋通常一次走刀即可完成，但有時也需要多次（通常是兩次）垂直走刀才能完成。
螺紋銑削與其他銑削型有何不同
人們已經開發出多種銑削技術，每種技術都使用特定的刀具來去除材料並加工工件。螺紋銑削使用一種異形刀具，這與其他銑刀有所不同。有些銑削操作可以透過轉動手輪來手動移動刀具，但螺紋銑削由於刀具需要協調的三軸運動，因此必須使用數控銑床。刀具以恆定速度旋轉，沿著 Z 軸（垂直方向）勻速前進，同時在 XY 平面（水平方向）上沿圓週運動以形成螺紋。相較之下，其他類型的銑削通常涉及刀具旋轉而工件主要沿一個方向移動，例如端面銑削。
螺紋銑床的類型
就像零件上的孔形狀各異一樣，螺紋銑刀也有不同的設計，適用於特定的應用。以下是三種主要類型：
直槽螺紋銑刀
這些刀具的切削齒之間設有直槽式排屑槽。排屑槽平行於刀具軸線（無螺旋角）。這意味著多個連續的切削齒同時與工件嚙合，從而實現相對較高的材料嚙合度。這限制了刀具的切削速度和進給量，因此直槽螺紋銑刀通常更適合加工易加工材料。它們通常是通用應用的最佳選擇。
螺旋槽螺紋銑刀
螺旋槽螺紋銑刀的刀身圓週上排列著多排刀齒，有助於排屑。然而，這些刀齒呈螺旋狀，通常與工件呈15°或30°角。這種螺旋排列方式透過錯開刀齒與工件的嚙合位置來降低切削側向壓力。它們最適合高速銑削。
單形螺紋銑床
單齒螺紋銑刀只有一個切削齒用於加工螺紋輪廓，並配有多個排屑槽。有些型號甚至包含兩排齒。這種銑刀每轉只能加工一個螺紋，因此加工速度較慢。然而，加工單一螺紋的優點在於它所需的刀具扭矩顯著降低，產生的熱量也更少。因此，單齒螺紋銑刀最適合加工難加工材料，也是用途最廣泛的螺紋銑刀類型。
螺紋銑削的優點
螺紋銑削相比攻絲具有以下幾個優點：
- 單螺紋銑刀可以加工內螺紋和外螺紋、左旋螺紋和右旋螺紋，以及不同直徑的螺紋。
- 由於螺紋銑刀並非與工件的整個圓週接觸，因此與材料的嚙合程度顯著降低。因此，驅動刀具所需的功率和扭力也更小。
- 由於嚙合程度降低，螺紋銑刀的磨損比同等規格的絲錐小得多。
- 螺紋銑削非常適合加工難加工材料。特別是，對於這類材料，可以使用單面銑刀來最大限度地減少切削力，從而降低工件變形、刀具振動和刀具斷裂的風險。
螺紋銑削的缺點
螺紋銑削並非適用於所有應用。其部分缺點包括：
- 在某些情況下，螺紋銑削的主要缺點是速度比攻絲慢。如果用絲錐可以可靠且輕鬆地加工出螺紋，那麼用螺紋銑削完成相同的螺紋加工則需要更長的時間。
- 與攻絲相比，螺紋銑削需要更複雜的設備。數控工具機是螺紋銑削的必備工具，沒有它就無法進行加工。
如何選擇螺紋銑床
零件生產過程中，螺紋銑床的選擇受多種因素影響。首先是生產批量。對於大批量生產，轉速可能至關重要；而對於小批量生產，轉速的重要性則相對較低，即使在較低的進給量和轉速下，也可以使用經濟高效的螺紋銑床。
其次，孔徑的大小決定了使用可轉位刀具或整體硬質合金刀具更為合適。可轉位刀具採用可拆卸的硬質合金刀片，因此只需更換切削部分，而無需更換整個刀具。對於較大直徑的孔，可轉位刀具通常比整體硬質合金刀具更經濟，因為整體硬質合金刀具磨損後必須整體更換。
第三個需要考慮的因素是螺紋孔的深度。對於非常深的孔，單齒螺紋銑刀加工時間可能很長，因此應考慮使用多齒銑刀。最後，工件材料也會影響刀具基體和塗層的最佳選擇。
選擇合適的螺紋銑床
選擇合適的螺紋銑刀至關重要，因為它直接影響每個零件的生產成本效益。選錯刀具通常會對車間造成兩方面的影響：要麼刀具磨損過大導致頻繁更換，要麼螺紋加工時間過長，降低生產效率。此外，不合適的螺紋銑刀也會導致螺紋品質不佳，最終造成零件報廢。
螺紋銑刀的選擇會影響加工速度、品質和成本效益。時間就是金錢，縮短加工週期對機械加工總是有利。合適的螺紋銑刀能夠在相對較高的進給速度和切削速度下實現最佳加工週期，而不會過早縮短刀具壽命。延長刀具壽命可以提高整體成本效益。應根據螺紋孔和材料選擇刀具，以避免過度磨損，同時仍能實現合理的高速螺紋加工。這也會影響加工質量，因為螺紋加工過程中產生的熱量會導致螺紋變形，而振動和切屑衝擊會降低螺紋表面光潔度。
螺紋銑削工藝
螺紋銑削的第一步是了解應用、待加工材料以及孔的幾何形狀，例如深度、直徑和所需的螺紋規格。這為第二步——選擇最合適的螺紋銑刀——提供了依據。第三步是數控編程，這需要計算徑向切削深度以及適當的進給量和切削速度。為了方便編程，建議使用專為螺紋銑削設計的CAD/CAM軟體。編程完成後，最好先製作一個試件來驗證刀具路徑、進給量和切削速度，以免影響生產零件。測試成功後，即可開始全面生產。
螺紋銑削技巧
所有螺紋銑削應用都能從設定最佳數控刀具路徑的經驗中獲益。以下是一些實用的螺紋銑削技巧：
- 密切監測刀具磨損和螺紋質量，以便進行適當調整。
- 盡可能使用最低的切割速度。
- 確保足夠的冷卻液流量和壓力，以保持切削麵的安全溫度並幫助排屑。
- 牢固地夾緊工件，以最大程度地降低螺紋銑削過程中振動的風險。
- 如果發現切削刃磨損，請考慮調整刀具進刀方式。從孔底進行逆銑或增加徑向走刀次數有助於延長刀具壽命。
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