基于多轴联动内螺纹数控铣削工艺设计与编程

2 0 1 1年 8月 第 3 9卷 第 l 6期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Au g 2 0 1 1 V0 1 3 9 No 1 6 D OI 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 1 2 基于多轴联动内螺纹数控铣削工艺设计与编程 周 兰 武汉船舶职业技术学院机械工程 系 湖北武汉 4 3 0 0 5 0 摘要 介绍大直径高精度内螺纹数控铣削加工方法 以全国数控大赛赛题为例分析内螺纹数控铣削加工工艺特点及加 工条件 阐述内螺纹数控铣削加工工艺设计和程序编制思路 关键词 内螺纹 数控铣削 工艺设计 程序编制 中图分类号 T G 6 5 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 6 0 3 4 4 NC M i l l i n g Pr o c e s s De s i g n a nd Pr o g r a mmi ng o f I n t e r na l Thr e a d Ba s e d o n M ul t i a x i s Li nk a g e ZHOu L a n Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t o f Wu h a n I n s t i t u t e o f S h i p b u i l d i n g T e c h n o l o g y Wu h a n H u b e i 4 3 0 0 5 0 C h i n a Ab s t r a c t T h e NC mi l l i n g ma c h i n i n g me t h o d o f i n t e r n a l t h r e a d wi t h l a r g e d i a me t e r a n d h i g h p r e c i s i o n wa s d e s c r i b e d NC mi l l i n g p r o c e s s i n g c h a r a c t e r i s t i c s a n d p r o c e s s i n g c o n d i t i o n s f o r t h e i n t e rna l t h r e a d w e r e a n a l y z e d b a s e d o n t h e t h e me c ase s o f C h i n e s e NC c o m p e t i t i o n T h e i d e a s o f NC mi l l i n g p r o c e s s d e s i g n a n d p r o g r a mmi n g f o r i n t e rna l t h r e a d we r e e x p l a i n e d Ke y wor d s I n t e rna l t h r e a d NC mi l l i n g Pr o c e s s d e s i g n P r o gra mmi n g 由教育部 劳动部等八部委组织的全国数控技能 大赛 高职组 于2 0 1 0年6月在天津落下帷幕 数控 大赛命题着力体现现代制造的热点和亮点 体现现代 加工新技术和新工艺 本届数控大赛关键词为 复杂 零件三维造型 零件多轴数控加工 手工编程与自动 编程 其中内螺纹的数控铣削是一个关键考点 a 主 视 图 1 考题分析 零件图如图 1 所示 零件是一个组合件 中的底 座 材料为4 5钢 其中有一个 M 8 0 1 6 H螺孔需要 加工 该螺纹孔尺寸大 尺寸精度要求高 所给定的 毛坯规格为 1 4 0 m m 1 4 0 m m 2 5 m m 中间有 一个 6 2 0 m m的预制通孔 图 1 零件图 b 向视 图 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 1 7 作者简介 周兰 1 9 6 5 一 女 学士 副教授 高级工程师 主要研究方向为数控技术应用 电话 1 5 3 2 7 2 0 0 7 1 9 E ma i l z h o u l a n 0 3 8 1 6 3 c o rn 第 l 6期 周兰 基于多轴联动内螺纹数控铣削工艺设计与编程 3 5 2 内螺纹加工方法选择 关于大尺寸内螺纹加工 方式适用 范围及 特点如表 1 所示 有 以下几种 方式 各种 表 1 内螺纹加工方法及特点 3 内螺纹加工工艺设计 3 1 零件 图工艺分析 零件图中有 M 8 0 1 6 H螺纹孔 属大直径高精 度细牙螺纹加工 由于毛坯外形轮廓为方形结构 如 若在车床上加工需要用 四爪卡盘装夹并需要找正 中 心 同时螺纹孔为台阶结构 需要预先加工退刀槽或 采用螺纹收尾方式 这些因素影响到了零件结构 精 度及加工效率 而螺纹数控铣削加工能够克服这些困 难 因此非回转体外形大尺寸螺纹孔的理想加工方法 是采用虎钳装夹的数控铣削加工 3 2 机床选择 内螺纹铣削加工需要借助数控机床三轴联动以及 G 0 2 G 0 3螺旋插补指令实现 因此选用配置 F A N U C 0 i MC数控系统的 V D L S 0 0型立式加工中心 3 3 内螺纹尺寸计算 1 螺纹底孔直径 为 D1 D 一1 3 P 8 0 0 1 3 1 7 8 7 mm 2 内螺纹牙深计算 内螺纹单边加工余量 H 0 6 5 P 0 6 5 1 0 6 5 mm 3 4 内螺纹加工工艺路线设计 内螺纹加工工艺路线包括内螺纹底孔加工和内螺 纹加工 1 内螺纹底孑 L 加工 内螺纹底孔直径为 8 7 m l la 深度为 1 5 I T l l n 考虑刀具强度 需要进行分层 加工 例如每层切削深度为2 m m 对于每一层孔加 工 刀具采用环切方式 即刀具每次整圆切削后 径 向往外平移刀具直径 8 0 左右 再次整圆切削 直 至达到内螺纹底孔直径 内螺纹底孔加工走刀路线如 图 2所示 毛 j a 深 度 方 向 分层 切 削 b 直径 方 向环 形 切 削 图2 螺纹底孔加工走刀路线 2 内螺纹加工 内螺纹加工时螺纹铣削运动 轨迹为一螺旋线 通过加工中心 Y z 3轴联动 利用螺纹铣刀进行螺旋插补铣削而形成螺纹 刀具在 水平面上每作一周 圆周运动 在垂直面 内直线移动一 个螺距 直至达到内螺纹深度 3 5 内螺纹加工刀具选择 1 底孔刀具选择 考虑预制毛坯孔直径尺寸 选择直径 4 1 5 m m的平底铣刀 材质高速钢 2 内螺纹铣刀选择 选择单刃可转位螺纹铣 刀 刀具直径 D 1 7 m m 采用硬质合金刀片 3 6 切 削用量选择 内螺纹底孔加工和螺纹铣削加工切削用量如表 2 所示 3 6 机床与液压 第 3 9卷 表2 内螺纹J j n m切削用量选择 3 7 工件装夹方式选择 方形工件四轴尺寸加工到位 内螺纹加工时采用 虎钳装夹并校正 Y 开始 给深度 自变量赋初始值 3 0 刀具 运动 至且平面 孔中心 位 置 刀具运动至z 3 坐标处 单层 孔加 工 3 递进一个步距 3 小于等 于孔 深 上N 刀具快移至起始高度 螺纹底孔加工程序如下 O 0 0 0 1 螺纹底孔加 工 已调试 G1 5 G1 7 G21 G 40 G 4 9 G5 4 G8 0 T 01 M0 3 S 1 0 0 0 G0 0 X0 0 Y0 0 Z1 0 0 0 Z1 0 3 0 0 WH I L E 榴 L E 1 5 0 D O 1 G 0 1 Z 3 1 0 F 1 5 0 0 1 0 F I X 3 1 8 5 1 2 0 wH I L E 1 0 G E 0 0 D O 2 l 1 3 1 8 5一 1 0 1 2 0 G01 X l l G 0 3 I 一 1 1 1 0 1 0 1 END2 G0 0 X0 0 3 3 2 0 END1 G 0 0 Z1 0 0 0 M0 5 结束 4 N r 程序编制 4 1 螺 纹底 孔加 工编程 螺纹底孔加工采用深度方向分层切削 直径方向 环行 切削的编程思路 螺纹底 孔加工 流程 图如 图 3所 示 编程 时以工件上表面 中心为工件坐标 系原点 宏 变量设置如下 3 为螺纹孔深度方向 自变量 1 0为直径方向环形切削循环次数 1 1为环形切削时刀具中心在 轴上坐标值 刀具环形加工次数 1 0 计算 瑚 上刀具中心坐标 1 1 计算 刀具运 动 至 1 l 0 处 整 圆加 工 环 形加 工次 数 1 0 递减 于 一 刀具 回 到孔 中心位 置 图3 螺纹底孔编程流程图 M3 0 程序 段 1 0