什么是攻丝及攻丝加工的常见问题

攻丝是用丝锥在工件的孔内部切削出内螺纹。

（1）决定丝锥性能的因素包括：

•     工件材料
•     切削速度
•     切削刃材料
•     刀柄
•     丝锥形式
•     孔的尺寸
•     攻丝刀柄
•     切削液
•     孔深

（2）螺距：螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

（3）导程：同一螺旋线上相邻两牙对应点的轴向距离。用代号S表示。

（4）螺纹的公称直径：除管螺纹以通管的内径（英寸单位）为公称直径外，其他螺纹的公称直径，均以螺纹的大径为公称直径（公制单位）。

（5）螺纹中径：中径最为重要，因为它控制所有螺纹组装的配合与强度。中径在节线上，这一位置的齿宽与相邻齿槽宽度一致。

02、螺纹的命名

英制螺纹：英制螺纹是螺纹尺寸用英制标注，是美国、英国与加拿大根据统一的体系开发的。

公制螺纹 ：根据ISO（国际标准化组织）系统开发的，是全球公制螺纹的标准。

03、设计高性能攻丝加工

（1）完美应用

攻丝过程需要考虑的因素有：工件设计、丝锥设计、应用。其目标是降低切削力，同时丝锥强度达到最大。

（2）平衡各种选项： 必须兼顾应用的方方面面

（3）丝锥设计要点

1）对于形成长屑的较软的粘性材料

•     丝锥结构简单
•     前角和钩形角度较大
•     后角和避空较大
•     自由切削
•     易于崩刃
•     丝锥整体较脆弱
•     容屑空间大

2）对于硬性材料

•     丝锥具有重载结构
•     前角和钩形角度小
•     铲背和后角小
•     切削压力较高
•     刃口设计粗壮，减少崩刃
•     横截面大
•     容屑空间有限

（4）丝锥设计需考虑的因素：丝锥槽型、刀具材料、表面强化处理。这些设计特点必须保持平衡，才能提供适当的切削，切屑控制，润滑和扭转强度。

*注：攻丝中丝锥必须做什么动作，而其它刀具不需要？

必须在切削中途停止并反转出孔，而切削依然留在沟槽中。这就给金属加工中的攻丝和丝锥的设计带来一个最大的挑战。

04、丝锥的形状

（1）丝锥切削面的类型

①正确选用丝锥正向钩形丝锥

②正确选用丝锥小的或负向钩形角丝锥

（2）丝锥切削锥

每增加一个切削锥齿，丝锥使用寿命都会按指数延长。测试表明每加半个切削齿螺纹， 刀具使用寿命就会加倍。与其他刀具不同， 丝锥切屑荷载只能随着排屑槽数量和切削锥长度改变而改变。

（3）倒锥：与其他所有的刀具类似，丝锥也略有倒锥。

（4）螺纹铲背

螺纹铲背的优点有：

•     切削轻快，热量积聚少
•     丝锥上缠绕，粘结的材料少（粘屑，积屑瘤少）
•     可采用较高的攻丝速度
•     补偿工件材料的塑性变形

螺纹铲背的缺点有：

•     切削刃变脆，易于崩刃
•     主轴和装夹（包括浮动刀柄）刚性不足是会使螺纹超差
•     在反转时非常细小的切屑可能会嵌入使切削刃崩刃

（5）丝锥公差

每个丝锥都有专用的中径尺寸。

标有 H 或 D 公差的丝锥 ( 主要是美国的丝锥 )

•     H/D  公差表示丝锥的螺纹尺寸。
•     字母表明丝锥的尺寸大于或高于基本中径 (“H”=英制 , “D” =公制 )， 还是低于基本中径 (“L”=英制 , "DU"= 公制 )。
•     实际丝锥尺寸数字与基本中径有关，如：H2，D3，L1，或 DU2每个丝锥都有专用的中径尺寸！

丝锥往往标有螺纹等级

•     通用 HP 丝锥系列
•     标明丝锥是符合部件配合等级的正确尺寸
•     3B级丝锥适用于 2B 级部件
•     标有 “ X” 的丝锥等级表明其公差较大，用于精密丝锥，电镀或热处理部件，或用于接近（弹性记忆）的材料 。

电镀的攻丝螺纹

•     对于内螺纹，您必须选择较大公差等级的丝锥
•     较大的中径会使螺纹尺寸稍微大一些
•     电镀以后的增大量又会使螺纹尺寸回到规定值

05、丝锥的切削处理

（1）孔的类型和切屑处理

（2）挤出切削，螺旋排屑槽丝锥

•     最适合用于盲孔和深孔加工
•     推荐用于产生粘连切屑的材料
•     非常适合用于断续切削

螺旋排屑槽丝锥的锥芯很薄，是丝锥设计中最脆弱的部分。因此，速度要比直排屑槽丝锥低30% ~ 40%，以免断裂。

（3）拉出切削

（4）直排屑槽丝锥

•     强度最大的丝锥
•     推荐用于易断屑的材料，如黄铜和铸铁或硬化钢
•     通常需要冷却液或气体 冲洗排屑槽中的切屑
•     可以具有多种切削锥形式

– Taper (Form A)“A” – 初锥

– Plug (Forms B & D)“B/D” – 中锥

– (Form C) “C” – 半平底或修正平底

– (Form E) “E”– 平底

（5）挤压丝锥：其加工特点是，无论在通孔还是盲孔中都不产生切屑。

（6）切削丝锥与挤压丝锥对比

（7）底孔尺寸对挤压螺纹的影响

06、丝锥的涂层

（1）涂层的优点

①表面处理

•     改进HSS丝锥的外观
•     不会改变丝锥的尺寸

②丝锥寿命提高

•     耐磨性高
•     减少摩擦和功耗
•     减少崩刃和折断
•     表面硬度少许提高

③提高螺孔的表面质量和尺寸精度

•     切削刃保持锋利
•     具有润滑作用
•     降低负荷和擦伤
•     积屑瘤最少

（2）什么是积屑瘤？

工件材料熔焊或咬死在切屑刃上的积留物。

（3）传统的表面处理

（4）薄膜涂层

07、攻丝加工的成功诀窍

（1）确定螺纹百分比   

钻头钻孔尺寸确定了螺纹底径与螺纹高度的百分比，你使用的钻头直径越大，达到的螺纹高度比越小 !

（2）底孔尺寸的选择

一般首选螺纹高度的65% 到70% !

83%高度的螺纹仅比65%高度的螺纹强度大2%，但是攻丝扭矩超过其两倍！

（3）常见问题

①产生削顶的原因

    手动攻丝

– 手动进给不协调，进给太快或太慢

    机床攻丝

– 非同步攻丝循环编程不当

    丝杠机床

– 丝杠磨损或丝杠调整螺母松动产生背隙

    凸轮进给机床

– 凸轮廓形不对或磨损

    采用气动或液压的机床

– 不可控，压力太高或太低

    齿轮进给机床

– 齿轮调整不当或磨损产生背隙

②解决削顶问题

对于最精密的螺纹，进给应与主轴转速同步！进给量和主轴旋转必须与螺纹螺距相匹配。

（6）CNC机床同步攻丝的优点

•     螺纹深度控制
•     孔到孔尺寸一致
•     消除削顶
•     必要时可以复攻

（7）刀柄的选择

用于非同步攻丝

– 具有固定攻丝循环的采用钻进给的CNC机床

– 凸轮，齿轮，气动，或液压进给机构

    用于同步攻丝

– 遇到尺寸过大/尺寸过小螺纹时

（8）刀柄维护

适当的刀柄维护可以确保加工高质量螺纹，和丝锥的使用寿命。

•     内部机构不应该有切屑和碎片
•     经常润滑确保部件灵活移动，防止生锈
•     经常测试刀柄，尤其是使用水溶性冷却液时

08、故障排出

（1）螺纹过大

攻丝数控设置

在无刚性攻丝循环的数控机床攻丝时：

•     编程进给量至丝锥倒程的95 - 98%
•     使用仅有伸长的刀柄或带压缩锁定的伸缩刀柄

在具有刚性攻丝循环的CNC机床上攻丝时：

•     丝锥导程编程为进给量 100%
•     使用整体刀柄或同步刀柄

如果削顶使螺纹量规的止端通过 :

•     重新编程 ，遵照“非刚性”程序
•     考虑使用快速更换接头。可以有最小“浮动”

（2）切屑缠绕

    更改丝锥形式
  →直槽
  →较小的螺旋角

•     缩短切削锥
•     更改前角形状
•     增加槽数
•     改变速度
•     钩形较小的
•     如是刚性攻丝，增加啄钻循环
•     考虑挤压丝锥

（3）润滑选择

对于攻丝而言，润滑的目的是减少摩擦。因此，一般地，攻丝使用的是润滑剂，而非冷却液；如果是冷却液，则要增加 EP  (超高压) 或HP  (高压) 添加剂。

丝锥有固定的大量进给量，由丝锥齿距控制，钻进给量可以调至控制荷载。

（4）冷却液应用

09、丝锥选择基础

在选择丝锥之前，我们需要了解：

•     孔的类型，通孔，盲孔还是深孔
•     最小钻孔深度
•     要求的最短螺纹深度
•     是否考虑采用挤压丝锥
•     攻丝的工件材料