一种钛合金细小螺纹孔的数控铣削方法与流程

本发明涉及钛合金精密加工技术领域，尤其是一种钛合金细小螺纹孔的数控铣削方法。

背景技术：

钛合金具有强度高、密度小、韧性和抗蚀性能好等优点，广泛应用于航空、航天和医疗等行业。但是钛合金也有自身缺陷，如工艺性能差，切削困难。

当前针对钛合金常规切削性能的研究已经非常成熟，相应车削和铣削刀具的种类也非常完备，但针对于细小螺纹孔攻丝，尤其是规格尺寸＜m3，长径比＞2.5d的内螺纹一直是行业的瓶颈问题，国内外知名的刀具厂商也没有相应成功的案例进行参考。

产生该瓶颈问题的主要原因是：加工细小螺纹孔的丝锥自身强度低，同时钛合金变形系数小，切削温度高，单位面积上的切削力大，这就造成选用高速钢丝锥时，丝锥磨损快，需频繁更换，但选用硬质合金丝锥时，丝锥易崩刃和折断，且断刃不易取出，严重造成零件报废，而且加工孔还存在排屑堵塞的问题。

手动攻丝一直是加工大长径比细小螺纹孔的首选，但是手动攻丝效率极低，行业亟待攻关数控攻丝难题。但数控加工存在刀具选型和工艺过程控制等问题。而且现有钛合金攻丝专利中，大多局限于改进丝锥的刃磨角度，不适用于批量的数控加工。

技术实现要素：

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种针对于螺纹规格＜m3，长径比＞2.5的钛合金细小螺纹孔的数控铣削方法。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种钛合金细小螺纹孔的数控铣削方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴.将钛合金零件a装夹到数控设备的工作台上，并夹紧找正；

⑵.选用现有成型钻头进行螺纹底孔加工，钻头规格依照底孔推荐国标进行选型，加工时采用钻孔+扩孔的工艺方式；

⑶.扩孔后，保持零件夹紧方式不变，换取特殊定制的螺纹铣刀，进行内螺纹加工。

而且，步骤⑴所述的数控设备为高精度三轴数控加工中心，主轴转速可达到8000rpm，主轴具有高速稳定性，跳动量不大于0.005mm。

而且，步骤⑵所述的钻孔和扩孔时，保证零件a装夹方式不变，选用不同规格钻头，依次完成钻孔、扩孔，同时扩孔后的螺纹底孔规格尺寸接近国标推荐值上限，材质上钻孔钻头选用hss-co，扩孔钻头选用硬质合金，保证扩孔以后螺纹底孔具有较高的表面粗糙度和圆度。

而且，所述的螺纹铣刀，主切削刃部分采用三刃形式，且三刃共面，该部分的直径φd约为待加工零件a内螺纹的公称直径的0.75～0.8；刀柄切削长度l1约为待加工零件a内螺纹深度的3倍；φd为刀柄加持外圆，具体值根据机床夹头规格确定；l长度根据待加工零件的具体形状，既能加工零件又不和其他部位发生干涉。

而且，步骤⑶所述的铣削螺纹时分粗铣和精铣两次加工，加工时采取高转速低进给，快冷却的加工方式，切削轨迹为螺旋型，螺旋升距即为螺纹的螺距；粗铣以去量为主，由于刀具自身规格小而且刀柄长，易折断，应避免大的吃刀量，防止刀具磨损折断，可采取快进给，两次切削的方式；精铣保证精度，加工时进一步提高主轴转速，精铣后的螺纹具有非常高的表面粗糙粗和尺寸精度，保证螺纹的高精密要求，同时钛合金自身具较强的韧性，加工后的螺纹会比理论值小，所以为保证加工后螺纹的配合特性，应根据实际情况给与刀具补偿。

而且，加工时应保证冷却液对内螺纹加工时刀具的充分冷却，提高刀具的耐用度和零件螺纹精度的一致性；冷却液推荐选择水基切削液，保证更好的冷却效果。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明钻孔和扩孔的钻头选用含钴高速钢和硬质合金材质，大幅提升孔类加工效率。同时采用扩孔方式，保证了被加工零件孔较好尺寸精度和机床主轴非常高的形位精度，为后续螺纹铣削做好准备。

2、本发明螺纹铣刀采用硬质合金材质，非全牙型，更有利于排屑，不会造成热量积聚，保护刀刃的锋利；选用硬质合金材材质，刀具具有更高的强度，防止加工大长径比零件时刀杆发生变形，使得刀具折断或螺纹加工后规格不一致。而且即使刀具折断，断刃非常容易取出，不会造成零件的报废。

3、本发明通过该技术方案可以将钻孔与攻丝两序合并，使零件加工实现一次装夹，钻孔和攻丝同时完成，保证零件的加工精度和加工效率，能够满足内螺纹与其他加工基准形位精度要求非常高的零件。

4、本发明涉及到了一种钛合金细小螺纹孔的数控铣削方法，改变了传统钛合金人工攻丝的方法，采用数控加工提升螺纹的质量和效率，成功解决了钛合金大长径比细小螺纹孔的攻丝瓶颈问题，适合于高精度钛合金零件细小孔的攻丝难题。

附图说明

图1是本发明的螺纹铣削示意图；

图2a是螺纹铣刀示意图；

图2b是图2a的右视图；

图3是螺纹铣削截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种钛合金细小螺纹孔的数控铣削方法(参见图1)，采用钻孔、扩孔、铣削螺纹的工艺顺序进行加工，适合于小批量、高精度钛合金零件的实际加工。

本发明加工方法的程序编制是：

⑴.将钛合金零件a装夹到数控设备的工作台上，找正零件的加工基准，确定加工零点。所述的数控设备为高精度三轴数控加工中心，主轴转速可达到8000rpm，主轴具有高速稳定性，跳动量不大于0.005mm。

零件装夹时，根据零件的实际情况选择合适的装夹方案，如回转体可以采用三爪装夹，方形体可以选用压板等形式装夹。加工设备选用高精度的三轴数控加工中心，机床系统推荐选用西门子840d。

⑵.选用现有成型钻头进行螺纹底孔加工，钻头规格依照底孔推荐国标进行选型，加工时采用钻孔+扩孔的工艺方式。

保证零件a装夹方式不变，选用不同规格钻头，依次完成钻孔、扩孔。即：先加工粗底孔，钻头材质选用hss-co，钻头规格比下序扩孔钻头小0.3mm左右；选取扩孔钻头加工螺纹孔的底孔至国标要求尺寸，扩孔钻头材质选用硬质合金，加工是采用高转速(＞6000rpm),低进给的方式加工，保证加工后的螺纹底孔具有非常好的表面粗糙度和内孔圆度。

⑶.扩孔后，保持零件夹紧方式不变，换取特殊定制的螺纹铣刀，进行内螺纹加工。所述的螺纹铣刀1，如图2所示，主切削刃部分采用三刃形式，且三刃共面，该部分的直径φd约为待加工零件a内螺纹的公称直径的0.75～0.8，刀柄切削长度l1约为待加工零件a内螺纹深度的3倍。φd为刀柄加持外圆，具体值根据机床夹头规格确定。l长度根据待加工零件的具体形状，既能加工零件又不和其他部位发生干涉。

采用图3所示的加工轨迹进行螺纹铣削加工，该铣削螺纹时分粗铣和精铣两次加工，保证了螺纹的加工精度。由于钛合金材质的变形系数小，切削温度高，单位面积上的切削力大，所以加工时采取高转速低进给，快冷却的加工方式，保护刀具。为提高螺纹规格的一致性，铣削螺纹时采取先粗后精的加工方式，保证零件螺纹规格的一致性，同时也便于排出切屑。

铣削螺纹时分粗铣和精铣两次加工，加工时采取高转速低进给，快冷却的加工方式，切削轨迹为螺旋型，螺旋升距即为螺纹的螺距。粗铣以去量为主，由于刀具自身规格小而且刀柄长，易折断，应避免大的吃刀量，防止刀具磨损折断，可采取快进给，两次切削的方式；精铣保证精度，加工时进一步提高主轴转速，精铣后的螺纹具有非常高的表面粗糙粗和尺寸精度，保证螺纹的高精密要求。同时钛合金自身具较强的韧性，加工后的螺纹会比理论值小，所以为保证加工后螺纹的配合特性，应根据实际情况给与刀具补偿。

此外，加工时应保证冷却液对内螺纹加工时刀具的充分冷却，提高刀具的耐用度和零件螺纹精度的一致性。冷却液推荐选择水基切削液，以便于保证更好的冷却效果。

本实施案例非常适合于螺纹规格＜m3，长径比＞2.5的钛合金内螺纹孔的加工，成功解决了大长径比细小螺纹孔的攻丝的难题。通过与手动攻丝的前后对比，加工效率提升6-8倍，加工螺纹的质量一致性大幅提升，丝锥折断的概率大幅降低，对于该类型零件的加工具有非常高的参考价值和依据。