內(nèi)錐球形螺紋是一種特殊的螺紋，較為少見，通常用在橡膠工業(yè)中，作為橡膠產(chǎn)品的模具，以滿足橡膠產(chǎn)品的成型需要。橡膠模具的凹模，該類零件通常都是單件小批生產(chǎn)，在以往的加工中，通常利用專用設(shè)備進行車削加工，不僅生產(chǎn)周期長、制造成本高，牙型質(zhì)量也不穩(wěn)定。筆者通過對傳統(tǒng)工藝的剖析，找出其中的不足，并深入研究，提出了采用數(shù)控銑削加工內(nèi)錐球螺紋的新工藝、新方法。

　　橡膠模具的內(nèi)錐球螺紋加工為例。工件材料為45調(diào)質(zhì)鋼。內(nèi)腔是特殊的螺紋結(jié)構(gòu)，牙型為半球形，螺距L=4mm，由大徑為90 mm長度12 mm的圓柱直螺紋，大端大徑90 mm、小端大徑80 mm長度16 mm的圓錐螺紋和大徑為80mm長度20 1Tim的圓柱直螺紋組合而成。加工難度突出表現(xiàn)在：圓柱直螺紋與圓錐螺紋連接處的順滑過渡，半球狀牙型型面的精度保證。以此，分析加工該零件的工藝思路。

1 傳統(tǒng)的加工工藝

　　傳統(tǒng)工藝加工該類零件，通常采用車削的方法。方案1選擇普通車床，利用靠模，采用成型車刀進行加工。這種工藝制作靠模的成本較高。成型車刀刀尖強度差，車削時受力較大，磨損嚴(yán)重，需要頻繁更換刀具，同時刀具對刀調(diào)整困難，牙型型面質(zhì)量難以保證，因此，經(jīng)濟效益差、勞動強度高，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，尤其不適應(yīng)單件小批量生產(chǎn)。

　　方案2選擇數(shù)控車床，利用螺紋車削指令編程，采用圖2a或圖2b所示的成型車刀進行數(shù)控車削加工。與方案1比較，圓柱直螺紋與圓錐螺紋連接處的過渡順滑。但刀具磨損仍然嚴(yán)重，成本較高，因此方案2經(jīng)濟效益差。

2 采用銑削加工新工藝

　　綜合以上分析，筆者通過深入研究，改進傳統(tǒng)工藝，采用銑削加工該球螺紋內(nèi)腔的新工藝。選擇三軸聯(lián)動的立式數(shù)控銑床或加工中心，采用鋸片式多刃專用成型銑刀，用宏程序?qū)β菪逖a運動軌跡編程加工，牙型槽余量分層去除。編程軌跡采用完整的空間螺旋線，較好地保證了圓柱直螺紋與圓錐螺紋連接處的順滑過渡，半球狀牙型由專用成型銑刀保證。銑削時由于銑刀高速旋轉(zhuǎn)且多刃(通常6～8刃)參與切削，因此強度高，較之車削，刀具刀尖不易磨損，大大降低了刀具成本，且對刀調(diào)整方便。

　　在立式銑床或加工中心上銑削螺紋時，由于成型銑刀上并無螺旋升角，而且銑削時銑刀底面始終處于水平狀態(tài)，因此加工中的螺旋升程完全靠機床的X、y、Z三軸聯(lián)動實現(xiàn)，因而用成型銑刀加工螺紋存在螺旋升角上的誤差。

　　現(xiàn)以底徑為76 mm的小端直螺紋為例分析該誤差的影響。d為中徑，則tand2=L／(d)=4(3.1476)=0.016 8，由此可知小端直螺紋螺旋升角妒=arc(tan0.016 8)0.96(該螺紋特殊，中徑難以確定，用小徑參與計算)，由計算可知螺旋升角非常小，而且直徑尺寸越大，螺旋升角越小，而該類螺紋為非配合螺紋，主要保證形狀正確，因此銑削內(nèi)錐球螺紋產(chǎn)生的螺旋升角的加工誤差可以忽略不計。

　　綜合以上分析，內(nèi)錐球螺紋采用新工藝進行數(shù)控銑削加工，可大大提高經(jīng)濟效益，降低勞動強度，穩(wěn)定加工質(zhì)量。

3 螺紋銑削參數(shù)求解

　　螺紋銑削是利用螺紋銑刀的旋轉(zhuǎn)運動，再利用數(shù)控機床的三軸聯(lián)動功能，螺紋銑刀向內(nèi)進刀到芯孔中的編程螺紋深度為止。為確保螺紋中的圓柱與圓錐段能順滑過渡，刀具銑削運動軌跡按完整的空間螺旋線進行。下面分析空間螺旋線上任意一點直角坐標(biāo)的求解思路，對于等螺距螺旋線上一點M在直角坐標(biāo)系XYZ中，當(dāng)螺旋運動角參變量變化360時，M點沿螺旋線在Z方向移動1個螺距L。

　　圓柱螺旋線在XOY平面的投影為半徑R的圓，那么對應(yīng)圓柱螺旋線上任意點M在直角坐標(biāo)系XYZ中。

　　圓錐螺旋線在XOY平面的投影為一平面螺旋線，對應(yīng)圓錐螺旋線上任意點M在直角坐標(biāo)系X YZ中，有X=R' X cosB,Y=R' X sin,式中R'為投影螺旋線極半徑，其值隨螺旋運動角參變量的變化而變化。設(shè)圓錐小端半徑R1，大端半徑R2，螺旋線從圓錐大端起始至小端結(jié)束，螺旋運動角參變量從0變化至,時，則對應(yīng)每變化1,投影螺旋線極半徑值變化(R2-R1)/1。

　　由以上分析可以得出，圓錐螺旋線上任意點M在直角坐標(biāo)系XYZ中，

　　分析本實例橡膠模具的銑削加工參數(shù)。

　　1)銑削整個內(nèi)錐球螺紋的空間螺旋線運動軌跡，從頂面(圓柱內(nèi)孔大端)開始銑至圓錐內(nèi)孔大端，其螺旋線運動角參變量從0變化至1080共有牙型3個二（螺紋長12 mm/螺距4 mm);接著銑至圓錐內(nèi)孔小端，角共變化2 520(共有牙型7個，28/4);最后銑至零件底面(圓柱內(nèi)孔小端)，至此角共變化4 320(共有牙型12個，4x14)。

　　在整個銑削過程中每增加1，對應(yīng)刀具沿Z向向下運動4/360=0.011 1 mm。

　　2)內(nèi)錐球螺紋中部圓錐螺紋段共有牙型4個(螺紋長16 mm/螺距4 mm=4牙)，銑削該段螺紋螺旋運動軌跡從圓錐內(nèi)孔大端起始至圓錐內(nèi)孔小端，其螺旋運動角參變量從0變化至1 440(4 X360)0 8每增加10，對應(yīng)投影螺旋線極半徑值減小[(90/2)-(80/2)]/1440=0.003 5 mm0

4 數(shù)控編程

　　銑削前，螺紋底孔通常先在數(shù)控車床上加工至小徑尺寸。即大端直孔孔徑86 mm，長12 mm；小端直孔孔徑加工至76 mm，長20 mm；中間錐孔長16 mm。

　　數(shù)控銑削左旋內(nèi)錐球螺紋時，銑削方式采用順銑，即刀具正轉(zhuǎn)(M03)，刀具沿z軸自上而下移動，進行逆時針螺旋狀運動。直接對螺紋成型銑刀刀心的空間螺旋狀運動軌跡編程加工。內(nèi)孔中心為G54原點，頂面為Z0面。

　　采用宏功能編程使得程序調(diào)整與控制較為靈活。球螺紋單邊加工余量為2 mm，分10次加工(為減小切削阻力降低刀具磨損)，依次分配為0．25mm、0.25 mm．、0.25 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.25mm、0.2 mm、0.15mm、0.1mm、0.05 mm。即C(#3)=43.25＼43.5＼43.75＼44＼44.25＼44.5＼44.7＼44.85＼44.95＼45。分粗、精銑確保牙型粗糙度要求。用G65非模態(tài)調(diào)用宏指令編程可以將粗、精加工編寫在同一主程序中，避免了手動反復(fù)修改程序中螺紋頂徑R值(即#3)，縮短了加工時間。

5 結(jié)語

　　文章分析了傳統(tǒng)工藝加工內(nèi)錐球螺紋存在的不足，提出了采用數(shù)控銑削加工內(nèi)錐球螺紋的新工藝和方法，并詳細(xì)分析了螺紋銑削參數(shù)求解、宏程序的編制方法。并將該工藝和編程方法成功應(yīng)用于橡膠模具零件內(nèi)錐球螺紋的生產(chǎn)中，幫助企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本、提高了經(jīng)濟效益，加工出符合設(shè)計要求的模具產(chǎn)品。