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整体硬质合金内螺纹铣刀（也可简称为“整硬螺纹铣刀”）用得较多，如图4-12所示的两个世界著名品牌的两种圆柱内螺纹铣刀和一种锥管内螺纹铣刀。 图4-11 用镶嵌式双侧刃螺纹梳刀铣内螺纹 整硬螺纹铣刀上的槽都是斜螺旋槽，目的是使主轴转一周的切削过程中切削力比较均匀。整硬螺纹铣刀的槽的条数多为3、4、5，有的铣刀也有2条槽和超过5条槽。 整硬螺纹铣刀的直径范围因厂家不同而略有不同。肯纳供应的整硬螺纹铣刀直径范围是ϕ2.4～ϕ13.9mm，即最小可铣M3×0.5螺纹，最大可铣M20×2.5螺纹。 山特维克供应的整硬螺纹铣刀直径范围是ϕ3.2～ϕ19mm，即最小可铣M4×0.7螺纹，最大可铣M24×3.0螺纹。 整硬螺纹铣刀是定制式、定螺距螺纹铣刀，即一把刀只与一种制式的一种螺距的内螺纹对应。 图4-12 整体硬质合金内螺纹铣刀 a）山特维克的一种圆柱内螺纹铣刀（M16） b）肯纳的一种圆柱内螺纹铣刀（M16） c）山特维克的一种锥管内螺纹铣刀（NPT螺纹每英寸11.5牙） 图4-13所示为一把整硬铣刀的照片和局部放大照片。 图4-13 一种整硬螺纹铣刀的照片和局部放大照片 4.2 数控系统中用于攻螺纹的指令4.2.1 柔性攻螺纹指令1.发那科系统的柔性攻螺纹指令 发那科新、老系统的柔性攻螺纹指令略有不同。这里只介绍0i-MA系统的柔性攻螺纹指令。先介绍0i-MA系统的柔性攻螺纹循环指令G84。 G84指令格式为： G00 Xa Ya Za； M03 Ss； G84 Xb Yb Zz底Rz起PpFf Kk； 其中，X、Y是螺纹孔中心位置的坐标数据；Z是攻螺纹底面的Z坐标值；R是R点所在起始平面的Z坐标值；P是丝锥在攻螺纹底面的暂停时间（ms）；F是丝锥的进给速度；K是攻螺纹重复次数，攻一次时可省略。 图4-14所示为发那科0i-MA系统的柔性攻螺纹循环指令的动作示意。在G98状态下，执行G84指令结束时丝锥退回到初始平面，如图4-14a所示。在G99状态下，执行G84指令结束时丝锥退回到起始平面（R点），如图4-14b所示。 图4-14 发那科0i-MA系统的柔性攻螺纹指令G84动作示意 a）G98状态下 b）G99状态下 在G98状态下攻一个螺纹孔，主轴为每转进给，基本程序O401如下： O401； N1 G54 G90 G95 G98 G00 X0 Y0 Z_； N2 G43 H_Za； N3 Ss M03； N4 G84 Xb Yb Zz底Rz起Pp Ff Kk； N5 G80； N6 G49 G00 Z_； N7 X0 Y0 M05； N8 M30； 执行N4段即G84指令时有如下6个动作： ①快速到达初始点B。 ②快速到达起始点R。 ③主轴正转，攻螺纹到孔底面点C。 ④在底面处暂停p毫秒。 ⑤主轴反转，丝锥退到起始点R。 ⑥主轴停转，丝锥快速抬到初始点B。 在G98状态下攻一个螺纹孔，主轴为每分钟进给，基本程序O402如下： O402； N1 G54 G90 G94 G98 G00 X0 Y0 Z_； N2 G43 HZ_a； N3 Ss M03； N4 G84 Xb Yb Zz底Rz起Pp Ff Kk； N5 G80； N6 G49 G00 Z_； N7 X0 Y0 M05； N8 M30； 在此程序中，N4段内f与N3段内s的关系为 f=螺距×s 执行N4段即G84指令段的6个动作与执行O401程序中N4段的动作相同。 2.西门子系统的柔性攻螺纹指令 西门子系统的柔性攻螺纹指令分为单动指令和循环指令。 （1）802D系统的柔性攻螺纹指令G63 G63是柔性攻螺纹的单动指令，使用时连续指令两段：一段用于攻螺纹，另一段用于回退。在XY平面定位到指定位置和指令主轴转速后，指令如下程序段： G00Z_；下降到攻螺纹起始位 G63 Z_F_M03/04；攻螺纹，攻右旋螺纹用M03；攻左旋螺纹用M04 G63 Z_M04/03；右旋螺纹回退用M04；左旋螺纹回退用M03 图4-15所示为用G63指令攻M16螺纹，PP403.MPF程序如下： 图4-15 用802D系统的柔性攻螺纹指令G63攻M16螺纹 PP403.MPF N01 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 S150 M03 N02 T1 D1 N03 G17 X40 Y30 Z60 N04 Z5 N05 G6 3Z-34 F300 N06 G63 Z5 M04 N07 G00 Z100 N08 X0 Y0 M05 N09 M02 执行N05段是攻螺纹，执行N06段是回退。M16螺纹的螺距是2mm，所以当主轴转速取150r/min时，进给速度就必须取300mm/min，即这两个指令数据必须成1∶2的关系。如果攻左旋螺纹，N01段中应使用M04指令，N06段中用M03指令。当然，攻左旋螺纹用的是左旋丝锥。 （2）西门子802D系统的柔性攻螺纹循环指令CYCLE840 它的指令格式为： CYCLE840（RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，DTB，SDR，SDAC，ENC，MPIT，PIT） 该循环指令括弧内的11个参数的含意分别为： RTP：返回平面的Z坐标值。 RFP：参考平面即螺纹顶面的Z坐标值。 SDIS：安全平面与参考平面间的距离，即安全间隙，恒为正值。 DP：攻螺纹底面的Z坐标值。 DPR：攻螺纹底面与参考平面间的距离，恒为正值。 DTB：在攻螺纹底面的停顿时间（s）。 SDR：退回时的旋转方向。自动颠倒用0；M03用3；M04用4。 SDAC：循环结束后的旋转方向。M03用3；M04用4；M05用5。 ENC：是否带编码器攻螺纹代号。不带编码器攻螺纹用1；带有编码器攻螺纹用0。 MPIT：用螺纹尺寸指令粗牙螺纹的螺距。M03用3，M48用48。指令范围为3～48。 PIT：用数值指令螺距。指令范围为0.001～2000.000mm。 以上部分参数的含义如图4-16所示。 CYCLE840指令分为两种：一种用于无编码器攻螺纹，另一种用于有编码器攻螺纹。两种指令执行时的动作都分5步（见图4-16），执行过程只有一点不同：无编码器攻螺纹时②步和④步的准备功能是G63，而有编码器攻螺纹时②步和④步的准备功能是G33。 两种指令的编程方法略有不同。区别之一是第九个参数ENC有编码器时指令为“0”，无编码器时指令为“1”（在配备编码器的机床上柔性攻螺纹时也可以不用编码器）。区别之二是第6个参数DTB只有在无编码器攻螺纹时才生效，所以在有编码器攻螺纹时此参数位应为空（不指令）。 图4-17所示为用802D系统的CYCLE840指令攻螺纹孔的例子，螺纹尺寸是M16，螺距是2mm。 在攻螺纹底面停顿1s，无编码器攻螺纹，PP404.MPF程序如下： 图4-16 西门子802D系统的柔性攻螺纹循环指令CYCLE840部分参数含义 a）无编码器攻螺纹 b）有编码器攻螺纹 PP404.MPF N01 G54 G90 G00 S600 M03 N02 T1 D1 N03 G17 X40 Y30 Z60 N04 G01 F300 N05 CYCLE840（15，0，5，，34，1，4，3，1，16，） N06 M02 有编码器攻螺纹，其他参数及条件不变，PP405.MPF程序如下： PP405.MPF N01 G54 G90 G00 S600 M03 N02 T1 D1 N03 G17 X40 Y30 Z60 N04 G01F300 N05 CYCLE840（15，0，5，，34，1，4，3，0，16，） N06 M02 图4-17 用西门子802D系统的柔性攻螺纹循环指令CYCLE840攻M16螺纹 4.2.2 刚性攻螺纹指令1.发那科系统的刚性攻螺纹指令发那科新、老系统的刚性攻螺纹指令略有区别。这里介绍0i-MA系统和0i-MD系统的刚性攻螺纹指令。 （1）0i-MA系统的刚性攻螺纹指令G84 G84的指令格式为： （Xa Ya Za；） M29 Ss； G84 Xb Yb Zz底Rz起Pp Ff Kk； 其中，X、Y是螺纹孔中心的坐标数据；Z是攻螺纹底面的Z坐标值；R是R点所在起始平面的Z坐标值；P是丝锥在攻螺纹底面的暂停时间（ms）；F是丝锥的进给速度；K是攻螺纹的重复次数，攻一次时可省略。 执行G84指令的动作分两种：在G98状态下分6步，结束时回到初始平面（见图4-18a）；在G99状态下分5步，结束时回到R点所在的起始平面（见图4-18b）。后者常用于连续攻多个螺纹孔的场合。 图4-18 执行发那科0i-MA系统的刚性攻螺纹指令G84动作示意 a）G98状态下 b）G99状态下 O406程序是用刚性攻螺纹指令G84编制的攻螺纹孔的程序。用每转进给（G95），所以N4段中的F字可直接指令为螺距值。 O406； N1 G54 G90 G95 G98 G00 X0 Y0 Z_； N2 G43 H_Za； N3 Ss M29； N4 G84 Xb Yb Zz底Rz起Pp F_Kk； N5 G80； N6 G49_G00 Z_； N7 X0 Y0 M05； N8 M30； O407程序是用G84指令，用每分钟进给（G94）编制的攻螺纹孔的程序，N4段中F字的数据应为螺距与N3段中S值的乘积。 O407； N1 G54 G90 G94 G98 G00 X0 Y0 Z_； N2 G43 H_Za； N3 Ss M29； N4 G84 Xb Yb Zz底Rz起Pp Ff Kk； N5 G80； N6 G49 G00 Z_； N7 X0 Y0 M05； N8 M30； （2）0i-MD系统的刚性攻螺纹指令G84.2 0i-MD系统中把刚性攻螺纹指令与柔性攻螺纹指令G84分开。G84.2的指令格式为： G00 Xa Ya Za； ； 其中，X、Y是螺纹孔中心位置的坐标数据；Z是攻螺纹底面的Z坐标值；R是R点所在起始平面的Z坐标值；P是丝锥在攻螺纹底面的暂停时间（ms）；F是丝锥的进给速度；L是攻螺纹的重复次数，攻一次时可省略；S是主轴转速。 执行此G84.2指令的动作分两种：在G98状态下分6步，结束时回到初始平面（见图4-19a）；在G99状态下分5步，结束时回到R点所在的起始平面（见图4-19b）。后者常用于连续攻多个螺纹孔的场合。 图4-19 发那科0i-MD系统的刚性攻螺纹指令G84.2动作示意 a）G98状态下 b）G99状态下 O408程序是用刚性攻螺纹指令G84.2编制的攻螺纹孔的程序。采用每转进给（G95），所以N4段中的F字可以直接指令为螺距值。 O408； N1 G54 G90 G95 G98 G00 X0 Y0 Z_； N2 G43 H Za； ； N5 G80； N6 G49 G00 Z_； N7 X0 Y0 M05； N8 M30； O409程序是用G84.2指令，用每分钟进给（G94）编制的攻螺纹孔的程序，N4段中F字的数据应为螺距与主轴转速S的乘积。 O409； N1 G54 G90 G94 G98 G00 X0 Y0 Z_； N2G43HZa； ； N5 G80； N6 G49 G00 Z_； N7 X0 X0 M05； N8 M30； 2.西门子系统的刚性攻螺纹指令 西门子系统的刚性攻螺纹指令分为单动指令和循环指令。 （1）802D系统的刚性攻螺纹指令G331/G332 G331/G332是刚性攻螺纹的单动指令，使用时连续指令两段：G331段用于攻螺纹；G332段用于回退。在这两段前还要加一段使主轴处于位置控制状态的指令（SPOS=0）。它的指令格式是在XY平面定位到指定位置后指令如下4段： Z_；下降到攻螺纹起始位 SPOS=0；主轴进入位置控制状态 G331 Z_K_S_；攻螺纹； G332 Z_K_；回退，此时主轴转向会自动颠倒 其中的K代表螺距：K为正值时攻右旋螺纹；K为负值时攻左旋螺纹。G331段和G332段中K值的正、负号必须一致。 图4-20所示为用G331/G332指令攻M16螺纹，右旋螺纹。编制的程序PP410.MPF 如下： 图4-20 用802D系统的刚性攻螺纹指令G331/G332攻M16 PP410.MPF N01 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N02 T1D1 N03 G17 X40 Y30 Z60 N04 Z5 N05 SPOS=0 N06 G331 Z-34 K2 S150 N07 G332 Z5 K2 N08 G00 Z100 N09 X0 Y0 M05 N10 M02 在此程序中： N03段是定位到XY平面内的螺纹孔中心位置。 N04段是下降到攻螺纹起始位置。 N05段是使主轴开始处于位置控制状态。 N06段是攻螺纹到攻螺纹底面，此时主轴正转，每转进给2mm。注意攻螺纹底面应比螺纹底面低几毫米. N07段是回退，此时主轴（自动）反转，每转进给2mm。 （2）802D系统的刚性攻螺纹循环指令 西门子802D系统刚性攻螺纹循环指令是CY-CLE84，它的指令格式为： CYCLE84（RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，DTB，SDAC，MPIT，PIT，POSS，SST，SST1） 该循环指令的12个参数的含义分别为： RTP：返回平面的Z坐标值。 RFP：参考平面即螺纹顶面的Z坐标值。 SDIS：安全平面与参考平面间的距离，即安全间隙，恒为正值。 DP：螺纹底面的Z坐标值。 DPR：攻螺纹底面与参考平面间的距离，恒为正值。 DTB：在攻螺纹底面的停顿时间（s）。 SDAC：循环结束后的旋转方向。M03用3，M04用4，M05用5。 MPIT：用螺纹尺寸间接指令粗牙螺纹的螺距。M03用3，M48用48，指令范围为3～48。攻右旋螺纹时数据前加正号（可省略），攻左旋螺纹时数据前加负号。 POSS：在攻螺纹开始时定位主轴的角度位置（°）。 SST：攻螺纹速度。 SST1：退回速度。 以上部分参数的含义如图4-21所示。丝锥（主轴）在攻螺纹底面停顿后转向自动颠倒。 第四个参数DP和第五个参数DPR只需指令一个，另一个空着。攻螺纹底面应在螺纹底面之下若干毫米，因为丝锥头部有一段锥面。 图4-22所示为用802D系统的CYCLE84指令攻M16螺纹孔，螺距是2mm。 选择参考平面为螺纹顶面，攻螺纹程序PP411.MPF如下：PP411.MPF 图4-21 西门子802D系统的刚性攻螺纹循环指令CYCLE84动作示意 图4-22 用西门子802D系统的刚性攻螺纹循环指令CYCLE84攻M16 N01 G54 G17 G90 T1 D1 N02 G00 X0 Y0 Z100 N03 X40 Y30 Z60 N04 CYCLE84（15，0，5，，34，1，5，16，，90，300，500）；用螺纹大径间接指令螺距 N05 G00 X0 Y0 Z100 N06 M02返回平面在参考平面之上15mm，安全平面在参考平面之上5mm，攻螺纹底面在参考平面之下34mm（即螺纹底面之下4mm）；攻螺纹时在底部停顿1s；循环结束后主轴停转；螺距是M16粗牙螺纹的标准螺距；攻螺纹开始时主轴定位在90°位置；攻螺纹速度是300r/min，攻右旋螺纹；回退速度是500r/min。 PP412.MPF是与PP411.MPF等效的另一个程序。此程序中的螺距2mm用尺寸直接指令。此外，此程序中攻螺纹底面位置改用第四个参数指令（PP411程序中是用第五个参数指令的）。 PP412.MPF N01 G54 G17 G90 T1 D1 N02 G00 X0 Y0 Z100 N03 X40 Y30 Z60 N04 CYCLE84（15，0，5，-34，，1，5，，2，90，300，500）；用尺寸指令螺距 N05 G00 X0 Y0 Z100 N06 M02 4.3 数控系统中用于铣螺纹的指令4.3.1 发那科系统的螺旋插补指令发那科系统中直接用于铣螺纹的指令有螺旋插补指令G02（顺时针）和G03（逆时针），它指令刀具螺旋移动。 配备发那科系统的数控立式铣床和立式加工中心一般都有这个功能。 在数控铣床和加工中心上，G02/G03原本是圆弧切削指令，它指令刀具在用G17或G18或G19指定的平面内沿圆弧线移动。 当G02/G03作为螺旋插补指令时，就可指令与圆弧插补轴同步移动的其他轴，并且最多可指令两个，但较常用的是指令一个其他轴，而且此轴垂直于圆弧插补平面。 常用的螺旋插补指令格式为： G17 G02/G03 X_Y_I_J_Z_F_； G17 G02/G03 X_Y_R_Z_F_； G18 G02/G03 X_Z_I_K_Y_F_ G18 G02/G03 X_Z_R_Y_F_； G19 G02/G03 Y_Z_J_K_X_F_； G19 G02/G03 Y_Z_R_X_F_； 这些程序段可以用在G90状态下，也可以用在G91状态下。 用R指定圆弧中心位置时，圆心角小于或等于180°时R为正值，大于180°时R为负值。用I、J、K指定圆弧中心位置时，I、J、K的值分别为X向、Y向、Z向圆弧起点坐标值减去圆弧中心点的坐标值。 一个含螺旋插补指令的程序段最多只能实现一整圈（360°）的插补运动。当用螺旋插补指令G02/G03做一整圈（360°）插补时，圆弧半径或圆心位置只能用I、J、K中的两个来指令，而不能用R来指定。 使用螺旋插补指令有两个注意事项：一是刀具半径补偿只对圆弧进行；二是在指令螺旋线插补的程序段中不能指令刀具偏置和刀具长度补偿。 图4-23所示为插补指令用于XY平面。图中的实线是刀具的移动轨迹，此轨迹起点是A（r，0，0），终点是C（0，r，l）。C′（0，r，0）是C点在XY平面上的投影。图示轨迹的螺旋插补程序段可用如下两个程序段之一： 螺旋插补指令G02/G03的进给量如图4-24所示。5个方向的进给量如图4-24a所示。在 图4-23 发那科系统螺旋插补指令用于XY平面 a）螺旋插补轨迹 b）螺旋插补轨迹展开 图4-24 发那科系统螺旋插补指令G02/G03的进给量 a）5个方向的进给量 b）XY平面上3个方向的进给量 c）展开图上3个方向的进给量 通过任意一点B的XY平面内有3个方向的进给量，如图4-24b所示。G02/G03程序段中指令的f值是沿圆周的切向进给量f，沿X轴正、负方向和Y轴正、负方向的进给量f1和f2分别是指令值f的分量，f1、f2的大小由B点的位置（α的大小）决定。 在圆柱面展开图上也有3个方向的进给量，如图4-24c所示。这3个方向的进给量分别是：沿XY平面内（投影）圆周切线方向的f、沿Z向的f3和沿螺旋线空间切线方向的f4。这3个量的关系为：f和f3是f4的分量，具体表示为 f3/f=tanλ f/f4=cosλ 在一个指令中，螺旋升角λ是定值。式中的f是指令中F字中的值。由图4-24c可见，Z向进给量f3与指令f值的关系为 Z向进给量f3也等于指令f值乘以导程（一圈的升程）除以投影半径r与圆周率的乘积，即 f3=fP/（πr） 注意5个方向进给量中只有f值能在指令段中直接见到，Z向进给量是否超过本机床的Z向最大进给量，要用此式做计算后才能知道。 4.3.2 西门子系统的螺旋插补指令西门子系统的螺旋插补指令是：G02/G03 TURN。螺旋插补由G17、G18或G19指令的平面中进行的圆周运动和垂直于该平面的直线运动 组成。螺旋插补的刀具轨迹是一条螺旋线。螺旋插补可以用于铣削螺纹或液压缸的螺旋形润滑槽。802D系统的G17、G18和G19指令的平面中各有5种指令格式。其中，G17指令的平面中的5种指令格式如下（第一组）： （G17 F_）； XY平面 G02/G03 X_Y_Z_I_J_TURN=_； 终点和圆心 G02/G03 CR=_X_Y_Z_TURN=_； 圆半径和终点 G02/G03 AR=_I_J_； 张角和圆心 G02/G03 AR=_X_Y_Z_TURN=_； 张角和终点 G02/G03 AP=_RP_Z_TURN=_； 极坐标系：极点圆弧 在第一种指令格式中，X、Y是螺旋线终点的坐标值，此坐标值在G90环境下是绝对值、在G91环境下是增量值；TURN的值代表螺旋线中（插补）整圆的个数。当螺旋线正好是整圈（N）时，TURN应等于（指令为）N-1。 这里举一个用西门子802D系统的螺旋插补指令铣整数圈内螺纹的例子（见图4-25）。从下往上铣10圈的M16螺纹。走刀时多走一圈，即走11整圈。采用水平入刀和水平出刀方式。参考程序PP413.MPF如下： PP413.MPF N01 G54 G95 G40 G00 X30 Y25 Z100 S1500 M03 N02 T1 D1 N03 Z15 M08； 刀上的A点到达工件之上的C点 N04 Z-20； 刀上的A点到达工件上的D点 N05 G41 G01 X8 F0.05； 刀上的B点到达工件上的E点 N06 G03 Z2 I-8 TURN=10 F0.06； 刀上的B点到达工件上的F点 N07 G40 G00 X0 M09； 刀上的A点到达工件上的G点 N08 Z100 M05；垂直抬刀 N09 M02 此程序用的是螺旋插补指令。指定XY平面时可以省略G17指令。注意N06段中的TURN指令为10，而不是11。螺距2mm在程序中不用单独指令，系统会根据现有的指令值计算出。 图4-25 用西门子802D系统的螺旋插补指令铣整数圈内螺纹 G18指令的平面中的第一种指令格式为： （G18 F_）；XZ平面 G02/G03X_Z_Y_I_K_TURN=_；终点和圆心 G19指令的平面中的第一种指令格式为： （G19F_）；YZ平面 G02/G03Y_Z_X_J_K_TURN=_；终点和圆心 图4-26中轨迹对应的第一组第一种格式的指令为： G17 G02 XxCYyCZzCIiJj TURN=n； 图4-26中的l是Δz的绝对值，它等于zC减去zA，α为终点与起点间对应的小于360°的夹角（绝对值）。i是圆心相对于起点的X向增量值，j是圆心相对于起点的Y向增量值。图示的n等于2。 执行此程序段时，从起点A开始的运行顺序是：先以O点为圆心运行n个整圈到B点，再以相同的导程亦即相同的螺旋升角运行到终点C。由于指令中没有直接给导程P，所以应给出一个计算导程的公式。 设终点C相对于起点A的Z向距离为Δz，终点C与起点A对应的小于360°的夹角为α（绝对值），那么导程P与Δz、指令中TURN数n和α的关系为 式中的α单位为（°）。在此图中Δz的绝对值用l表示。 图4-27所示为西门子系统螺旋插补指令同起点、同圆心、同导程、同整圈数条件下的4种α角。 图4-26 西门子系统螺旋插补指令在G17环境下的轨迹 从图4-27中可以看到，在“四同”的条件下，不同 的α角对应不同的升程Δz，或者说不同的升程Δz对应不同的α角。 图4-28所示为西门子系统螺旋插补指令同起点、同圆心、同升程（Δz）、同整圈数条件下的4种α角。 从图4-28中可以看到，在“四同”的条件下，不同的α角对应不同的导程P，或者说不同的导程P对应不同的α角。 图4-27 西门子系统螺旋插补指令同起点、同圆心、同导程、同整圈数条件下的4种α角 a）终点与起点投影夹角为0°时铣整2圈 b）终点与起点投影夹角为72°时铣2.2圈 c）终点与起点投影夹角为180°时铣2.5圈 d）终点与起点投影夹角为270°时铣2.75圈 图4-28 西门子系统螺旋插补指令同起点、同圆心、同升程、同整圈数的4种α角 a）终点与起点投影夹角为0°时的导程值 b）终点与起点投影夹角为72°时的导程值 c）终点与起点投影夹角为180°时的导程值 d）终点与起点投影夹角为270°时的导程值 4.4 铣螺纹的入刀和出刀方式4.4.1 铣外螺纹的入刀和出刀方式1.入刀 铣外螺纹最常用的入刀方式是切向斜入刀，如图4-29a所示。入刀段是一段空间Z向斜线，这段斜线与XY平面的夹角λ的大小等于螺纹的螺旋升角。不管用哪种铣刀，也不管是从上向下铣还是从下向上铣，铣削时都可用这种方式入刀。 铣外螺纹的另一种入刀方式是法向入刀，如图4-29b所示。这种入刀方式的应用是有条件的，即用横向有一个或多个刃齿的铣刀。从上向下铣螺纹时，如果切削起点在螺纹（工件）顶面之上，那么可以用这种法向入刀。从下向上铣螺纹时，如果是通螺纹即整个外圆上都有螺纹，而且切削起点在螺纹（工件）底面之下，那么也可以用法向入刀。当然，像图4-29b中工件那样螺纹下端处有退刀槽的也可以用法向入刀。 2.出刀 铣外螺纹最常用的是切向斜出刀。使用螺纹梳刀和整体硬质合金螺纹铣刀时只能用这种方式出刀。铣外螺纹的另一种出刀方式是法向出刀，它适用于使用横向有一个或多个刃齿铣刀的场合。 4.4.2 铣内螺纹的入刀方式铣内螺纹的入刀方式主要有3种：90°螺旋切向入刀、180°螺旋切向入刀和径向入刀。 1.90°螺旋切向入刀
图4-29 从下向上铣外螺纹的入刀方式 a）铣外螺纹的切向入刀（通用） b）铣外螺纹的法向入刀（限制使用） 图4-30 从下向上铣削内螺纹的90°螺旋切向入刀方式 a）工件和铣刀视图 b）螺纹和入刀段轨迹视图 90°螺旋切向入刀方式较为常用。它适用于各种螺纹铣刀且其刃口回转直径d3小于螺纹半小径的场合。图4-30所示为采用这种入刀方式从下向上铣削右旋内螺纹。其中，图4-30b中入刀段切削轨迹在XY平面内的投影圆弧是图上A、B、C三点决定圆弧的一半。这段圆弧实际上略大于90°，其半径可以在图上测出（其值略大于螺纹小径）。这是严格的切线方向入刀。此半径也可近似地取，即大致为切线方向入刀。这在实际应用中是可以的。 2.180°螺旋切向入刀 180°螺旋切向入刀方式也较为常用。它适用于各种螺纹铣刀且其刃口回转直径d3不小于螺纹半小径的场合。图4-31所示为采用这种入刀方式从下向上铣右旋内螺纹。其中，图4-31b中入刀段切削轨迹在XY平面内的投影圆弧正好是半圆，其直径为（d1+d2）/4-0.1，其圆心点在螺纹中心点之右，这两点的距离等于（d1-d2）/4+0.1，这是严格的切线方向入刀。 图4-31 从下向上铣内螺纹的180°螺旋切向入刀方式 a）工件和铣刀视图 b）螺纹和入刀段轨迹视图 用刃口回转直径小于螺纹半小径的铣刀铣内螺纹时也可用此方式入刀，而且用这种180°入刀比用90°入刀切削渐进更平稳。 3.径向入刀 径向入刀方式是从螺纹中心沿半径方向入刀。此方式仅适用于只有横向刃齿的铣刀且切削起点在工件上端面之上或底面之下的场合。 铣内螺纹时入刀方式的选择至关重要。尤其是用螺纹梳刀或整体硬质合金螺纹铣刀铣内螺纹时，如果采用径向入刀方式，那么在从铣刀接触工件内面开始的很短时间内切削力会猛增。作者曾见过这样一种场景：用刃径ϕ7.5mm带内冷（却液）孔的整体硬质合金螺纹铣刀铣M12×1.5内螺纹时，开始用径向入刀，结果在入刀过程中铣刀就断了。更换铣刀，改用180°螺旋切向方式入刀后，铣削顺利进行。 4.4.3 铣内螺纹的出刀方式铣内螺纹的出刀方式也有3种：90°螺旋切向出刀、180°螺旋切向出刀和径向出刀。先介绍第一种。 1.90°螺旋切向出刀 90°螺旋切向出刀方式较为常用。它适用于各种螺纹铣刀且其刃口回转直径小于螺纹小径一半的场合。图4-32所示为采用这种出刀方式从上向下铣右旋内螺纹。其中，图4-32b中出刀段切削轨迹在XY平面内的投影圆弧是图上A、B、C决定的圆弧的一半。这段圆弧略大于90°，其半径可以在图上测出（其值略大于螺纹小径的一半）。这是严格的切线方向出刀。此半径也可近似地取（d1+d2）/4，即大致沿切线方向出刀。这在实际应用中是完全可以的。 图4-32 从上向下铣内螺纹的90°螺旋切向出刀方式 a）工件和铣刀视图 b）螺纹和出刀段轨迹视图 在铣刀刃口回转直径小于螺纹小径一半的场合，建议采用90°螺旋切向出刀方式，而没有必要采用180°螺旋切向出刀方式，因为后者出刀段的路径长。 2.180°螺旋切向出刀 180°螺旋切向出刀方式适用于各种螺纹铣刀且其刃口回转直径d3不小于螺纹小径一半的场合。图4-33所示为采用这种出刀方式从上向下铣右旋内螺纹。其中图4-33b中出刀段切削轨迹在XY平面内的投影圆弧正好是半圆，其半径为（d1+d2）/4-0.1。这是严格的切线方向出刀。 图4-33 从上向下铣内螺纹的180°出刀方式 a）工件和铣刀视图 b）螺纹和出刀段轨迹视图 3.径向出刀 径向出刀方式是沿螺纹半径方向出刀到螺纹中心点。此方式适用于只有横向刃齿的铣刀且切削终点在工件上端面之上或底面之下的场合。用螺纹梳刀和整体硬质合金螺纹铣刀铣内螺纹时不要采用这种径向出刀方式。 4.5 用三种螺纹铣刀铣螺纹的比较如前所述，螺纹铣刀有三种：横向有一个或多个刃齿的铣刀、纵向有一排或多排齿的螺纹梳刀和整体硬质合金螺纹铣刀。这三种铣刀各有优缺点。由于螺纹铣削以铣内螺纹为多，所以此处以铣内螺纹来做比较。 1.横向有一个或多个刃齿的铣刀用分体式单刃齿螺纹铣刀铣内螺纹的优点是同一种（螺距）刀片可铣不同直径的内螺纹；缺点是铣削效率低，主轴每转一周只有一个刃口参加一次切削。这种铣刀常用于铣螺纹小径在ϕ10～ϕ11.7mm范围内的内螺纹。这种螺纹铣刀和刀片可以借用车小螺纹用的车刀和刀片。作者曾用这种1.5mm螺距的车刀片和相应的刀杆来铣M12×1.5的内螺纹。 对螺纹小径大于11.7mm的内螺纹，虽然也可以用单刃齿螺纹铣刀来铣，但考虑到加工效率，应采用横截面上有3个刃齿的螺纹铣刀来铣。这种铣刀所铣螺纹的小径范围为ϕ11.7～ϕ17.7mm。很明显，三刃齿刀片的铣削效率是单刃齿刀片的3倍。 还有一种横向有3个刃齿的整体硬质合金螺纹铣刀。这种铣刀用于铣更小直径的内螺纹。某著名品牌的这种铣刀有三种规格。一种规格是刀杆直径为ϕ6mm，可加工螺距范围为0.5～1.5mm，螺纹小径不小于ϕ5.8mm的内螺纹。另两种规格的刀杆直径都是8mm，可加工螺纹小径不小于ϕ7.8mm的内螺纹，可加工螺距范围分别为0.5～1.5mm和1.0～2.0mm。假如要铣M8的粗牙螺纹（螺距为1.25mm），那么第一种规格的铣刀就可以胜任。 以上说的是第一类螺纹铣刀。用这类铣刀既可以铣圆柱螺纹，也可以铣相同螺距的圆锥螺纹。这个优点是另两类铣刀不具备的。至于工件批量，这类螺纹铣刀由于铣削效率低所以较适用于小批量生产场合。 2.螺纹梳刀螺纹梳刀是在某纵截面内有多个刃齿的镶嵌式螺纹铣刀。这种刀的刀杆价格较高，但刀片是可更换的，所以在大批量生产场合刀具的分摊成本会比较低。这类铣刀加工效率较高，因为主轴每转一周时所有刃齿都参加一次切削。一把刀体既可用（装）不同制式、不同螺距的圆柱螺纹刀片，也可用（装）不同制式、不同螺距的圆锥螺纹刀片。由于这种刀片不方便做得太小，所以螺纹梳刀不适用于铣小直径螺纹，而是适用于铣较大直径和大直径内螺纹，尤其是在铣大直径内螺纹时应优先采用这类铣刀。作者曾用刀杆直径为ϕ25mm、刃口回转直径为ϕ30mm的螺纹铣刀（见图4-8b）来铣15/8-8UN统一英制内螺纹。 3.整体硬质合金螺纹铣刀在三类螺纹铣刀中，整体硬质合金螺纹铣刀用得最多，在市场上能采购到的规格、品种也最多。 整体硬质合金螺纹铣刀的第一个优点是加工效率高。这类刀的刃齿多，刃齿数等于纵向齿圈数与槽条数的乘积。主轴转一周，每个刃齿都参加一次切削。对于大多数材质，如有色金属和硬度不高于48HRC左右的碳钢，只用一次走刀就可完成螺纹的加工。所谓一次走刀，是指除了入刀段（不会超过半圈）和出刀段（也不会超过半圈）外，铣螺纹只要转一整圈。对于硬度高于48HRC左右的碳钢和不易切削的合金钢，需要用几次走刀来完成螺纹的加工，不过几次走刀也用不了多长时间。 整体硬质合金螺纹铣刀的第二个优点是铣削内螺纹的直径范围宽。山特维克公司供应的整硬螺纹铣刀最小能铣M4×0.7的米制内螺纹、NPT 1/860°密封管螺纹和1/4-20UNC统一英制内螺纹，最大能铣1/2-14的NPTF锥管细牙内螺纹和3/4-16UNF统一英制细牙内螺纹。对于米制内螺纹，该公司最大规格的整硬螺纹铣刀标注用于铣M24×3.0内螺纹，并且只要螺距是3mm，用这把刀还可铣更大直径的内螺纹。肯纳公司供应的整硬螺纹铣刀最小可铣M3×0.5的米制内螺纹。该公司最大规格的整硬螺纹铣刀标注用于铣M20×2.5内螺纹，并且只要螺距是2.5mm，用这把刀还可铣更大直径的内螺纹。 对于大径小于8mm的内螺纹，如果采用铣削加工，那么就只能用整硬螺纹铣刀。例如铣M4、M5或M6的整硬螺纹铣刀，在市场上较容易采购到。 整硬螺纹铣刀的价格较高，一般在中、大批量生产中才采用。 4.6 铣螺纹用G02/G03指令与顺铣/逆铣等的关系铣螺纹时，主轴（刀具）有正转（M03）和反转（M04）之分，螺纹有右旋和左旋之分，走刀方向有从上向下和从下向上之分。此外，还有螺旋插补指令用G02还是G03，以及什么情况下是顺铣、什么情况下是逆铣。 这里还是以铣内螺纹为例来说明。从图4-34可以清楚地看到主轴正转时如下4个因素之间的关系：螺纹的左/右旋；走刀的从上向下/从下向上；螺旋插补指令的G02/G03；顺铣/逆铣。 顺铣和逆铣各有优缺点，要根据具体的切削条件来选择。一般来说，顺铣对刀具磨损有利，常用于背吃刀量较大的粗铣；而逆铣铣出工件的表面质量较好，所以常用于精铣。具体到铣螺纹，有时候在选择采用顺铣还是逆铣时会受到一定限制。 先举不受限制的例子，以主轴（刀具）正转为前提。如果在通孔中铣右旋内螺纹，而且根据切削条件想采用逆铣，那么从上向下走刀就可以达到目的（见图4-34a）。如果在另一个通孔中铣右旋内螺纹，而且根据切削条件想采用顺铣，那么从下向上走刀就可以达到目的（见图4-34b）。 图4-34 主轴正转时向上/向下走刀、G02/G03和顺铣/逆铣关系 a）右旋螺纹从上向下铣：G02，逆铣 b）右旋螺纹从下向上铣：G03，顺铣 c）左旋螺纹从上向下铣：G03，顺铣 d）左旋螺纹从下向上铣：G02，逆铣 再举受限制的例子，还是以主轴正转为前提。如果在不通孔中铣右旋螺纹，而且根据切削条件想采用逆铣，那么要从上向下走刀，而铣不通螺纹孔一般采用从下向上走刀，所以存在矛盾。这种情况有两种解决办法。一种是改用顺铣，还是从下向上走刀，可用减小进给速度的方法来保牙型表面质量。另一种是仍用逆铣，改用从上向下走刀。用此方法的前提是确认铣刀到达螺纹底部时不会被堆积在不通孔内的切屑顶住。在条件许可的情况下，可用适当增加不通孔的深度来避免这种情况的发生。 如果不通孔限于具体条件不允许加深，即还须从下向上走刀，而且还希望用逆铣，怎么办？可以使主轴反转（M04）。图4-35所示为主轴反转时4个因素之间的关系。 需要注意的是，很难采购到用于主轴反转时的左手螺纹铣刀（包括整体硬质合金螺纹铣刀），一般需要定制。在上述主轴正转时受限制的例子中，如果加工批量很大，可以定制左手整体硬质合金螺纹铣刀，这样就可解决问题（见图4-35b）。 图4-34和图4-35中显示的刀具都是第一类螺纹铣刀，目的是看起来比较清晰。事实上，图4-34和图4-35所示加工对三类螺纹铣刀都适用。只是在用第三类即整体硬质合金螺纹铣刀时，螺旋线只有一圈。 图4-35 主轴反转时的向上/向下走刀、G02/G03和顺铣/逆铣关系 a）右旋螺纹从上向下铣：G02，顺铣 b）右旋螺纹从下向上铣：G03，逆铣 c）左旋螺纹从上向下铣：G03，逆铣 d）左旋螺纹从下向上铣：G02，顺铣 4.7 铣螺纹的牙型精度先对车、铣内螺纹进行比较。用两侧刃夹角为60°的车刀（片）车出的内螺纹的牙型角是60°，牙的厚度在理论上也正确，但铣出的螺纹就不一样了。如图4-36所示，在精铣内螺纹的某瞬间位置，不管是从上往下铣还是从下往上铣，铣A面和B面在C、D点之间的部分的同时会把A面上的E区域和B面上的F区域中不希望去掉的实体铣去少许。在用整硬螺纹铣刀铣时，在360°范围内都有这种情况。在用图4-36a所示铣刀铣时，在各圈所有位置（瞬间）都有这种情况。其结果是螺纹的（轴向）牙型角度减小，牙厚比预期变窄。 图4-36 铣内螺纹时会把牙厚铣薄的示意 a）精铣内螺纹的某瞬时位置 b）精铣内螺纹此瞬时位置过切区域 铣螺纹时牙型角变小、牙厚变窄的程度主要与两个因素有关。一个因素是螺纹的螺旋升角λ的大小。从图4-36上可以看到，λ值越大，这种情况就越严重。另一个因素是铣刀刃回转直径d与螺纹大径D的比值。d与D的比值越大，这种情况就越严重。当此值接近1时，牙型角变小、牙厚变窄会比较严重；当螺旋升角较小、d与D的比值也较小（例如小于0.5）时，牙型角变小、牙厚变窄就会很轻微。 以上讨论是铣刀两齿刃夹角与所铣螺纹的牙型角相同时的情况，如借用螺纹车刀来铣螺纹时就是这样的。 可以用修正铣刀上的齿刃夹角和刃齿厚来解决上述问题。事实上，对整硬螺纹铣刀在制造时就已经做了修正。每把整硬螺纹铣刀的型号内都包含如下3项信息：螺纹制式；螺距和（加工）螺纹大径。即整硬螺纹铣刀是定螺距、定（螺纹）大径的螺纹铣刀。山特维克公司的用来铣M16×2.0内螺纹的整硬螺纹铣刀的刃口回转直径d3是12mm。用此刀铣M16×2.0内螺纹时，d与D的比值是0.75。此内螺纹的螺旋升角λ是一个定值（约2.6°）。对铣刀上的刃齿夹角和刃齿厚在设计时就可以此固定条件进行严格修正，修正到铣出来螺纹的牙型角理论上正好60°，齿厚也正确。 从理论上说，如果用这把铣刀铣M24×2.0的内螺纹，铣出螺纹的牙型角和齿厚会有少许偏差（牙型角往大齿厚也往大方向偏）。这点偏差在普通级螺纹的加工中是可以被接受的。 第一、二类螺纹铣刀是定螺距、泛（加工螺纹的）直径铣刀。制造这两类铣刀时无法对刃齿夹角和刃齿厚按固定的条件来修正。不过用这两类铣刀来铣普通级精度的内螺纹还是可以的。 在铣精密内螺纹和重要用途内螺纹时，应严格采用定制式、定螺距和定（螺纹）大径的整硬螺纹铣刀。 大导程螺纹尤其是大导程内螺纹是不适宜用螺纹铣刀进行铣加工的。
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