加工中心中的 5 种螺纹加工方法

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  要点速览
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  刚性攻丝：小孔 CNC 螺纹加工的默认方法
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  螺纹铣削：一把刀具、任意直径，盲孔更安全
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  单点车削：车床上的外螺纹和大内螺纹
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  挤压攻丝：无切屑，在韧性金属中形成更强螺纹
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  旋风铣削：硬材料中的细长螺纹
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  分步操作：选择并验证螺纹加工方法
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  按零件几何形状和材料比较螺纹加工方法

刚性攻丝是 CNC 车间最先采用的螺纹加工方法。丝锥夹在同步夹头中或直接装在主轴上，机床按你编程的螺距精确进给。在现代加工中心上，主轴编码器和 Z 轴保持同步锁定，因此不需要浮动夹头来补偿不匹配。这使得该过程快速且可重复，一把 M8 丝锥在需要更换前可以加工数百个孔。

装夹从底孔钻头开始。对于切削螺纹，钻头直径等于公称直径减去螺距。M8 × 1.25 丝锥使用 6.8 mm 钻头。对于挤压丝锥，则加上大约半个螺距，因此 M8 × 1.25 挤压丝锥使用 7.4 mm 孔。这里出错是丝锥断裂最常见的原因：孔太小，扭矩会上升直到丝锥折断；孔太大，螺纹牙顶会变平。

切削速度取决于材料。在 6061 铝中，我们使用螺旋槽丝锥并充分供给切削液，速度为 15–25 m/min。在 304 不锈钢中，速度降至 5–8 m/min。铸铁在 8–12 m/min 下干切。铝中不需要啄式攻丝，但在不锈钢深孔中，每 1.5 × D 编程一次退刀以排屑。

该方法有硬性限制。距离台肩小于约 1.5 mm 的螺纹需要螺旋尖丝锥和退刀槽，否则无法达到全深度。在硬钢中，小于 M3 的螺纹经常断丝锥，长期来看螺纹铣削更便宜。丝锥无法纠正位置偏差的孔，因此要先准确钻孔。

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  切削螺纹底孔钻头公称直径减螺距（M8 × 1.25 → 6.8 mm）。
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  挤压攻丝底孔钻头公称直径减螺距再加半个螺距（M8 × 1.25 → 7.4 mm）。
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  铝中速度15–25 m/min，开切削液，螺旋槽。
  
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  304 钢中速度5–8 m/min，每 1.5 × D 退刀排屑。

螺纹铣削使用单点或多齿刀具，在绕孔做螺旋运动的同时每转下降一个螺距。由于刀具比孔小，它永远不会被楔住。这一事实正是螺纹铣削在盲孔、深孔或材料容易咬住丝锥时成为更安全的 CNC 螺纹加工方法的原因。

编程采用螺旋插补。进给率按刀具中心计算，而不是按螺纹牙顶计算，因此程序中输入的数值低于刃口处的实际切削速度。如果跳过这一修正，刀片会在第一刀就崩刃。一把 16 mm 螺纹铣刀在 6061 中以 100 mm/min 进给、0.5 mm 径向步距切削效果良好；在 4140 钢中降至 40–60 mm/min。

回报是刀具寿命和灵活性。一把 16 mm 螺纹铣刀覆盖 M14 到 M20 的粗牙和细牙，因此不必为每种尺寸备丝锥。如果螺纹通规检测偏小，可以用更大的偏移量重新运行螺旋，而不是报废零件。在混合批量的加工车间中，这种灵活性通常胜过攻丝的原始速度。

螺纹铣削并非适合所有孔。在小于约 M6 的孔中，刀具太细无法承受切削力，攻丝更优。它每孔也更慢，因此一个有 60 个相同 M8 孔的零件更适合攻丝。当零件昂贵、孔是盲孔或材料较硬时，使用螺纹铣削。

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  最佳孔径范围M6 及以上；低于 M6 刀具太弱。
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  铝中进给刀具中心约 100 mm/min，径向步距 0.5 mm。
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  4140 中进给40–60 mm/min，顺铣方向，吹气。
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  主要优势可调偏移量让你能挽救偏小的螺纹，而不报废零件。

在车床上，单点车螺纹是 CNC 车削中标准的螺纹加工方法。主轴旋转时，60° 刀片沿工件以螺距进给，一次切削一个牙侧。刀具便宜，几何形状易于检查，且该方法能加工丝锥或铣刀无法达到的螺距和直径，包括我们车铣复合中心上 4,000 mm 长的轴。

关键参数是进刀策略。直接径向切入会使切屑变宽、刀片破损。采用侧向进刀或交替侧向进刀，可将切削分散到两个刃口上。1045 钢中典型的 60° 刀片线速度为 120–180 m/min，每刀深度 0.05–0.15 mm。316 不锈钢中为 80–120 m/min，每刀 0.05–0.10 mm。始终留 0.02–0.05 mm 做一次光刀，清理牙侧。

最常见的错误是牙顶宽度。如果刀尖圆弧半径与螺距不匹配，牙顶会变平或变尖。开始前先查刀片图表。第二个错误是前刃口处切削液或空气不足，导致不锈钢加工硬化并撕裂螺纹。

单点车削每个螺纹较慢，但精度很高。在好的车床上，中径可控制在 ±0.02 mm，表面粗糙度 0.8–1.6 μm。这就是航空航天和液压接头几乎总是采用单点车削的原因，即使螺纹很小。

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  进刀方式侧向或交替侧向进刀，钢件上绝不直接径向切入。
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  1045 切削速度120–180 m/min，每次进给深度 0.05–0.15 mm。
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  316 切削速度80–120 m/min，每次进给深度 0.05–0.10 mm，光刀 0.02–0.05 mm。
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  表面粗糙度目标Ra 0.8–1.6 μm，中径公差 ±0.02 mm。

螺纹挤压成形不切削。丝锥带有瓣状轮廓，将金属挤压成螺纹形状，使牙根周围晶粒冷作硬化。结果是螺纹无切屑，疲劳强度比同材料切削螺纹高约 20–30%。对于承受振动的零件，这比加工节拍更重要。

该方法仅适用于韧性材料。铝、低碳钢、铜和黄铜成形良好。铸铁、钛和淬硬钢不行，因为它们要么崩碎要么回弹。如果不确定，检查延伸率：高于约 12% 通常可安全成形。

挤压丝锥需要更大的底孔和更大的扭矩。润滑必须良好，因为金属是被挤压而非剪切。在 6061 铝中，用 20–30 m/min 配成形润滑剂。在 1018 钢中，8–12 m/min。底孔必须钻得准确；锥形或超差底孔会使成形牙顶偏斜。

一个警告：挤压丝锥价格高，对底孔尺寸的容差比切削丝锥更小。底孔小 0.1 mm，丝锥会断。大 0.1 mm，螺纹会弱。我们通常先在废件上验证工艺，再批量加工。

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  适用材料6061、2024、1018、1045、铜和黄铜，延伸率高于 12%。
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  不适用材料铸铁、钛、淬硬工具钢。
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  6061 切削速度20–30 m/min，配成形润滑剂，加大底孔。
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  强度提升疲劳强度比切削螺纹高约 20–30%。

螺纹旋风铣是 CNC 中最不常用的螺纹加工方法，也是大多数人从未见过的。工件缓慢旋转，一圈刀片高速环绕它。刀片每次只接触螺纹的一小段弧，因此切削力分散，零件不会偏让。这是 17-4PH 或钛合金骨钉和小丝杠的标准方法。

旋风铣在安装在走心机或车铣复合中心上的专用旋风铣头上完成。刀片磨成精确的螺纹轮廓，因此螺纹形状一次走刀成形。参数取决于铣头，但典型旋风铣刀环转速 1,000–3,000 rpm，工件慢速旋转。结果是螺纹表面细密均匀、无毛刺。

代价是装夹。每种螺纹轮廓需要自己的刀片组，铣头必须校准。对于单件，装夹成本超过零件价值。对于几百件骨钉的批量，旋风铣比单点车削更快、更一致，且牙根圆弧更干净。

当螺纹相对其直径较长、材料较硬或牙根圆弧需控制疲劳时，使用旋风铣。不要用于铝支架上的标准 M8 孔。那是攻丝的工作。

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  典型零件骨钉、丝杠、17-4PH 或 Ti-6Al-4V 中的长细螺纹。
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  原理短接触弧保持切削力低，防止零件偏让。
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  装夹成本高；仅在几百件的批量中才划算。