数控加工工艺编程与操作_教学课件_丑幸荣 04项目四 螺纹轴加工

在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 模块一 数控车削加工工艺、编程与操作 项目四：螺纹轴加工 4.1 导入项目 如图图4-l所示螺纹轴纹轴 ，已知毛坯规规格为为3585mm的棒料，材料为为45钢钢，要求 制定零件的加工工艺艺，编编写零件的数控加工程序，并通过过数控仿真加工调试调试 、优优 化程序。 图4-1 螺纹轴 4.2 知识学习 4.2.1螺纹轴加工工艺 1.螺纹车削的进刀方法 螺纹车纹车 削加工需分粗、精加工工序，经经多次反复切削完成，可以减小切削力， 保证证螺纹纹精度。螺纹车纹车 削加工多次反复切削的进进刀方法有3种，见见表4-1。 表4-1 螺纹车削的进刀方法 进刀方法图示特点与用途 直进法：车刀沿横向（X向）进 给。 车螺纹牙型精度高，但是车刀两侧切削刃 都参加切削，切削力较大，排屑困难，螺 纹不易车光，并且容易产生“扎刀”现象 。一般多用于小螺距螺纹加工。 左右切削法：车刀除了沿横向（ X向）进给外，还要纵向（Z向 ）作微量左、右两个方向进给 。 切削力小，螺纹表面粗糙度值小，不易“ 扎刀”，但牙型精度较低。适用于精车螺 纹。 斜进法：车刀除了沿横向（X向 ）进给外，还要纵向（Z向）沿 一个方向作微量进给。 刀具负载较 小，排屑容易，不易“扎刀” ，适用于大螺距螺纹加工。但单侧刃容易 损伤和磨损，造成牙型精度较差。一般用 斜进法粗车螺纹后，再用左右切削法精车 螺纹，以获得较小的表面粗糙度。 4.2 知识学习 2走刀次数及进刀量的确定 螺纹纹加工刀具越接近螺纹纹牙底，切削面积积越大，为为减小切削力和提高螺纹纹加 工质质量，每次进进刀量（背吃刀量）的分配应应依次递递减。车车削螺纹时纹时 的走刀次数和 背吃刀量可参考表4-2。一般精加工余量为为0.050.1mm。 表4-2 常用螺纹切削的进给次数与切削深度(公制螺纹) 螺距(mm)1.01.52.02.53.03.54.0 牙深(半径值)0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598 切削次数及背吃 刀量(直径值) 1次1.0 2次0.8 3次0.6 4次 5次 0.40.4 6次 0.4 7次 8次 0.150.3 9次 0.2 4.2 知识学习 3.螺纹车削前顶径计算 螺纹基本尺寸 普通三角螺纹轴截面形状和尺寸如图4-2所示。参见国标GB/T196-2003。 螺纹大径D（公称直径）； 螺纹中径 D2=D-0.6495P； 螺纹小径 D1= D -1.0825P； 式中，P螺纹的螺距。 考虑刀尖圆弧半径等因素的影响，螺纹实际牙型高度（螺纹牙深）ap0.65P。 外螺纹车削前外圆直径的确定 车螺纹前的外圆直径，应比螺纹大径（D）略小些。当螺距为1.53.5mm时， 外径一般可以小0.150.25mm。 内螺纹车削前内孔直径的确定 车削内螺纹前的孔径应比内螺纹小径（D1）略大些。实际生产中， 车削塑性金属的内螺纹时：D孔D-P； 车车削脆性金属的内螺纹时纹时 ：D孔D-1.05P。 图4-2 普通三角螺纹基本尺寸 4.2 知识学习 4空刀导入量1和空刀退出量2 避免在加减速过程中进行螺纹切削，而影响 螺距的稳定，在螺纹切削进刀和退刀时要留有一 定的空刀导入量1和退出量2，如图4-3所示。 1、2的大小：1=nPh 180；2=nPh/400 （n为主轴转速，Ph为螺纹导程。）。一般可取1 为25mm ，2为1的1/2左右。 5.螺纹切削起点位置的确定 在一条螺纹的反复切削过程中，切削起点位置应始终设定为一个固定值，否则 会使螺纹“乱扣”。 单线螺纹 在单线螺纹分层切削时，要保证每次刀具的轴向和圆周起始位置都是固定的。 多线螺纹（轴向分线法或圆周分度分线法） 轴向分线法是当换线切削另一条螺纹时，刀具轴向切削起始点Z坐标偏移一个 螺距P或螺距的倍数。偏移的方法有两种：一是在程序中直接更改起始点Z坐标值；另 一种是用G54G59坐标系偏移指令或刀具偏置指令偏移。 圆周分度分线法是通过改变螺纹切削时主轴在圆周方向起始点C轴坐标来确定 各线螺纹的位置。这种方法只能在有C轴控制功能的数控车床上使用。 4.2 知识学习 4.2.2螺纹加工指令 1单一螺纹指令（G32） 该指令用于车削等螺距圆柱螺纹、圆锥螺纹。 编程格式 G32 X（U）_ Z（W）_ F_； 式中： X（U）、Z（W）螺纹终点坐标，U、W是螺纹终点相对起点的增量值。 F为螺纹导程。 指令使用说明 车削螺纹期间不要使用恒线速度控制；车削螺纹期间的进给速度倍率、主轴 速度倍率无效（固定100%）。 切削螺纹时，假如按下进给停止按钮，也必须切削完螺纹，刀具才会停止。 应用举例 用G32指令编程加工如图4-4所示圆柱螺纹。 螺纹外径已加工完成。查表4-1，螺纹牙型深度 1.3mm，分5次进给，吃刀量（直径值）分别为 0.9mm、0.6mm、0.6mm、0.4mm、0.1mm，空刀 导入量4mm，空刀退出量2mm，采用绝对编程。 4.2 知识学习 加工程序： G00 X30.0 Z4.0； X23.1； G32 Z-42.0 F2.0； （第一次车螺纹，背吃刀量为0.9mm） G00 X30.0； Z4.0； X22.5； G32 Z-42.0 F2.0； （第二次车螺纹，背吃刀量为0.6mm） G00 X30.0； Z4.0； X21.9； G32 Z-42.0 F2.0； （第三次车螺纹，背吃刀量为0.6mm） G00 X30.0； Z4.0； X21.5； G32 Z-42.0 F2.0； （第四次车螺纹，背吃刀量为0.4mm） G00 X30.0； Z4.0； X21.4； G32 Z-42.0 F2.0； （第五次车螺纹，背吃刀量为0.1mm） G00 X30.0； Z4.0； 4.2 知识学习 2.螺纹车削单一循环指令（G92） 螺纹切削循环指令把“切入-螺纹切削-退刀-返回”4 个动作作为一个循环，如 图4-5所示。切削圆柱螺纹如图4-5a所示，切削圆锥螺纹如图4-5b所示。 编程格式 圆柱螺纹：G92 X（U）_ Z（W）_ F_ ； 圆锥螺纹：G92 X（U）_ Z（W）_ R_ F_ ； 式中： X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标： X、Z螺纹终点（图4-5中C点）的绝对坐标值； U、W螺纹终点相对于循环起点（图4-5中A点）的增量坐标值。 R螺纹的锥度，其值为圆锥螺纹切削起点与切削终点的半径之差。 F螺纹导程。 图4-5螺纹车削单一循环指令G92 4.2 知识学习 应用举例 试用螺纹单一固定循环指令G92编制加工图4-4圆柱螺纹程序（使用绝对坐标 ）。 G00 X30.0 Z4.0； G92 X23.1 Z-42.0 F2.0； （第一次车螺纹，背吃刀量为0.9mm） X22.5； （第二次车螺纹，背吃刀量为0.6mm） X21.9； （第三次车螺纹，背吃刀量为0.6mm） X21.5； （第四次车螺纹，背吃刀量为0.4mm） X21.4； （第五次车螺纹，背吃刀量为0.1mm） 4.2 知识学习 试用指令G92编制加工图4-6圆锥螺纹程序（使用绝对坐标）。毛坯的外圆 已加工完成。 编程相关参数的确定： a.取空刀导入量1=4mm，可计算Z=4处圆锥小端X坐标为18.5；螺纹切削终点 的Z坐标始终为Z-20，如图4-6b所示。 b.R值的计算：R=（18.5-20）/2=-0.75； c.查表4-1得：螺纹切削总余量1.95mm，采用4次切削，每次进刀量依次为 0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.15mm； d.设置循环起点的坐标为（25.0，4）。 编写加工程序（使用增量坐标）： G00 X25.0 Z4.0； G92 U-5.8 W-24.O R-0.75 Fl.5； U-6.4； U-6.8； U-6.95； （a）圆锥螺纹图样 （b）切削起点和终点 图4-6 圆锥螺纹切削 4.2 知识学习 3螺纹车削复合循环指令（G76） 该指令用于多次自动循环螺纹车削。车削过程中，除第一刀切削深度外，其余 每次切削深度由系统自动计算生成。G76 采用的是斜进式切削方法,其加工路线及进 刀法如图4-7所示。 4.2 知识学习 编程格式 G76 P（m）（r）（）Q（dmin）R（d）； G76 X（U）_Z（W）_R（i）P（k）Q（d）F（L） 式中： m精加工重复次数，从01-99，用两位数表示，该参数为模态量。 r螺纹尾端倒角值。该值的大小可设置在（0.09.9）L之间，系数应为0.1 的整倍数，用00-99之间的两位整数表示，其中L为导程，该参数为模态量。 刀尖角。可以选择80，60，55，30，29或0，由两位整数表 示，该参数为模态量。 m、r、用地址P 同时指定，例如m=2，r=1.2L，= 60，表示为P021260； dmin最小切深，用半径编程指定，单位为m，每次车削的背吃刀量为 (dn1/2-d(n-1)1/2），当计算深度小于此极限值时，背吃刀量锁定在该值，该 参数为模态量。 d精加工余量，用半径编程指定，单位为m，该参数为模态量。 X（U）、Z（W）终点坐标。 i螺纹锥度值，即螺纹切削起始点与切削终点的半径差。加工圆柱螺纹时， i=0。 k螺纹牙型高度，用半径值指定，单位为m，通常为正值。 d第一刀切入深度，X轴方向的半径值，单位为m，通常为正值。 L螺纹导程。 4.2 知识学习 应用举例 用G76指令加工图4-8所示螺纹。原始数据：双线螺纹，螺纹直径M30 mm，螺纹 导程Ph=4mm，螺距P=2mm，螺纹长l=40mm。 指令参数：精加工2次，m=02；螺纹尾端倒角值r=12，实际退刀量1.2L=4.8mm； 刀尖角60，=60；最小切深0.1mm，dmin=100m；精加工余量0.1mm， d=100m；终点坐标X27.402、Z-40；螺纹锥度值i=0；螺纹牙型高度1.299mm， k=1299m；第一刀切入深度0.9mm，d=900m。 加工程序： T0202; S350 M03; G00 X35.0 Z3.0； （定位到第一条螺纹起刀点） G76 P021260 Q100 R100；（切削第一条螺纹） G76 X27.402 Z-40 R0 P1299 Q900 F4.0； G00 X35.0 Z5.0； （定位到第二条螺纹起刀点） G76 P021260 Q100 R100；（切削第二条螺纹） G76 X27.402 Z-40 R0 P1299 Q900 F4.0； M05; M30; 图4-8螺纹车削复合循环指令应用 4.2 知识学习 4.2.3复合循环指令G71、G70 1外圆/内径粗加工循环（G71 ） 该指令适用于车削圆棒料毛坯，需多次走刀才能完成的外圆和内径的粗加工。 图4-9所示为G71外圆循环的加工路线。 编程格式 G71 U(d)R(e)； G71 P(ns) Q(nf) U(u) W(w)F(f) S(s) T(t)； 式中： d背吃刀量，半径值，无正负号。 e退刀量，半径值。 ns精加工轮廓程序段中开始程序段的段号。 nf精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。 uX轴方向精加工余量，直径值。外形加工取正值，内形加工取负值。 wZ轴方向精加工余量。从右向左加工取正值，反之取负值。 指令使用说明 如图4-9所示，C点为粗车循环的起点。 在G71指令的程序段内，要指定F、S和T功能，nsnf程序段中的F、S、T功能， 对粗车循环无效。 零件轮廓必须符合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减少。 精加工轨迹第一句必须是用G00或G01沿X方向进刀。 4.2 知识学习 2精加工循环（G70） 该指令用于执行G71、G72、G73粗加工循环指令后的精加工循环（G72、G73粗 加工循环指令分别在后续项目中学习）。 编程格式 G70 P（ns） Q（nf） 式中： ns精加工轮廓程序段中开始程序段的段号； nf精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。 指令使用说明 G70指令不能单独使用，只能配合G71、G72、G73指令使用，完成精加工固 定循环。 精加工时，G71、G72、G73程序段中的F、S、T指令无效，只有在nsnf程 序段中的F、S、T才有效。 4.2 知识学习 3.编程实例 用外径粗车固定循环编制如图4-10所示零件的粗加工程序，毛坯为50mm棒料 。 设循环起始点为（52，3），切削深度为2.0mm（半径量）。编写程序： O0010； （程序号） T0101； （调用T1号刀具，补偿代号01） G97 S900 M03； （主轴以900r/min 正转） G00 G98 X52.0 Z3.0 M08； （刀具到循环起点位置，打开冷却液） G71 U2.0 R2.0； G71 P10 Q20 U0.4 W0.2 F120.0；（粗车循环切深2.0，精车余量X0.4，Z0.2） N10 G00 X10.0； （加工轮廓起始行，快速到倒角延长线） G01 X20.0 Z-2.0 F60.0； （加工倒角） Z-20.0； （加工20外圈） X34.0 Z-30.0 ； （加工小圆锥） Z-50.0； （加工34外圈） X45.0 Z-65.0 ； （加工大圆锥） Z-75.0； （加工45外圈） N20 X52.0； （退刀） G70 P10 Q20； （调用工件轮廓精加工） G00 X80.0 Z100.0 M09； （回刀起点，关冷却液） M05； （主轴停） M30； （程序结束） 图4-10 G71/G70应用举例 4.3 项目实施 4.3.1工艺分析 1零件图分析 图4-1所示螺纹轴，20圆柱面和圆锥面表面粗糙度要求较高Ra=1.6m，其余 Ra=3.2m。20圆柱面尺寸公差要求较高，同时还有圆跳动误差要求。 2装夹方案的确定 根据该零件加工要求，采用三爪卡盘和顶尖的一顶一夹定位安装方式。 3加工顺序和进给路线的确定 工序一 三爪卡盘夹毛坯外圆伸出约45mm，车平端面，以端面中心为工件坐标原点， 对刀，设置Z坐标，打中心孔。 顶尖顶紧，粗车20、30外圆，留精车余量0.2mm。 精车20、30外圆，倒角。 工序二