內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，作為橡膠產品的模具，以滿足橡膠產品的成型需要。橡膠模具的凹模，該類零件通常都是單件小批生產，在以往的加工中，通常利用專用設備進行車削加工，不僅生產周期長、制造成本高，牙型質量也不穩(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，提出了采用數控銑削加工內錐球螺紋的新工藝、新方法。

　　橡膠模具的內錐球螺紋加工為例。工件材料為45調質鋼。內腔是特殊的螺紋結構，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，磨損嚴重，需要頻繁更換刀具，同時刀具對刀調整困難，牙型型面質量難以保證，因此，經濟效益差、勞動強度高，加工質量不穩(wěn)定，尤其不適應單件小批量生產。

　　方案2選擇數控車床，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。但刀具磨損仍然嚴重，成本較高，因此方案2經濟效益差。

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腔的新工藝。選擇三軸聯(lián)動的立式數控銑床或加工中心，采用鋸片式多刃專用成型銑刀，用宏程序對螺旋插補運動軌跡編程加工，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，因此銑削內錐球螺紋產生的螺旋升角的加工誤差可以忽略不計。

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

3 螺紋銑削參數求解

　　螺紋銑削是利用螺紋銑刀的旋轉運動，再利用數控機床的三軸聯(lián)動功能，螺紋銑刀向內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的求解思路，對于等螺距螺旋線上一點M在直角坐標系XYZ中，當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，那么對應圓柱螺旋線上任意點M在直角坐標系XYZ中。

　　圓錐螺旋線在XOY平面的投影為一平面螺旋線，對應圓錐螺旋線上任意點M在直角坐標系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束，螺旋運動角參變量從0變化至,時，則對應每變化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在直角坐標系XYZ中，

　　分析本實例橡膠模具的銑削加工參數。

　　1)銑削整個內錐球螺紋的空間螺旋線運動軌跡，從頂面(圓柱內孔大端)開始銑至圓錐內孔大端，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，對應刀具沿Z向向下運動4/360=0.011 1 mm。

　　2)內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孔大端起始至圓錐內孔小端，其螺旋運動角參變量從0變化至1 440(4 X360)0 8每增加10，對應投影螺旋線極半徑值減小[(90/2)-(80/2)]/1440=0.003 5 mm0

4 數控編程

　　銑削前，螺紋底孔通常先在數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。

　　數控銑削左旋內錐球螺紋時，銑削方式采用順銑，即刀具正轉(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。內孔中心為G54原點，頂面為Z0面。

　　采用宏功能編程使得程序調整與控制較為靈活。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，避免了手動反復修改程序中螺紋頂徑R值(即#3)，縮短了加工時間。

5 結語

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