【工装夹具类】螺纹轴类零件的数控加工工艺设计【数控类】【优秀】
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【工装夹具类】螺纹轴类零件的数控加工工艺设计【数控类】【优秀】,工装,夹具,螺纹,罗纹,零件,数控,加工,工艺,设计,优秀,优良
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一、零件 工艺分析 1、 结构分析 该零件表面由外圆柱面、内圆 面及外螺纹等表面组成， 零件图尺寸标注完整，加工要求明确，零件材料为 45 号钢， 比较容易加工。 2、 尺寸分析 根据图纸尺寸，该零件的重要尺寸有 48 0 20 0 24 0 1 0 他的尺寸的加工要比这些尺寸容易些，像内孔的直径 和 深度 、螺纹的长度 及槽宽等。 3、 毛坯、余量分析 因为此产品的数量只有 一件，所以 毛坯采用直径为 50度为 43棒料。端面和外圆的单边余量 均 为 1 个毫米 ， 根据 图纸尺寸的要求， 此余量 足以满足加工的需求。 4、 加工工艺 分析 加工 右端面、 48 0 内孔。 用三爪自定心卡盘夹持毛坯的任意一端， 以此端面作为定位基准， 留出长度 25 平端面 (在对刀时切削 )保证总长大于 41 手动 钻 84孔。粗 车 内孔 。 精车内孔至尺寸要求。 粗加工外圆至 精 加工 外圆至 48 0 加工 左端面、外圆、切槽及 螺纹 用三爪自定心卡盘夹持毛坯的另一端， 以此端面作为定位 基准， 留出长度25粗车端面保证尺寸 车 端面保证尺寸 41 0 粗 车外圆至 并保证尺寸 20 0 精车外圆至 30并保证尺寸 20 0 切槽，保证尺寸 24 0 槽宽 6 加工 纹 。 5、 定位基准的分析 该 工件属于短轴类零件，以轴心线为工艺基准， 以和三爪卡盘接触的端面作为定位的基准。 所以采用三爪自定心卡盘夹持工件外圆，使被加工部分伸出卡盘，一次装夹完成粗精加工。 十堰职业技术学院 螺纹轴零件数控加工工艺 课程设计 姓 名 ： 刘 飞 学 号 ： 07654003 指导老师 ： 许 明 涛 单 位 ： 机电数控目录 一、零件图 1 二、毛坯零件迭加图 2 三、零件的工艺分析 3 四、数控加工工艺卡片 4 五、程序及说明卡 6 六、走刀路线图 8 七、刀具调整图 9 八、刀具卡 10 程序及说明 卡 ： 程序 说明 右端面对刀时切削，总余量为 1件原点设在 右 端面 的 中心 钻直径为 8 深度为 14 孔 手动钻销 %0001 2003 99 7 50606 809016 10030 7 1101 44 7 13070 550 14080 03 99 51 180650 20047 2100 48 230 100 240 250 260 序名 冷却液打开 工艺参数 循环起点 粗车右端内圆孔 轮廓描述 精加工 回换刀点 工艺参数 循环起点 粗车 48 的外圆 精车 48 的外圆 倒角 回换刀点 主轴停止 程序结束 %0002 2003 99 51 400 50650 6043 450 80140 26 10030 12021 13020 15090 500 160140 17003 99 32 2002101 100 24003 99 31 26017 17 17 17 300100 09 320序名 开冷却液 工艺参数 循环起点 粗车左端面，余量为 车左端面 环起点 粗车螺纹的外圆 轮廓描述 精加工 回到换刀点 工艺参数 切槽 暂停 1 秒 回换刀点 工 艺参数 循环起点 车螺纹 回换刀点并关冷却液 主轴停止 程序结束 采用广数系统，工件分两次装夹。 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 1 届毕业 “ 论文 ” 设计 题 目 : 螺纹数控加工工艺研究 学 院 ： 应用技术学院 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 姓 名 ： 班 级 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 起止日期 ： 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 2 目 录 摘 要 2 3 第一章 课题任务 4 4 第二章 螺纹车削、铣削加工工艺研究 5 5 5 6 7 8 8 8 9 10 第三章 螺纹数控铣削加工宏程序 14 18 第四章 在 程序 致 谢 29 附 录 30 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 3 摘 要 由于螺纹结构的特殊性和工艺的复杂性 , 螺纹加工存在着精度低、效率低等问题。针对这些问题 , 指出在螺纹加工中 , 通过选择合适的编程指令、正确的加工刀具、合理的工件装夹方式及使用准确的切削参数 , 可实现螺纹数控车削加工的精确控制 , 高精、高效、稳定可靠地加工出合格的螺纹产品。传统的螺纹加工方法不能满足高效率、高质量的生产要求。该文从螺纹铣刀的类型、螺纹铣削的刀具轨迹和切削参数以及螺纹铣削的编程等方面 , 分析了螺纹加工的工艺性。通过合理规划生产中一个实例的加工工艺 , 并在加工中心上加工出该产品且满足了产品的技术要求。由于一次装夹成形 , 工作效率大大提高。 数控车削、铣削加工方案的拟订是制订车削、铣削工艺规程的重要内容之一，本设计是根据数控车削和铣削加工的工艺方法，安排工序的先后顺序，确定刀具的选择和切削和铣削用量的选择等设计的。根据设计思想总结了数控车削和铣削加工工艺的一些综合性的工艺原则，结合螺纹轴的设计加 工，提出设计方案，并对比分析。 数控加工中经常遇到螺纹轴的加工，在对某螺纹轴零件进行加工工艺分析的基础上，编写了数控加工程序，检验数控编程及各种工艺的正确性，为该类零件的数控加工提供了很有意义的参考。 关键词 数控车床 数控车削、铣削加工工艺 螺纹加工 零件图的工艺分析 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 4 ue to un in d o f w as on w de a l l wo m w to o f NC w re In ef f be by Th e pr of is on of s, By pr an is in r ef f is of of to of of of to of of of in of a on of of nc NC of NC of 纹轴类零件的数控加工工艺设计 5 第一章 课题任务 工艺分析与设计 纹的简述 在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起部分。螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按其在母体所处位置分为外螺纹、内螺纹，按其截面形状（牙型）分为三角形螺纹、矩形螺纹、 梯形螺纹 、锯齿形螺纹及其他特殊形状螺纹，三角形螺纹主要用于联接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动；按螺旋线方向分为 左旋螺纹和 右旋螺纹 ，一般用右旋螺纹；按螺旋线的数量分为单线螺纹、双 线螺纹及多线螺纹；联接用的多为单线，传动用的采用双线或多线；按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹等，按使用场合和功能不同，可分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等。 数控加工工艺分析与设计 零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件零件工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。 分析零件，技术要求包括 5个方面： （ 1）加工表面的尺 寸精度，该零件图的表面尺寸精度要求较高； （ 2）主要加工表面的形状精度，该零件主要加工的形状为外圆弧表面； （ 3）主要加工表面的相互位置精度； （ 4）加工表面的粗糙度和机械物理性能； （ 5）热处理及其它要求。 该零件有端面、外圆、倒角、圆弧、螺纹、退刀槽等，故为典型轴零件，最适合数控车床加工，选择 确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序联系。 工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量等。 前道 工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。 本工序要加工的部位和具体内容。 根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可以采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通过了严格的平衡，具有高转速（极限转速可达 4000 6000 r/高夹紧力（最大推拉力为 2000 8000 N）、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等 优点。还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹紧各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达 由于螺纹轴是一个普通轴类零件，所以采用三爪卡盘进行定位装夹。加工时以右端面为定位基准，取工件的左端面中心为工件坐标系的原点。 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： 寻求最短加工路线； 最终轮廓一次走刀完成； 选择切入切出方向； 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 6 第二章 螺纹车削、铣削加工工艺研究 2 1螺纹车削加工工艺研究 螺纹加工方法主要是车削加工 , 由于螺纹结构和刀具移动控制要求的特殊性 , 螺纹加工难度大 , 对操作者技术要求高 , 工艺复杂 , 精度不稳定 , 生产效率低。随着数控机床的普及 , 现在已经广泛使用数控机床加工螺纹 , 大大提高了加工效率和精度。目前数控机床螺纹加工主要是在数控车床上进行 , 也有用数控铣 削的方法加工螺纹 , 即是利用数控铣床三轴联动数控加工系统实现螺纹加工。由于数控机床本身在速度控制、位置控制和精度控制等方面的特点 , 数控机床螺纹加工与传统螺纹加工方式相比 , 在加工精度、加工效率等方面都具有明显的优势。目前主流数控系统 ( ) 提供了单一螺纹加工指令 螺距螺纹加工指令 丝循环指令 螺纹固定循环加工指令 些指令 , 在走刀路线、进给方式、切削用量分配等方面各有特点 , 适用于不同的螺纹加工。此外 , 虽然数控加工大大提高了螺纹加工的效率和精 度 , 但在具体的加工中也同样面临一些工艺问题。这些工艺问题直接影响了螺纹加工的精度和效率。因此 , 数控加工螺纹不仅要在编程指令上合理选择 , 而且要在工艺上合理安排 , 才能高效、高精度、稳定可靠地加工螺纹 , 充分发挥数控加工的优势。 1 螺纹车削加工编程指令的选用 2、 11螺纹车削加工指令的比较 螺纹加工指令的比较见表 1。 2、 12 螺纹加工指令的选用 螺纹加工在不同数控系统中指令格式略有差异 ,但原理是相同的。简而言之 , 小螺距螺纹加工时宜用 92, 大螺距螺纹加工时宜用 变螺距螺纹用 加工高精度小螺距螺纹宜用 工高精度、大螺距螺纹时可采用 先用 加工 , 再用 加工 2 ; 轴向小直径内螺纹可以用 实际编程和加工中要根据螺纹精度、尺寸、材质等因素合理选择、灵活使用以上 4种指令。在保证技术要求的前提下 , 努力简化程序 , 提高编程和加工效率。 表 1 螺纹数控加工指令比较表 名称 指令格式 工艺特点 应用场合 单行程螺纹 切削指令 ( U ) _Z(W ) _F( I) _行程螺纹加工 , 螺 纹进刀、退刀需要另外编程 , 程序长 , 加工精度高 ; 牙形准确 ,刀具磨损严重 等螺距圆柱螺纹、锥螺纹、端面螺纹、中小螺距螺 变螺距螺纹 切削指令 U ) _Z(W ) _F( I) _行程加工 , 螺纹进刀、退刀需要另外编程 , 加工精度高 ; 牙形准确 , 刀具磨损严重 变螺距的圆柱螺纹、 锥螺纹和端面螺纹 轴向攻丝循 环切削指令 (W ) _F( I) _L 进刀、加工、退刀和返回连续完成 ; 单一行程螺纹切削 , 刚性攻牙 , 牙形准确 , 刀具磨损小 等螺距内螺纹 螺纹切削单 循环指令 ( U ) _Z (W ) _ 切入、螺纹切削、退刀、返回连续完成 ,螺纹深度方向的进一步切削要另外编程 ,编程效率较 单一循环螺纹切削 ,直线进刀 , 双侧切削 , 牙形准确 等螺距圆柱螺纹、圆锥螺纹 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 7 螺纹切削复 合循环指令 m ) ( r) ( a) _Q( dm R( d) _u) _Z( w ) _R ( i) _P ( k ) _Q ( d) _F( I) 复合循环螺纹切削 , 连续完成螺纹的所有加工过程 , 编程效率最高 ; 斜 进式切削进刀 , 由于为单侧刃加工 , 加工刀刃容易损伤和磨损 , 使加工的螺纹面不直、刀尖角发生变化 , 而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作 , 刀具负载较小 , 排屑容易 , 并且切削深度为递减式。效率高 1 等螺距圆柱螺纹、圆锥螺纹、大中螺距螺纹 纹数控车削加工中的工艺处理 2 21 刀具材料和刀具结构 由于数控加工的特点 , 传统高速钢车刀已不能满足数控加工的需要。车铸铁材料上的螺纹用 硬质合金 , 车钢件材料用 硬质合金 , 如 刀具材料既适合粗加工又适合精加工 , 通用性 较强。对于加工效率要求较高的场合 , 可以选用适合于高速车削的聚精金刚石 ( 刀具。 螺纹车刀有整体式和机夹式 , 机夹式螺纹车刀用量在逐渐增多。机夹车刀的刀片又分为硬质合金未涂层刀片和涂层刀片 , 前者主要用来加工有色金属 , 后者用来加工钢材、铸铁、不锈钢、合金材料等 , 涂层可以大幅度延长刀片的寿命 3。 2、 22 刀具形状和角度 螺纹加工进刀包括直进法和斜进法。无论哪种方法 , 最终螺纹表面的加工都是成形刀具加工 , 无论是三角螺纹 , 还是梯形螺纹 , 车刀的形状都被直接复制到工件上 , 因此刀具的形状制 作是否准确很重要。实际加工中 , 特别对塑性材料而言 , 在高速切削螺纹的时候实际牙型角会略有扩大 , 所以粗车刀、半精车刀刀尖角应小于理论牙形角一定值 , 如普通螺纹可以控制在 595 左右。同时粗车刀的角度要比精车刀的角度小。精车刀刀尖角也不可大于理论值。 关于前角 , 粗车刀可以取大些 ( 5 10 )。刀刃锋利 , 便于排屑和减少切削阻力 , 切削轻快。精车刀 ,则必须保证前刀面和水平面平行 , 即径向前角为 0 ,以保证牙形角正确 2 。对于内螺纹前角取上限值。 螺纹加工中 , 由于螺旋升角的存在 , 使实际切削时 的工作前角和后角发生了改变 , 如图 1所示。理论上而言 , 朝向切削方向的后角要加一个螺旋升角 , 而朝向已切削端的后角要减去一个螺旋升角。实际生产 中 , 一般车削小螺距螺纹时 , 因为小螺距的螺纹螺旋升角很小 , 工作后角改变不大 , 只要静态后角在正常范围 ( 3 5 ) 就可以正常切削 , 故可以不考虑螺旋升角。但如果车削大螺距螺纹或者多头螺纹 , 螺旋 升角大 , 工作后角相对理论后角改变太大的话 , 则需要做相对调整。调整方法如前所述 , 也即按图 1所示左右静态后角刃磨刀具。 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 8 图 1螺纹升角对刀具工作角度的影响 可以改变装刀角度 , 来改变实际的工作前角。有些企业在加工中采用法向装刀的方法即使刀具的基面与轴线成螺旋升角的角度 , 使车刀两侧切削刃组成的平面垂直于螺旋线装夹。这时两侧刀刃的工作前角都为 0 , 可以消除螺纹升角的影响 , 保持两侧切削顺畅 ,如图 2所示。显然这样会影响牙型的准确性 , 精加工时不亦采用。 图 2 装刀方式对车刀前角的影响 2、 23切削用量 螺纹加工要求主轴转速和刀具的进给速度之间保持严格的速比关系。即主轴每转一转 , 刀具应均匀地移动一个导程的距离。由于一般螺距远大于车外圆时的每转进给值 , 所以 主轴转速不可随意 , 主轴转速 值的乘积不得大于轴向进给限制值。一旦超过 ,有些系统就会螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 9 报警 3; 有些系统则会将导程变小 , 零件报废 ; 更有的系统甚至会发生危险 , 刀架撞到卡盘上。 另一方面 , 刀具切削部分在螺纹加工时的工作条件是非常恶劣的 , 不仅切削力大 , 而且摩擦剧烈 , 发热严重 , 刀具材料本身对切削线速度也有一定的限制。一般尺寸的螺纹加工 , 主轴转速 S 控制在 60200 r/m 殊大尺寸螺纹 , 有必要验算线速度 (公式 v= S d, ,不再赘述。 具有螺纹切削功能的机床都装有主轴编码器 , 由系统内部参数设置主轴与编码器的传动比。切削螺纹时 , 系统收到主轴编码器一转信号才移动 x 轴或 始螺纹加工 , 因此只要不改变主轴转速 , 可以分粗车、精车多次切削完成同一螺纹的加工。 螺纹加工进刀量可以参考螺纹底径和刀具、工件材料性能来确定。 螺纹小径 = 大径 - 2倍牙高 ; 牙高 = 0、 54 P ( 螺纹加工的进刀量应不断减少 , 具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。数控加工工艺手册等相关资料上能查到编程吃刀量的数据。 目前一般资料上的吃刀量数据 , 最小值为 0、 1这是对于普通螺纹而言。但对于传动螺纹 , 要根据刀具、精度要求等情况选择。 2、 24 工件和刀具装夹 工件安装要牢固平稳 , 还要考虑工件本身的刚性。刚性不足 , 则不能承受车削时的切削力 , 产生过大的挠度 , 改变了车刀与工件的中心高度 , 工件被抬高了 , 形成切削深度突增 , 出现扎刀现象。此时应把工件装夹牢固 , 可使用尾座顶尖等 , 以增加工件刚性。 在安装螺纹车刀时要尽量减少伸出长度 , 防止刀杆刚性不足而产生振动。刀杆要垂直于主轴方向 , 保证牙型准确对称。 理论上 , 螺纹车刀安装高度要与回转 轴线等高。过高或过低都会出现扎刀现象。安装过高 , 则吃刀到一定深度时 , 后刀面顶住工件 , 增大摩擦力 , 甚至把工件顶弯 , 造成扎刀 ; 安装过低 , 则切屑不易排出 ,车刀径向力的方向是工件中心 , 加上横进丝杠与螺母间隙的影响 , 致使吃刀深度不断自动趋向加深 , 从而把工件顶起 , 出现扎刀。实际经验表明 , 粗车、半精车时理想的刀尖位置是比工件中心略高 0、 1 0、 3 4 , 或者刀尖位置比工件的中心高出 1% d 左右 (d 表示被加工工件直径 )。精车时则应力求使刀尖和螺纹中心等高。 2、 25加工过程控制 主 流数控系统 , 在螺纹螺距确定的条件下 , 螺纹切削时 x 轴、 z 轴的移动速度由主轴转速决定 , 与切削进给速度倍率无关 , 即机床面板上的进给控制按钮在螺纹加工时无效 , 主轴倍率控制有效 5。主轴转速 发生变化时 , 由于 x 轴、 z 轴加减速难以完全一致 ,会使螺距产生误差 , 因此 , 螺纹切削时不可进行主轴转速调整 , 更不要停止主轴 , 主轴停止将可能导致刀具和工件损坏。 为了保证表面切削质量和减少刀具磨损 , 螺纹加工中一般应采用液体冷却和润滑。 纹编程和加工中的常见问题 3、 11多线螺纹乱扣 多线螺纹加 工 , 有两种情况。如果某系统的编程指令格式中有螺纹头数参数或起始角参数 , 用编程参数定义头数 , 不会出现乱扣情况。如果没有 , 可以利用偏移螺纹加工编程起点z 向值的方法 , 利用 此时要注意 , 在每次螺纹加工起点定位时 , 最好先加入 T 0200程序段 (设螺纹刀为 02号刀 ), 清除刀补 , 然后再重新 则多数系统都可能发生乱扣现象。 3、 12螺纹外径控制 由于螺纹多数为塑性材料 , 需考虑螺纹加工牙型的膨胀量。一般连接螺纹加工前的工件直径等于螺纹公称直径减去 01 P, 即 螺纹大径减 01螺距 , 一般根据材料变形能力大小取比螺纹大径小 01 05 对于铸铁等脆性材料 , 一般不必考虑。对于精度高的传动螺纹 , 则要在加工中及时测量 , 不可按经验公式控制尺寸。 3、 13 对刀 普通螺纹加工可以直接用刀具试切对刀 , 用 件加工时用工件移动配合 般螺纹加工对刀要求不是很高 , 特别是 z 向对刀没有严格的限制。螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 10 但螺纹中径要求高时 , x 轴要准确对刀 , 并且 x 轴应适当留余量。可以在 以便加工中通过改变刀 补控制直径尺寸 , 避免过切。 3、 14 螺纹加工起点设置 车螺纹时 , 刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。而刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降为零 , 驱动系统必须有一个过渡过程 , 因此沿轴向进给的加工路线长度除保证加工螺纹长度外 , 还应该增加刀具引入距离 1 和刀具切出距离 2 。一般 12 = P 即可。受机床性能限制 , 多数中低档机床在使用 76等径向快速进刀的指令时 , x 向一般要留有几毫米的距离 , 以利于降速。否则螺纹径向尺寸难以保证。 纹车 削小结 螺纹车削加工具有特殊性 , 不仅要合理选择编程指令 , 而且要在刀具材料、刀具角度、切削参数和加工过程控制等多方面采取措施 , 才能保证螺纹加工质量和效率。螺纹加工指令在不同系统中其格式略有差异 , 但原理是相同的。根据加工对象的特点和加工技术要求 , 选择适当的编程方式 , 采取合理的工艺措施 , 是获得理想加工质量和加工效率的保证。 传统的外螺纹加工主要采用螺纹车刀、板牙等工具完成 , 工作时需多次走刀才能切出螺纹轮廓 , 生产效率低。内螺纹则主要采用丝锥完成 , 螺纹精度难以保证。同 时 , 对于不允许有过渡扣或退刀槽结构的螺纹 , 采用以上传统车削方法或丝锥、板牙很难加工 1 。随着数控机床的日益普及 , 螺纹铣削加工技术在机械制造业尤其是模具制造业中的应用越来越多。螺纹铣削是通过数控机床的三轴联动 , 利用螺纹铣刀进行螺旋插补铣削而完成的 ,即刀具在水平面上每作一周圆周运动 , 在垂直面内则直线移动一个螺距。螺纹铣削具有加工效率高、螺纹质量高、刀具通用性好和加工安全性好等诸多优点。 纹铣刀的主要类型 常见的螺纹铣刀类型主要有 : 普通机夹式螺纹铣刀、整体式螺纹铣刀、带倒角功能的整体螺纹铣刀、螺纹钻铣刀及螺纹螺旋钻铣刀等 2 。各种类型的刀具各有其特点 : 机夹式螺纹铣刀是螺纹铣削中最常用且价格低廉的刀具 ,其结构与普通机夹式铣刀类似 , 由可重复使用的刀杆和可方便更换的刀片组成 ; 整体式螺纹铣刀结构紧凑 , 比较适合加工中、小直径的螺纹 ; 带倒角功能的整体螺纹铣刀的结构与普通整体螺纹铣刀类似 , 但在切削刃的根部( 或端部 ) 有专用的倒角刃 , 可在加工螺纹的同时加工出螺纹端部倒角 ; 螺纹钻铣刀是一种中小直径内螺纹高效加工刀具 , 可一次完成钻螺纹底孔、孔口倒角和内螺纹加工 , 减少刀具使用数 量 ; 螺纹螺旋钻铣刀也是一种用于内螺纹高效加工的整体硬质合金刀具 , 也可以一次加工出底孔和螺纹。 螺纹铣削的刀具轨迹 螺纹铣削运动轨迹为一螺旋线 , 可通过数控机床的三轴联动来实现。图 1 为加工右旋外 螺纹时刀具运动示意图 , 图 2 为加工左旋外螺纹时刀具运动示意图。 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 11 与一般轮廓的数控铣削相同 , 螺纹铣削开始进刀时也可采用 1/ 4 圆弧切入或直线切入 ,并且 , 为保证铣刀旋转一周即完成螺纹加工 , 铣削时应尽量选用刀片宽度大于被加工螺纹长度的铣刀 3 。图 3 所示为螺纹铣削时刀具的进退刀及加工 情况 , 螺纹底孔半径 , 切入圆弧半径 , 螺纹顶半径 , 安全距离 , 为切入圆弧角度 , 为 1/ 4 圆周角度。 螺纹铣削切削用量的确定 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 12 图 3螺纹铣削的进退刀及加工轨迹 4. 1 4 切削速度 刀具切削刃上选定点相对于工件的瞬时速度 ( m/ , 可按下式计算 v c= 000 式中 : v c _切削速度 n _刀具转速 4. 15 进给速度 铣刀切削刃处某点相对于工件的进给速度 ( 。可按下式计算 : v f= Zf z ( 2)式中 : _ 进给速度 f _ 每转进给量 ( 刀具每转一转 , 刀具相对工件在进给运动方向上的位移量 ) Z _ 铣刀齿数 f z _ 铣刀每齿进刀量 吃刀量 在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。螺纹切削用量的选择 ( 切削速度、背吃刀量、走刀次数 ) 是由刀具和零件的材质确定的。螺纹车削的切削速度一般要比普通车削低 25% 50%。螺纹加工中的背吃刀量和走刀次数会直接影响螺纹的 加工质量 , 车削螺纹时的背吃刀量和走刀次数可参考表 1 4 。数控铣削切削用量的选择也可参考车螺纹的有关切削参数。因铣螺纹是单刃切削而成 , 故其切削速度应选择车削的一半为宜 , 背吃刀量值仍可按车削选取 5 。 螺距 1 1 5 2 牙深 0. 649 0. 974 1. 299 1. 624 1. 949 2. 273 2. 598 走刀次数及对应背吃刀量 第 1次 0. 35 0. 40 0. 45 0. 50 0. 60 0. 75 0. 75 第 2次 0. 20 0. 30 0. 30 0. 35 0. 35 0. 35 0. 40 第 3次 0. 10 0 0. 20 0. 30 0. 30 0. 30 0. 30 0. 30 第 4次 0. 08 0. 20 0. 20 0. 20 0. 30 0. 30 第 5次 0. 05 0. 20 0. 20 0. 20 0. 20 第 6次 0. 07 0. 20 0. 20 0. 20 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 13 第 7次 0. 10 0. 10 0. 20 第 8次 0. 07 0. 15 第 9次 0. 10 5 螺纹铣削的程序编制 对于数控铣床或加工中心来说 , 螺纹铣削加工程序的编制主要采用 弧插补指令 , 即在二轴圆弧插补的同时加入第三轴直线插补 , 形成螺旋插补运动。其指令格式为 : X Y Z I J F 或 X Y Z R F 该指令格式中 : 示螺旋线旋向为顺 时针方向 ; 示螺旋线旋向为逆时针方向 ; X Y Z 表示螺旋线的终点坐标值 ; I、 J 分别为圆弧圆心相 对于螺旋线的起点在 x、 y 轴上的坐标值 6 。图 4 所示为螺旋下刀的轨迹示意图。1. 下刀点 2. 走刀轨迹 3. 工件 图 4 螺旋下刀轨迹示意 当然 , 通过宏命令也可以编写实现螺纹铣削的加工程序 , 对不同类型的螺纹加工只须改变螺纹参数编程中的几个变量 : 螺距、螺纹深度、下刀起始点及刀具偏置量等 , 即可实现对程序的修改 , 减少程序调试时间 , 提高加工效率。 5 应用实例分析 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 14 图 5 待加工工件内螺纹孔 在 工中心上 ( 沈阳机床厂生产 ,配置 i 数控系统 ) 加工图 5 所示工 件的内螺纹。螺纹相关参数为 : . 5、右旋、内螺纹、螺纹底孔直径 8. 38 根据经验公式计算得到 : 底孔直径 = 公称直径 - ( 1. 041. 08) P, 此处取 1. 08 7 ) 、螺纹直径 20纹长度 L 为 28 其他加工条件为 : 工件材料为 45# 钢、刀具采用整体硬质合金螺纹钻铣刀、铣刀直径 10 削方式为顺铣、切削速度取 50m/削进给量为 0. 1 齿。 ( 1) 相关参数计算 主轴转速为 : n =1 000v c/ (3) =1 000 50/3. 14 10 = 1 592 r/刀齿数 Z= 1, 选取每齿进给量 f = 0.1 铣刀切削刃处进给速度为 : f (4) = 0. 1 1 1592 = 159. 2 mm/刀中心处进给速度为 : / ( 5) = 159. 2 ( 20- 10) / 20 = 79. 6 mm/安全距离 0. 5 参照图 3) , 切入 圆弧半径为 : ( R i - 2 + 10 ( 6) 2( 9. 19- 0. 5) 2 + 10 10 = 8. 78 入圆弧角度为 : = 180 - 9. 19- 0. 5 8. 78 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 15 = 95. 88 切入圆弧时的 Z 轴位移为 : Z = 360 ( 8) = 1. 5 90 / 360 = 0. 375 入圆弧起点坐标为 : X= 0 Y= - - 9. 19+ 0. 5= - 8. 68 Z= - ( L+ = - ( 28+ 0. 375)= - 28. 375 ( 2) 螺纹铣削程序编制 以下是手动编制的该螺纹加工程序 : % 90 54 ; 43 0. 1592; 9l 0. 8. 375; 41 0. . 68 ; 刀具移动到起始点 03 68 375 78 6; 03 5 0. ; 03 0. 68 375 78; 00 0. . 68 ; 49 00 30; 6 螺纹铣削小结 螺纹铣削作为一种螺纹的加工方法 , 在模具生产中应用广泛。实际中 也常用于车削时难装夹的场合 , 作为车削螺纹的一种补充。本实例通过从螺纹铣刀的类型、铣削的刀具轨迹、铣削的切削参数以及铣削的编程等方面对螺纹铣削的工艺性进行分析 , 总结出合理的工艺方案 , 最后在加工中心上加工出该产品。通过对产品的实际检测 , 各项偏差都在精度要求范围内 , 完全能满足产品的技术要求 , 而且 , 由于一次装夹成形工作效率大大提高。 第三章 螺纹数控加工铣程序 宏程序像高级语言一样，可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算进行编程。在宏程序形式中，一般都提供循环、判断、分支和子程序调用的方 法，可编制各种复杂的零件加工程序。 3 1宏程序的分类 宏程序可分为两类： 类， 式的宏指令来表达各种数学运算逻辑关系，极不直观，且可读性非常差。 序简单、修改方便等特点，在实际生产中也得到了广泛的应用。 3 2变量 一个普通的零件加工程序指定 ： 利用用户宏，既可以直接使用数字值也可以使用变量号。当使用变量号时，变量值既可以由程序 改变，也可以用 下图 2 #1=#2+100 #1 2纹轴类零件的数控加工工艺设计 16 3 2 1变量的书写规格 当指定一个变量时，在 #后指定变量号。个人计算机允许赋名给变量，宏程序没有此功能。例： #1 也可以用表达式指定变量号，这是表达式要用方括号括起来。例： #1+#23 2 2变量的类型 局部变量和公共变量可以有值 0和在下述范围内的值： 100果计算结果无效，发 出 111号报警。 3 2 3忽略小数点 在程序中定义变量时，可以忽略小数点。例：当 #1=123被定义时，变量 # 未定义的变量： 当变量的值未定义时，这样的一个变量被看作“空”变量，变量 #0总是“空”变量，是一个只读变量。 3 2 4变量的类型 根据变量号将变量分为四类，见下表 2 表 2变量号 变量类型 功能 #0 “空” 这个变量总是空的 ,不能赋值。 #1-#33 局部变量 局部变量只能在宏中使用，以保持操作的结果，关闭电源时，局部变量被初 始化成“空 ” 。宏调用时，自变量分配给局部变量。 #100-#149（ #199） #500-#531（ #999） 公共变量 公共变量可在不同的宏程序间共享。关闭电源时变量#100-#149被初始化成“空 ” ，而变量 #500-#531保持数据。公共变量 #150-#199和 #532-#999可以选用，但是当这些变量被使用时，纸带长度减少了 #1000以上 系统变量 系统变量用于读写各种 当前位置、刀具补偿值。 3 2 5引用变量 为了在程序中引用变量，指定一个字地址其后跟一个变量号。当用 表达式指定一个变量时，须用方括号括起来。例： #1+#2 F#3。引用的变量值根据地址的最小输入增量自动进行四舍五入。例： #1；其中 #1值为 ，则实际命令为 了将引用的变量值的符号取反，在 #号前加“ ”号。 例： #1；当引用一个未定义的变量时，忽略变量及引用变量的地址。例： #1=0 ， #2=“空”， 则 #1 Y#2；的执行结果是 0； 3 3算术和逻辑操作 在下表中列出的操作可以 用变量进行。操作符右边的表达式，可以含有常数和（ /或）由一个功能块或操作符组成的变量。表达式中的变量 #边的变量也可以用表达式替换。见下表 2 表 2术和逻辑运算一览表 功能 格式 注释 赋值 #i=#j 加 #i=#j+#k 减 #i=#j #k 乘 #i=#j*#k 除 #i=#j/#k 正弦 #i=j 角度以度为单位，如： 90度 30分表示成 余弦 #i=j 正切 #i=j 反正切 #i=j 螺纹轴类零件的数控加工工艺设计 17 平方根 #i=j 绝对值 #i=j 进位 #i=j 下进位 #i=j 上进位 #i=j ） #i=#k 用二进制数按位进行逻辑操作。 或） #i=#k ） #i=#k 将 #i=j 用于与 将 #i=j 3 4分支和循环语句 在一个程序中，控制流程可以用 三种分支循环语句如下： 条件分支）； 件分支 :， ） ; 循环语句 。 无条件分支（ 功能 转向程序的第 指定的顺序号大于 1现 128号报警，顺序号可以用表达式。 格式 n； 1 条件分支（ 句） 功能 在 果条件满足，转向第 否则执行下一段。 格式 条件表达式 n； 其中： 条件表达式 一个条件表达式一定要有一个操作符，这个操作符插在两个变量或一个变量和一个常数之间，并且要用方括号括起来，既 表达式 操作符 表达式 。 操作符见下表 2 表 2算符 操作符 意义 #2，循环 1继续 #4=#4一 #11： 11 5 Z#4 顺时引螺旋插补下一层 循环 #5 3； 向中心叫退 3 快速提刀至安伞高度 宏程序结束返凹 4编写外螺纹数控铣削加工宏程序 编写外螺纹数控铣削加工宏程序以加工梯形螺纹以及加工多头螺纹为例 4 1梯形螺纹的加工方法 (1)直进法适宜加 5纹车刀 用此种方法加 1=梯形螺纹时，螺纹车刀的三面都参加切削，导致加上排屑困难，切削力和切削热增加，刀尖磨损严重。当进刀量过人时，还可能产生“扎刀”现象。这种方法在数控车床上可采用 是很显然，这种方法是不可取的。 (2)斜进法适宜加工 5 P12的梯形螺纹。螺纹车刀沿牙二型角方向斜向间歇进给至牙 深处。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀始终只有一侧刃参加切削，从而使排屑比较顺利，刀尖的受力和受热情况有所改善，在车削中不易引起“扎刀”现象。该方法在数控车床上可采用 (3)左右切削法庀右切削法：螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深。该方法类同于斜进法，在数
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