攻丝与铣削：如何选择合适的工艺以经济高效地生产零件

攻丝与铣削是制造商在成本和质量之间寻求微妙平衡时面临的经典权衡问题。传统的攻丝方法可能导致丝锥断裂和测试结果不准确，而螺纹铣削技术则需要额外的资金投入。

然而，这种方法的缺点在于它会导致评估工艺流程的系统性缺失。在某些情况下，这会导致选择错误的工艺，进而造成额外的成本支出以及质量问题。显然，我们需要一套系统的指导原则来系统地区分攻丝和铣削工艺。为了节省您的时间，以下是详细的解释。

攻丝与铣削：快速参考

即使是攻丝，对于大规模生产也极具优势，能够以显著降低的单位成本实现快速生产。相比之下，铣削则具有更高的通用性和更优异的尺寸精度。此外，与标准丝锥相比，数控铣刀的使用寿命通常显著延长，使其更适合在较长的生产周期内制造复杂或耐用的零部件。

为何信赖本指南？来自 LS 制造专家的实践经验

关于攻丝和铣削的文章数不胜数。这篇文章有何不同之处？因为这篇文章基于实践经验，而非理论。作为LS Manufacturing的代表，我们在攻丝和铣削领域拥有超过15年的高强度合金加工经验。我们的技术人员不仅了解各种加工工艺的差异，更重要的是，他们运用这些知识来确保交付给关键部件的产品可靠耐用。

多年来，我们已成功加工超过 50,000 个定制零件，并确保了螺纹的精准加工，这为我们提供了行之有效的经验。作者指出，无论是优化钛合金零件的攻丝循环，还是推荐适用于批量生产铣削的铣刀，我们都拥有丰富的经验，能够根据航空航天质量标准制定切实可行的方案，而航空航天质量又与国际航空航天质量组织(IAQG) （也称为SAE International ）的严格规范密切相关。

这些经验并非源于学术理论，而是我们在航空航天、医疗和汽车行业应对实际挑战时，经过实战检验而总结出来的——线材质量绝不能妥协。正是秉持着这种精神，我们将所有这些来之不易的专业知识与您分享，以便您能从这些错误中吸取教训，并在质量、效率和价格之间找到最佳平衡点。

图 1：LS Manufacturing 提供的 CNC 加工工艺流程，重点展示螺纹攻丝的特写镜头。

螺纹加工中攻丝和铣削的根本区别是什么？

攻丝与铣削的最佳加工方法取决于多种因素，包括批量大小、螺纹加工精度、材料以及精度要求。LS Manufacturing 采用的工艺对比技术，能够帮助客户根据螺纹细节和材料硬度等因素，选择最合适的加工工艺，从而使螺纹加工的平均效率提升35% 。

它融合了攻丝和铣削两种工艺，完全取决于多种因素。为了彻底解决这个问题， LS Manufacturing设计了一种全新的工艺对比方法，使客户能够根据螺纹规格和材料硬度等各种参数找到最佳解决方案。所有这些改进使螺纹铣削加工效率平均提高了 35%。

如何根据产品特性选择攻丝或铣削工艺？

对于制造商而言，选择攻丝还是铣削是一个至关重要的决定，因为这一工艺选择会影响产品的特性和成本。为了做出正确的选择，需要评估一系列与产品相关的参数。这种选择并非一成不变，而是因应用而异。

• 批量生产规模：在批量生产中，攻丝虽然刀具投入相对较高，但由于加工周期短，通常更具经济优势。然而，螺纹铣削更适合小批量生产和原型制作，因为只需一把刀具即可加工不同尺寸的螺纹，且所需的设置刀具更少。
• 材料特性和硬度：此工艺所用材料包括铝和低碳钢等延展性材料。硬质材料包括钛和钢，螺纹铣削加工适用于这些材料。为防止材料断裂并获得高质量螺纹，螺纹铣削至关重要。材料的可加工性以及切屑的硬度等级有助于确定加工工艺的等级。
• 螺纹规格和复杂度：对于简单的几何特征，攻丝在加工速度方面优势显著。而对于更复杂的几何形状、大直径螺纹或非标准螺距，螺纹铣削在编程方面则更具灵活性。

LS Manufacturing开发了一款智能选择工具，用于评估这些因素，以便在攻丝或铣削之间做出最佳工艺选择。由于某些因素取决于产品特性，制造商能够在保持高质量标准的前提下，将成本降低20-30%，从而做出最佳工艺决策。

如何在经济型攻丝和铣削解决方案中最大限度地提高成本效益？

因此，要实现经济高效的攻丝铣削工艺，关键在于找到投资成本与攻丝和铣削工艺优化潜力之间的最佳平衡点。这完全取决于攻丝速度的潜力，同时也要考虑通过采用经济的解决方案来实现成本优化的灵活性。

工艺选择的价值工程分析

在LS制造领域，价值工程被广泛用于确定生产成本。研究表明，在通用螺纹的大批量生产中，由于生产周期较短，攻丝比其他工艺更具成本效益。但在复杂形状或小批量生产中，尽管生产成本较高，但由于螺纹铣削工艺的通用性，其成本效益依然显著。

混合生产方式

大多数制造企业都充分利用这两种工艺的组合优势。螺纹攻丝用于标准批量零件，而复杂零件则采用螺纹铣削加工。通过确定哪些零件采用哪种工艺生产，有助于优化所有零件的生产成本。

刀具寿命管理和工艺优化

通过采用合适的刀具参数、冷却液以及进行维护，最大限度地延长刀具寿命至关重要。在激光烧结制造中，所使用的过程监控系统可用于监控刀具状态。这可以减少停机时间和刀具更换成本，从而显著优化整体成本。

为了实现经济高效的攻丝铣削，必须采用数据驱动的方法，并充分考虑整个制造流程。LS Manufacturing 通过运用价值工程和组合方法，并结合优化的刀具寿命管理，帮助客户节省超过 25% 的制造成本。

图 2：LS Manufacturing 公司使用 CNC 螺纹刀具加工表面呈彩虹色的蓝色材料

攻丝和铣削在精度和效率方面有什么区别？

攻丝和铣削是两种基本的机械加工工艺，在精度、效率和加工性能方面各有特点。攻丝是高速加工内螺纹的最佳选择，但其精度存在一定的局限性。而螺纹铣削则可以通过复杂的编程实现高精度加工。根据材料和产量，可以选择合适的加工工艺。

攻丝和铣削的区别在于它们各自给用户带来的权衡取舍。虽然攻丝速度快、产量高，但由于铣削刀具的磨损程度低于攻丝，因此铣削的加工精度更高。硬质材料也是决定铣削优于攻丝的因素之一。

如何选择攻丝或铣削的最佳工艺？

为了在攻丝和铣削之间做出选择，需要一个能够考虑众多因素的决策框架模型。该模型综合考虑了生产和资源因素，必须从这两种加工方式中选择最优方案，并考虑可利用的效益差异。这是一种结构化的决策方法，能够为像LS Manufacturing这样的案例提供决策解决方案。

1. 生产量和批量：由于攻丝所需的加工周期更短，因此攻丝更适合大批量生产，而且编程也相对简单。铣削加工也能满足批量生产以及特殊产品原型生产的灵活性需求。两种工艺的材料-螺纹规格盈亏平衡点不同。
2. 螺纹精度和质量要求：铣削加工可确保极高的精度和表面光洁度，尤其当精度要求达到±0.01毫米或更高时。相反，如果精度要求为±0.05毫米，攻丝加工也能满足螺纹加工的要求。
3. 材料特性和加工性能：硬度较高的材料（HRC > 45）以及其他难以加工的合金需要铣削加工。这是为了避免攻丝过程中可能发生的断裂。此外，铣削加工还有助于获得高质量的螺纹。攻丝加工则更适用于软质材料和有色金属材料。材料的硬度与刀具寿命密切相关。
4. 设备性能和设置时间：攻丝需要一定的攻丝技巧，以确保攻丝性能、攻丝同步性和主轴同步性。 铣削加工的要求除了刚性之外，还包括对具备螺旋插补能力的数控系统的要求。这些规格会影响加工能力。
5. 成本考量和刀具投资：攻丝刀具价格更高。然而，在加工难加工材料时，攻丝刀具的使用寿命更长。铣刀的使用寿命比攻丝刀具更长，此外，铣刀还具有加工多种尺寸螺纹的优势。所有零件生产成本都考虑了刀具成本、编程成本以及加工成本。

在攻丝和铣削工艺之间进行最佳选择时，需要采用整体方法。这是因为不存在适用于所有问题的通用解决方案，每个问题都需要单独分析，才能制定出最可行的决策方案。此外，这些操作还需要借助专门设计的机床来完成。

与传统攻丝相比，螺纹铣削有哪些技术优势？

螺纹铣削与攻丝相比，可被视为一项具有显著技术优势的先进工艺，使其成为一种尖端加工工艺。尽管攻丝在过去几十年中一直是一种传统的加工工艺，但螺纹铣削在技术上更胜一筹。

卓越的精度和表面光洁度

螺纹铣削工艺可达到±0.01mm的公差范围内的尺寸精度，而攻丝工艺的精度仅为±0.05mm ，因此无法达到这一精度。通过螺旋插补，可以更精确地控制螺纹的形状和螺距，从而弥补攻丝工艺的不足。

增强的灵活性和多功能性

单螺纹铣刀可以加工多种类型的螺纹及其相应的螺距，加工直径范围取决于所使用的刀具。该工艺同样适用于右旋螺纹和左旋螺纹，以及内螺纹和外螺纹。在某些情况下，它还可以用于加工锥螺纹。对于某些特定规格的螺纹加工，无需使用特定的丝锥。

延长刀具寿命和提高成本效益

与丝锥相比，螺纹铣刀的使用寿命更长。如果材料相同，其使用寿命可延长3 到 5 倍。有时，使用寿命甚至可以延长10 倍。虽然初始刀具成本较高，但更长的刀具寿命和更少的停机时间最终会降低整个生产过程中的零件单价。

提高工艺可靠性

螺纹铣削消除了丝锥在工件中断裂的风险，避免了昂贵零件的报废。该工艺可轻松调整尺寸补偿和刀具磨损，从而在刀具的整个使用寿命期间保持加工质量的一致性。在盲孔加工中，螺纹铣削能够更好地控制切屑，并省去了啄攻循环，从而缩短了加工周期并提高了工艺稳定性。

在难处理材料中表现更佳

硬度较高的材料，例如硬度大于 45 HRC 的不锈钢等，会加速丝锥的磨损，导致丝锥频繁断裂。这些材料也可以通过螺纹铣削有效加工。螺纹铣削的切削力和扭矩较低，因此更适合加工薄壁零件，避免攻丝时零件断裂或变形。与攻丝相比，螺纹铣削还能更有效地加工断续切削和十字孔。

螺纹铣削与攻丝的对比清晰地展现了这种先进工艺在多个方面的技术优势。无论是加工精度、表面光洁度，还是刀具寿命，螺纹铣削在某些方面都优于攻丝；因此，尽管其初始成本较高，但其优势更为显著，是完成这项任务的最佳工艺。

图 3：LS Manufacturing 公司采用彩虹色螺旋槽刀具进行的 CNC 攻丝工艺

CNC攻丝工艺的关键参数如何影响加工质量？

CNC攻丝工艺的成功取决于对关键参数的精确控制，这些参数直接影响螺纹质量和刀具性能。LS Manufacturing的经验表明，对关键参数的最佳控制很大程度上取决于螺纹加工过程中使用的材料和规格。

主轴转速和同步

主轴转速必须与进给速度精确同步。必须确保两者之间存在适当的比例关系（进给速度 = 螺距 × 转速）。这意味着，如果转速过高，会导致刀具过热，从而造成刀具磨损。如果转速过低，则切屑形状会变得不理想，从而导致切削力增大。主轴转速的范围可以是50 至 500 转/分。

进给速度和螺距精度

进给速度主要用于控制螺纹螺距的精度，因此其值必须与丝锥的导程完全匹配。进给过大会导致螺纹或丝锥因滑丝而断裂，而进给过小则会导致螺纹尺寸过大且表面质量差。对于刚性攻丝，进给速度的计算公式为螺距 × 转速。为了避免因未对准而导致的螺距误差，两个轴之间必须实现完美同步。

冷却液应用和芯片排出

冷却分布对于散热、润滑和排屑至关重要。在这方面，通孔加工通常采用高压浸没式冷却（10-15 bar） ，而盲孔加工则采用喷雾式或润滑性冷却。冷却不足会增加积屑瘤形成、加工硬化和刀具断裂的风险，尤其对于不锈钢及其耐热合金材料而言更是如此。

深度控制和螺纹啮合

螺纹深度除了螺纹啮合深度外，还应考虑丝锥倒角长度。对于盲孔，程序设定的丝锥深度必须包含倒角长度，并额外增加1-2 个螺距的完整螺纹加工深度。深度不足会导致螺纹加工不完整，而深度过深则会导致丝锥断裂。常用的倒角长度可提供 3-5 个螺距的深度，以使螺纹啮合更加顺畅。

刀具几何形状和涂层选择

其几何类型，例如螺旋尖、螺旋槽或直槽，应与具体的加工要求相匹配。在螺旋尖丝锥中，切屑被推入通孔；而在螺旋槽丝锥中，切屑被拉出盲孔。采用TiN、TiCN或TiAlN涂层的刀具具有良好的耐磨性和抗摩擦性，因此刀具寿命可延长2-3倍。

为了获得最佳加工质量，必须对数控攻丝工艺的参数进行适当优化。切削速度、切削液、切削深度等关键参数需要根据加工材料进行组合。合适的参数组合能够提高加工质量，延长刀具寿命，并降低生产成本。

攻丝和铣削在加工成本方面有哪些具体区别？

在计算铣削与攻丝的成本时，需要注意的是，攻丝和铣削的成本曲线并不相同。成本分析并非对成本的简单叠加。可以看出，攻丝和铣削的成本分析表明，成本曲线是加工量的函数。

• 初始刀具投资：攻丝刀具每件成本在 20 美元到 100 美元之间，而螺纹铣刀每件成本在200 美元到 800 美元之间。尽管如此，使用螺纹铣刀可以加工多种尺寸的螺纹。
• 刀具寿命和更换：丝锥用于钻削硬质材料，其寿命通常为钻削100 至 500 个孔，之后需要更换。螺纹铣刀则可钻削1,000 至 5,000 个孔，之后才需要重新研磨。铣削加工更长的使用寿命可以弥补钻孔加工的不足。
• 加工周期和效率：攻丝单次加工周期短，适用于大批量生产。螺纹铣削则需要多次加工和较低的进给速度。铣削还可以避免其他加工工序，例如去毛刺。
• 设置和编程：仅需G代码指令即可为攻丝工艺生成最优方案，编程量极少。而螺纹铣削则需要复杂的螺旋插补编程。由于攻丝的设置成本远高于螺纹铣削，因此小批量生产采用攻丝工艺更为经济。攻丝工艺的周期时间非常长。
• 质量和废料成本：在螺纹铣削加工中，形成的螺纹精度高，质量好。由于节省了检验时间，因此可以降低成本。攻丝则被认为是一种较为敏感的工艺，因为在某些情况下可能会发生断裂。在攻丝坚硬材料时，螺纹加工可能会出现一些误差。

在对螺纹铣削和攻丝的成本进行比较时，结果表明，攻丝在批量生产标准螺纹方面表现出色；然而，在中等规模生产以及加工难加工材料时，螺纹铣削则更具经济性。为了进行最佳的经济比较，必须对所有直接和间接成本进行全面的成本分析。

图 4：LS Manufacturing 公司生产的 CNC 螺纹加工工具正在金属材料上加工内螺纹。

LS制造汽车零部件行业：发动机缸盖螺纹加工工艺优化

LS Manufacturing公司在汽车零部件制造领域曾面临严峻挑战，但他们通过创新性的流程改进成功扭转了局面。在本案例研究中，战略性流程改进的定义是：在实现大批量生产流程质量提升的同时，大幅降低成本。

客户挑战

在汽车零部件行业，主要市场面临的问题是铝制发动机缸盖的生产和螺纹加工。值得注意的是，刀具磨损程度高、实际废品率高达8% ，以及质量成本超过5万元人民币，都是造成这一问题的原因。

LS制造解决方案

在工程流程中，我们分析了全螺纹铣削工艺，旨在替代攻丝。这可以通过选择合适的螺纹铣刀来实现，这些铣刀需能够加工铝合金，并能创建用于插补的螺旋路径，同时还要考虑切削参数。该工艺能够在无需多次装夹的情况下加工出完整的螺纹，从而避免加工出6H螺纹。

结果与价值

这在多个方面带来了意想不到的成本节约。刀具寿命惊人地提高了300% ；因此，刀具支出在现有水平下几乎可以忽略不计。单位废品率从8%大幅降低至0.5% ；这极大地提高了首件合格率。最令人惊讶的是，这每年节省的成本高达60万元人民币；因此，这项投入是完全合理的。最终，双方建立了战略合作伙伴关系。

LS Manufacturing就是一个例子，它展示了工艺优化技术在解决特定制造问题方面的效率，以及对企业的普遍意义。螺纹铣削法显然是一种非常先进的技术，可以替代传统的攻丝方法，它以一种兼顾成本效益和竞争优势的方式，为特定问题提供了解决方案。

您还在为攻丝和铣削工艺之间犹豫不决吗？别担心，我们可以帮助您找到合适的工艺。

如何建立科学的螺纹加工工艺管理体系？

螺纹加工工艺的执行需要采用组织化的方法，以提高效率和质量。实施包含标准化操作规程的质量体系对于提高大批量生产的效率至关重要。此类体系涉及对工具或参数的组织化管理，以便改进工艺流程。

标准化操作规程

在这方面，必须考虑工艺指令与螺纹加工的相关性。应确保所有与螺纹加工相关的工艺参数，例如主轴转速、加工速度、冷却液用量和控制深度，都在标准化过程中得到考虑，以造福组织内的员工。

工具管理和维护

应建立一套工具管理体系，用于追踪工具的使用寿命和更换时间。同时，还应制定一套标准，以帮助判断工具是否需要检查、重新研磨，甚至更换。高效的工具管理还有助于预防工具意外损坏，并提高工具的利用率。

质量控制与检验

质量检验应融入生产流程，从首件检验到最终检验均应涵盖在内。螺纹塞规、环规和光学比较仪等都是可应用的量具。过程控制可用于记录生产流程中的质量检验结果，并可进行能力检验。

有效的流程管理需要采用整体方法，将标准化的操作规程与完善的质量体系控制相结合。通过实施系统化的刀具管理、定期的质量检查和持续改进，制造商可以实现螺纹质量的稳定性，降低成本，并提高整体生产效率。这种结构化的方法确保螺纹加工工艺保持稳定，并能够在大批量生产环境中满足质量要求。

常见问题解答

1. 在攻丝和铣削这两种加工工艺中，哪种工艺去除的材料量较少？

螺纹铣削也适用于小批量生产。这主要是因为螺纹铣削无需更换刀具，而且编程灵活。

2. 对于不锈钢材料，攻丝还是铣削更好？

鉴于螺纹铣削可以防止在攻丝过程中发生的加工硬化，因此建议在加工不锈钢时采用螺纹铣削。

3. 我可以用什么公式来计算工艺转换带来的经济成本节约？

通过成本效益分析进行免费流程评估，以找出转换过程的投资回报价值。

4. 在深孔螺纹加工中，哪种工艺的精度更高？

CNC铣削是深孔攻丝的首选方法，因为它在排屑、精度和抗丝锥断裂方面都有所改进。

5. 如何平衡加工精度和成本？

通过这种方式，价值工程分析可以帮助我们在给定产品的成本和精度之间找到平衡。对于普通的连接螺纹，可以采用攻丝，但对于关键部件，则建议采用铣削。

6. 贵公司是否能够提供工艺测试和样品生产服务？

免费工艺测试和样品制作：帮助客户验证实际工艺并选择最佳工艺解决方案。

7. 引入新工艺需要哪些技术支持？

为了确保新流程正常运作，我们将为整个流程提供技术支持。

8. 某种缝纫技术如何支持质量控制？

通过采用在线检测和SPC控制，我们建立了全面的质量监控体系，以确保螺纹加工质量稳定可靠。

概括

通过实施科学的工艺选择方法和加工管理体系，螺纹加工的质量和效率可以显著提高。凭借丰富的经验和相关的专业知识，LS Manufacturing能够为客户提供有效的工艺解决方案。

请联系我们的专家安排一次免费的、全面的现有螺纹加工工艺评估，因为我们将专门评估您的需求，特别是从考虑这些因素的角度出发，以便为您提供专家建议，满足您对效率和质量的要求。

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