情景二 任务六 螺纹的加工.doc

情景二 任务三 螺纹的加工任务六 螺纹阶梯轴加工【知识目标】1.掌握螺纹相关的基本知识2.掌握G32螺纹加工类指令编程格式及应用 3.掌握G92指令指令的编程格式及应用4.掌握带螺纹的阶梯轴零件的工艺编制方法4.掌握带螺纹的阶梯轴零件的手工编制方法【能力目标】1.能分析掌握带螺纹的阶梯轴零件的结构特点、特殊加工要求，理解加工技术要求2.会分析掌握带螺纹的阶梯轴零件的工艺性能，能正确选择设备、刀具、夹具与切削用量，能编制数控加工工艺卡3.能正确运用数控仿真系统软件，调试校验编写的零件程序，并虚拟加工4.能在车间实践加工带螺纹的阶梯轴零件并实施检测一、学习任务情景描述如图2-6-1所示的螺纹零件，已知材料为45钢，毛坯尺寸为3560。要求分析零件的加工工艺，编写零件的数控加工程序，并通过仿真调试优化程序，最后进行零件的加工检验。图2-6-1 螺纹与尺寸标注二、任务相关知识螺纹联接是螺纹传动在实际中得到广泛的应用，螺纹零件加工是数控车削中必须掌握的基本技能之一。本任务主要讲解螺纹的类型及基本参数、螺纹的加工方法、螺纹车刀的安装、螺纹加工指令的运用、螺纹加工程序的编制、螺纹零件的检测和实际操作等方面的知识（一）工艺知识1. 螺纹的种类（1）外螺纹螺纹是在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起。螺旋线见图2-6-2 a。在圆柱表面上所形成的螺纹称为圆柱螺纹，见图2-6-2 b 。在圆锥表面上所形成的螺纹称圆锥螺纹，见图2-6-2 c 。在圆柱或圆锥外表面上所形成的螺纹称外螺纹，见图2-6-2 b、c。 a)螺旋线 b)圆柱螺纹 c)圆锥螺纹图2-6-2 螺纹的种类（2）内螺纹在内圆柱或内圆锥表面上所形成的螺纹称内螺纹，见图2-6-3。 图2-6-3 内螺纹（3）单、多线与左右旋螺纹沿一条螺旋线所形成的螺纹称单线螺纹，见图2-6-4a。沿两条或两条以上的螺旋线所形成的螺纹，该螺旋线在轴向等距分，称多线螺纹，如图2-6-4b和c所示。顺时针旋转时旋入的螺纹称右旋螺纹，见图2-6-4a 。逆时针旋转时旋人的螺纹称左旋螺纹，见图2-6-4b 。a)右旋单线 b)右旋双线 c)右旋三线图 2-6-4单、多线与左右旋螺纹2. 螺纹的用途三角螺纹按其规格及用途不同，可分为普通螺纹、英制螺纹和管螺纹三种。三角螺纹常用于固定、联接、调节或测量等处。对普通螺纹又有普通粗牙螺纹和普通细牙螺纹。普通粗牙螺纹不注螺距，普通细牙螺纹多用于薄壁零件。3. 螺纹的主要参数常用螺纹的主要参数如图图2-6-5所示：图2-6-5 螺纹的主要参数（1）大径d、D：与外螺纹的牙顶(或内螺纹牙底)相重合的假想圆柱面的直径；这个直径是螺纹的公称直径(管螺纹除外)。（2）小径d1、D1：与外螺纹的牙底 (或内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱面的直径。常用作危险剖面的计算直径。（3）中径d2、D2：是一假想的与螺栓同心的圆柱直径，此圆柱周向切割螺纹，使螺纹在此圆柱面上的牙厚和牙间距相等。（4）螺距P：螺距是相邻两螺牙在中径线上对应两点间的轴向距离，是螺纹的基本参数。（5）线数：螺纹的螺旋线根数。沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，沿条等距螺旋线形成的螺纹称为线螺纹。（6）导程L：螺栓在固定的螺母中旋转一周时，沿自身轴线所移动的距离。在单头螺纹中，螺距和导程是一致的，在多头螺纹中，导程等于螺距和线数的乘积。（7）升角：螺纹中径上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴心线的平面之间的夹角见图（8）牙型角：是螺纹牙在轴向截面上量出的两直线侧边间的夹角。（9）牙廓的工作高度：是螺栓和螺母的螺纹圈发生接触的牙廓高度。牙廓的高度是沿径向测量的。工作高度等于外螺纹外径和内螺纹内径之差的一半。 4. 螺纹的加工方法（1）车削螺纹 1）低速车削普通螺纹：主要有图2-6-6所示的三种加工方法。直进法：车削时只朝X方向进给，在几次行程后，把螺纹加工到所需尺寸和表面粗糙度。左右切削法：车螺纹时，除了朝X方向进行切削外，同时还进行了Z方向左右的微量进给，经过几次切削后，把螺纹加工到尺寸。斜进法：当螺距较大螺纹槽较深，切削余量较大时，粗车为了加工方便，除了朝X方向进行切削外，同时还进行了Z方向一个方向的微量进给，经过几次切削后，把螺纹加工到尺寸。 a.直进法 b.左右切削法 c.斜进法图2-6-6 低速车削普通螺纹的主要加工方法2）高速车削普通外螺纹 高速车削螺纹时，只能采用直进法对螺纹进行加工，否则会影响螺纹精度。（2）车床上套螺纹 板牙的结构套螺纹是指用板牙切削外螺纹的一种加工方法 。板牙是一种标准的多刃螺纹加工工具，其结构形状如图2-6-7所示。图2-6-7 板牙板牙像一个圆螺母，其两侧的锥角是切削部分，因此反正都可使用，中间有完整的齿深为校正部分。图2-6-8 板牙的使用套螺纹时外圆直径的确定 套螺纹时，工件外圆比螺纹的公称尺寸略小（按工件螺距大小决定）。套螺纹圆杆直径可按下列的近似公式计算：d0=d-(0.130.15)P式中d0 ：圆柱直径 d ：螺纹大径 P ：螺距板牙套螺纹的工艺要求：用板牙套螺纹，通常适用于公称直径小于16 mm或螺距小于 2 mm的外螺纹。 外圆车至尺寸后，端面倒角要小于或等于45，使板牙容易切人。套螺纹前必须找正尾座，使之与车床主轴轴线重合，水平方向的偏移量不得大于0.05mm。板牙装人套丝工具时，必须使板牙平面与主轴轴线垂直。5. 普通三角外螺纹车刀（1）螺纹车刀刀具参数螺纹车刀的刀具参数有前角o、后角o、主偏角、副偏角、刀尖角r、刃倾角s 、刀尖半径等，具体角度的定义方法请参阅有关切削手册。硬质合金在切削碳素钢时的角度参数可参考图2-6-9所示。图2-6-9 硬质合金在切削碳素钢时的角度参数硬质合金在切削碳素钢时应注意以下几点：在确定角度参数值的过程中，应考虑工件材料、硬度、切削性能、具体轮廓形状和刀具材料等诸多因素。对于夹固式螺纹车刀，刀杆及刀片的参数已作成标准值，可直接按参数选用。夹固式螺纹车刀如图2-6-10所示。 图2-6-10 夹固式螺纹车刀6. 车刀安装安装螺纹车刀时，应使刀尖工件中心同高，并应使两刃夹角中线垂直于工件轴线。安装时可将样板内侧水平靠在已精车外圆柱面，然后将车刀移入样板相应角度缺口中，通过对比车刀两刃与缺口的间隙来调整刀具的安装角，如图2-6-11所示。1-螺纹车刀角度样板 2-螺纹车刀图2-6-11 螺纹车刀的安装7. 常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量 因为螺纹牙型较深，不能一次切削完成，所以在螺纹加工过程中，可分数次进给，每次进给的背吃刀量用螺纹深度减精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配，如下表2-6-12 所示。表2-6-12 车螺纹的第次背吃刀量数据（二）编程知识1 G32单行程螺纹/插补指令 （1）格式：G32 X(U)_ Z(W)_ F ；F 公制螺纹导程，单位是mm；X （U ）、 Z ( W ）为螺纹终点的绝对或相对坐标， X ( U ）省略时为圆柱螺纹切削，Z（W ）省略时为端面螺纹切削，X( U ）、Z( W ）都编入时可加工圆锥螺纹。该指令的运动轨迹如图2-6-13所示。图 2-6-13 G32螺纹指令的加工运动轨迹（2）螺纹加工应注意的事项：主轴转速不应过高，尤其是大导程螺纹，过高的转速使进给速度太快而引起不正常，最高转速一般可取：n1200/P-80。为了能在伺服电机正常运转的情况下切削螺纹，螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段1和降速退刀段2，即在Z轴方向有足够的切入、切出的空刀量，如图2-6-14所示。切入与切出的空刀量通常可取：12P；20.5P。图2-6-14 切螺纹的降速退刀段2例1.用G32加工M201.5圆柱螺纹，如图2-6-15,假设分两刀。参考程序答案：GOO X28.0 Z3.0X18.5G32 Z-22F1.5G00X28Z3G00X18.2G32 Z-22F1.5G00X28 Z3图2-6-15 G32指令加工M201.5圆柱螺纹2 G92螺纹切削单一固定循环指令 （1）格式：G92X(U) _ Z(W) _ F_R； X(U)、Z（W）为螺纹终点坐标值F为螺纹导程R为螺纹切削路线的半径差。（2）G92指令的性能分析：G32指令是一个单一进给指令，即指令结束后。刀尖停在G32指定的坐标值不返回。这显然是不符合常规的加工工艺。因此G92指令具有下列优势：G92为模态指令，具有自保性。G92指令实际上是把“快速进刀-螺纹切削-快速退刀-返回起点”四个动作作为一个循环。它在螺纹切削结束时有退尾倒角功能，如图2-6-16所示，倒角长度根据所指定的参数在0.1L12.7L 的范围里设置。图2-6-16 G92螺纹切削指令的进刀路线圆锥螺纹循环与圆柱螺纹循环过程基本相同，R指定的数值可正可负，其正负号的判断方法与G90相同，如图2-6-17所示。 图2-6-17 G92指令切削锥度螺纹的进刀路线（3）G92指令应用范例例2用G92加工M201.5圆柱螺纹，如图2-6-18所示,分四刀完成：N50 G00 X28. Z3.；N60 G92 X19.2 Z-23. F1.5;N70 X18.6；N80 X18.2；N90 X18.04；图2-6-18 G92指令切削普通螺纹范例例3用G92加工M201.5圆锥螺纹，如图2-6-19所示,分四刀完成。 N50G00X28.Z2.；N60G92X19.2Z-22.R-3.F1.5；N70X18.6；N80X18.2；N90X18.04；图2-6-19 G92指令切削锥度螺纹范例例4用G92加工M244/2圆柱螺纹，如图2-6-20所示,假设每条螺纹分两刀完成。 N50 G00 X28. Z3; 快速靠近工件N60 G92 X21.9 Z-22. F4; 加工第一头螺纹N70 X21.4；N80 G00 X28.Z5; 重新定位，移动一个螺距N90G92 X21.9 Z-22. F4; 加工第二头螺纹N100X21.4；图2-6-20 G92指令切削双线螺纹范例双线及多线螺纹的加工方法，其实与单线螺纹的加工方法差不多，只不过双线螺纹在加工完第一条螺纹后，需移动一个螺距，然后加工第二条螺纹，直至完成。 （4） 螺纹切削单一固定循环（G92）使用注意事项： 在螺纹切削期间，按下进给保持时，刀具将在完成一个螺纹切削循环后再进入进给保持状态。 如果在单段方式下执行 G92 循环，则每执行一次循环必须按四次循环起动按钮。 G92 指令是模态指令，当 Z 轴移动量没有变化时，只需对 X 轴指定移动指令即可重复固定循环。 执行G92 循环，在螺纹切削的收尾处，沿接近 45的方向斜向退刀，退刀 Z 向距离。 在G92指令执行期间，进给速度倍率、主轴速度倍率均无效。三、任务实施（一）任务工艺分析1. 零件图分析 如图2-6-21所示，该任务零件由外圆、倒角、槽、螺纹等表面组成。其中外圆、倒角、槽需要先加工好，然后用G92循环指令加工M302-6g螺纹。图2-6-21 螺纹加工任务尺寸图2. 确定装夹方案该工件采用三爪自定心卡盘装夹定位，零件将一次装夹完成，编程原点设置在工件前端面的中心处，螺纹的车削将采用单行程螺纹切削指令加以完成。 3 确定加工顺序及加工路线加工顺序：按先主后次，先粗后精，先外后内的加工原则确定加工路线。 先由粗到精加工M302零件外轮廓；然后加工螺纹的退刀槽；最后进行螺纹的切削加工。4. 刀具及切削用参数选择表2-6-21 加工工艺参数步号工步内容刀具切削用量切削深度（mm）主轴转速(r/min)进给速度(mm/r)1粗加工零件外形尺寸至要求T011.56000.252精加工T020.58000.083退刀槽加工T0356000.254螺纹加工T040.71.28000.08本任务采用表2-6-21所示工艺参数进行加工。（二）编制加工程序并导入机床1. 程序的编制按照上述加工工艺步骤，编制加工程序O0001如下：N10 T0101; 粗加工N20 G00 X40. Z1.;N30 M03 S600 M08;N40 G71 U1.5 R0.5;N50 G71 P60 Q90 U0.5 F0.25;N60 G01 X26.;N70 X30. Z-1. F0.08;N80 Z-30.;N90 X32.;N100 G00 X100. Z100.;N110 M05 M09;N120 T0202; 精加工G00 X40. Z1.;N130 M03 S800 N08;N140 G70 P60 Q90;N150 G00 X100. Z100.;N160 M05 M09;N170 T0303; 切槽N180 G00 X30. Z1.;N190 M03 S600 M08;N200 G01 X20. F0.25;N210 G04 X100.;N220 G00 X100.;Z100.;N230 M05 M09;N240 T0404; 切螺纹N250 G00 X28. Z3.；N260 M03 S600 M08;N270 G92 X19.2 Z-23. F1.5;X18.6；X18.2；X18.04；N280 G00 X100. Z100.;N290 M05 M09;N3OO G28;N310 M30;2. 仿真加工使用数控加工仿真软件对加工程序进行检验，正确进行数控加工仿真的操作，完成零件的仿真加工。3. 车间实际加工通过仿真加工后， 确定零件程序的正确性后， 在实训车间对该零件进行实际操作加工。4. 零件检测及评价利用游标卡尺、外径千分尺、内径千分尺、表面粗糙度工艺样板等量具测量工件，学生对自己加工的零件进行检测，包括尺寸精度的检测和零件加工质量的检测。 教师对学生加工零件进行检测，并做出点评。 四、拓展知识螺纹切削复合循环指令G76 当螺纹的螺距较大、牙型较深时，直进法螺纹会由于刀具两边切削产生较大切削抗力，也因此会引起工件振动，影响加工精度和表面粗糙度。而且由于所需刀具较多，用G32或G92编程的程序冗长，编程效率较低，这时我们可以采用G76指令进行螺纹加工。G76指令既可以用于内螺纹的加工，也可以用于外螺纹的加工。既可以用于单线螺纹加工，也可以用于多线螺纹的加工。既可以用于直螺纹加工，也可以用于锥螺纹的加工。既可用于三角螺纹加工，也可以用于梯形螺纹的加工。 1. G76 螺纹切削复合循环轨迹。由图2-6-22可知，其以斜进法方法分层切削螺纹，因此更适合加工螺距较大、牙型较深的螺纹。G76指令进行螺纹加工路线如图2-6-22所示。 图2-6-22 G76指令螺纹加工路线2 螺纹切削复合循环指令G76的格式：G76 P ( m ) ( r ) ( a ) Q（dmin ) R ( d ) ; G76 X ( U ) Z ( W ) R ( i ) P ( k ) Q（ d ) F ; 格式说明：m：精加工重复次数 0199 ; r：倒角量，即螺纹切削收尾处斜 45的Z向退刀量，设定范围0199，单位0.1P(P为导程)。a：刀尖角度（螺纹牙型角），可选择80、60、55、30、29、0；dmin：最小切深，该值用不带小数点半径值表示，单位m； d：精加工余量，该值用小数点半径值表示； X ( U ) Z ( W ) ：螺纹切削终点处的坐标； i：螺纹半径差，方向与G92的R相同，如果 i= 0 ，则进行直螺纹切削； k：螺牙高度，该值用不带小数点半径值表示； d ：第一刀切削深度，该值用不带小数点半径值表示，单位m； F：导程，如果是单线螺纹，则该值为螺距。3. G76指令应用举例例：用G76指令加工图2-6-23所示的普通三角外螺纹，并写出程序段。其中a为M20x1.5普通螺纹；b为 M24x4/2普通螺纹；c为 M(5-20/20)x1.5 锥度螺纹a M20x1.5普通螺纹 b M24x4/2普通螺纹 c M(5-20/20)x1.5 锥度螺纹图2-6-23 G76指令应用范例(1)编写加工图a单线直螺纹的程序段：G00 X26 Z4G76 P010060 Q100 R0.05 ; G76 X18.04 Z- 27.0 P974 Q400 F1.5 ;(2)编写加工图b双线直螺