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1、89 螺纹车削加工工艺及编程891 螺纹加工概念及加工工艺1螺纹加工简述螺纹加工是在圆柱上加工出特殊形状螺旋槽的过程，螺纹的常见的用途是连接紧固、传递运动等。螺纹常见的加工方法有： 滚丝或螺纹成型、 攻丝、 铣削螺纹、车削螺纹等。 CNC车床可加工出高质量的螺纹，本节主要学习用CNC 车床车削螺纹的工艺编程方法。车削螺纹加工是在车床上，控制进给运动与主轴旋转同步，加工特殊形状螺旋槽的过程。螺纹形状主要由切削刀具的形状和安装位置决定。螺纹导程由刀具进给量决定。如图8-9-1所示的螺纹车削加工。CNC编程加工最多的是普通螺纹，螺纹牙形为三角形，牙型角为 60， 普通螺纹分粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹
2、。粗牙普通螺纹的螺距是标准螺距，其代号用字母“M ”及公称直径表示，如M16 、M12等。细牙普通螺纹代号用字母“M ”及公称直径螺距表示，如M24 1.5 、M27 2 等。2螺纹加工刀具普通螺纹加工刀具刀尖角通常为60，螺纹车刀片的形状跟螺纹牙型一样，螺纹刀切削不仅用于切削，而且使螺纹成型。机夹式螺纹车刀如图8-9-2 所示， 分为外螺纹车刀和内螺纹车刀两种。可转位螺纹车刀是弱支撑，刚度与强度均较差。图 8-9-2 车削螺纹加工图 8-9-1 车削螺纹加工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页装夹外螺纹车刀时， 刀
3、尖应与主轴线等高 ( 可根据尾座顶尖高度检查 ) 。车刀刀尖角的对称中心线必须与工件轴线垂直，装刀时可用样板来对刀。3螺纹加工过程一个螺纹的车削需要多次切削加工而成，每次切削逐渐增加螺纹深度，否则，刀具寿命也比预期的短得多。为实现多次切削的目的， 机床主轴必需恒定转速旋转，且必须与进给运动保持同步，保证每次刀具切削开始位置相同， 保证每次切削深度都在螺纹圆柱的同一位置上，最后一次走刀加工出适当的螺纹尺寸、形状、表面质量和公差，并得到合格的螺纹。如图 8-9-3 ，编程中，每次螺纹加工走刀至少有4 次基本运动 ( 直螺纹 ) 。运动：将刀具从起始位置X向快速（ G00方式）移动至螺纹计划切削深度
4、处。运动：加工螺纹轴向螺纹加工( 进给率等于螺距) 。运动：刀具X向快速（ G00方式）退刀至螺纹加工区域外的X向位置。运动：快速（G00方式）返回至起始位置。4螺纹加工工艺事项 螺纹切削起始位置螺纹切削起始位置，既是螺纹加工的起点，又是最终返回点，必须定义在工件外，但又必须靠近它。 X轴方向每侧比较合适的最小间隙大约为2.5mm ，粗牙螺纹的间隙更大一些。Z 轴方向的间隙需要一些特殊考虑。在螺纹刀接触材料之前，其速度必须达到100编程进给率。 由于螺纹加工的进给量等于螺纹导程，所以需要一定的时间达到编程进给率。如同汽车在达到正常行驶速度以前需要时间来加速一样，螺纹刀在接触材料前也必须达到指定
5、的进给率， 确定前端安全间隙量时必须考虑加速的影响，故必须设置合理的导入距离。导入距离一般为螺纹导程长度的34 倍。同理，螺纹切削结束前，存在减速问题，故必须合理设置的导出距离。在某些情况下，由于没有足够空间而必须减小Z 轴间隙，惟一的补救办法就是降低主轴转速 (r min)不要降低进给率。 从螺纹退刀为了避免损坏螺纹，刀具沿 Z 轴运动到螺纹末端时，必须立即离开工件，退刀运动有两种形式沿一根轴方向直线离开( 通常沿 X轴)， 或沿两根轴方向斜线离开(沿 XZ轴同时运动) ，如图 8-9-4 所示。图 8-9-3螺纹加工路线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
6、 - - - - -第 2 页，共 10 页通常如果刀具在比较开阔的地方结束加工，例如退刀槽或凹槽， 那么可以使用直线退出，车螺纹 Z 向终点位置一般选在退刀槽的中点，使用快速运动G00指令编写直线退出动作，如：N63 G32 Z-20 F2 （螺纹加工程序）N64 G00 X50 如果刀具结束加工的地方并不开阔，那么最好选择斜线退出，斜线退出运动可以加工出更高质量的螺纹，也能延长螺纹刀片的使用寿命。斜线退出时， 螺纹加工 G代码和进给率必须有效。退出的长度通常为导程，推荐使用的角度为45，退出程序如下：N63 G32 Z-20 F2 ； （螺纹加工程序）N64 U4 W2； (斜线退出，螺纹
7、加工状态) N65 G00 X50； (快速退出 ) 螺纹加工直径和深度由于螺纹不能一次切削加工出所需深度，所以总深度必须分成一系列可操控的深度，每次的深度取值， 不仅要考虑螺纹直径，还要考虑加工条件：刀具类型、材料以及安装的总体刚度。螺纹加工中随着切削深度的增加，刀片上的切削载荷越来越大。对螺纹、 刀具或两者的损坏可以通过保持刀片上的恒定切削载荷来避免。要保持恒定切削载荷，一种方法是逐渐减少螺纹加工深度。每次切削深度的计算并不需要复杂的公式, 但需要一些常识和经验。螺纹加工循环在控制系统中建立了自动计算切削深度的算法，手动计算的逻辑是一样的。有关螺纹加工的一些数值可由下面列出经验计算方法得到
8、：外螺纹小径 =外圆直径 2牙高；螺纹牙高 =0.61343P 0.6P 走刀次数 =2.8P+4；走刀次数牙高最大切深(a) 直线退出 (b)斜线退出图 8-9-4 螺纹退刀精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页走刀次数最大切深最小切深式中： P 为螺纹导程，单线螺纹导程与螺距相同车三角形外螺纹时，由于受车刀挤压会使螺纹大径尺寸胀大，所以车螺纹前大径一般应车得比基本尺寸小约0.1P 。车削三角形内螺纹时，内孔直径会缩小，所以车削内螺纹前的孔径要比内螺纹小径略大些，可采用下列近似公式计算：车外螺纹前外圆直径=公称直径
9、D0.1P ；车削塑性金属的内螺纹底孔直径公称直径dP 车削脆性金属的内螺纹底孔直径公称直径d 一 1.05P 主轴转速以及进给率螺纹加工时将以特定的进给量切削，进给量与螺纹导程相同，CNC 在螺纹加工模式下控制主轴转速与螺纹加工进给同步运行。螺纹加工是典型高进给率加工，比如加工导程为3 mm的螺纹，进给量则是3mm r 。螺纹加工的主轴转速直接使用恒定转速（r/min ）编程，而绝不是恒线速度(CSS)，这就意味着准备功能G97必须与地址字S一起使用来指定每分钟旋转次数，例如 “G97 S500 M03 ” ，表示主轴转速为500rmin。那么如果加工导程为3mm 的螺纹，其进给速度计算如下
10、：F700r min3mm r 2100mm min 为保证正确加工螺纹, 在螺纹切削过程中，主轴速度倍率功能失效, 进给速度倍率无效。892 G32 螺纹切削指令应用G32是 Fanuc 控制系统中最简单的螺纹加工代码，该螺纹加工运动期间，控制系统自动使进给率倍率无效。1G32螺纹切削指令指令格式：G32 X(U) Z(W) F Q； ( 等螺距螺纹切削指令) X(U) Z(W) 为直线螺纹的终点坐标；F为直线螺纹的导程，如果是单线螺纹，则为直线螺纹的螺距；Q 为螺纹起始角，该值为不带小数点的非模态值，其单位为0.001 ，如果是单线螺纹，则该值不用指定，这时该值为0；2G32螺纹切削编程实
11、例试用 G32指令 ,编写图 8-9-5 所示工件的螺纹加工程序。 相关工艺精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页设计螺纹切削导入距离6mm ； 刀具退出的方式为45斜线，长度为导程1.5mm。 如图 8-9-6（a）所示。车外螺纹前外圆直径公称直径D0.1P 240.1 1.5 23.85 ；螺纹牙高 =0.61343P 0.61343 1.5 0.92 ；外螺纹小径 =外圆直径 2牙高 23.85 20.9222.01；设计螺纹分五次切削加工出所需深度，第一刀切深0.32mm ，然后，每刀逐渐减少螺纹加工深度，最后
12、精加工切深0.045mm.。分层切削染余量分配如图8-9-6 （b）所示。拟定主轴转速使用恒定转速500r/min, 进给量则是导程1.5mm r 。 螺纹加工程序编写螺纹加工程序O8901如下：O8901 G21 G99 T0404 ( 调用第 4 号外螺纹刀具 ) G97S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ；( 起始点 , 导人距离 5 mm) N21 G00 X23.21 ；（刀具从起始位置X 向快速移动至螺纹计划切削深度处）N22 G32 Z-21 F1.5 ； （轴向螺纹加工，进给率等于螺距) 。N23 U4 W-2 ；（刀具退出的方式为45斜线，保持螺纹切削状态
13、）N24 G00 X30 ； （刀具 X向快速退刀至螺纹加工区域外的X30位置）N25 Z6 ； (快速 G00方式返回至起始位置) 。 (N21 N25完成螺纹的第一刀切削) N26 G00 X22.76 ；N27 G32 Z-21 F1.5 ；N28 U4 W-2 ；N29 G00 X30 ；N30 Z6 (N26N30完成螺纹的第二刀切削) 图 8-9-5 螺纹加工工件图 8-9-6 示例工件螺纹加工相关设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页图 8-9-7 G92 螺纹切削路线N40 G00 X22.01 N
14、41 G32 Z-21 F1.5；N42 U4 W-2；N43 G00 X30；N44 Z6 (N40N44完成螺纹的最后切削) G00 X100 Z100 M09 M05 N41 M30 ( 程序结束 ) 893 螺纹切削单一固定循环G92 单一循环螺纹加工指令G92简介由程序 O8901 可见，用G32 编写螺纹多次分层切削程序是比较繁琐，每一层切削要五个程序段，多次分层切削程序中包含大量重复的信息。FANUC 系统可用G92 指令的一个程序段代替每一层螺纹切削的五个程序段，可避免重复信息的书写，方便编程。G92 指令称单一循环加工螺纹指令，如图8-9-7，G92 螺纹加工程序段在加工过程
15、中，刀具运动轨迹为：首先：刀具沿X 轴进刀至螺纹计划切削深度X 坐标；第二步：沿Z 轴切削螺纹；第三步：启动 45倒角螺纹（斜线切出） ；第四步：刀具沿X 轴退刀至 X 初始坐标；第四步沿Z轴退刀至Z 初始坐标。在 G92程序段里，须给出每一层切削动作相关参数，必须确定螺纹刀的循环起点位置，螺纹切削的终止点位置。 单一循环螺纹加工指令G92格式指令格式： G92 X(U) Z(W) FR；格式说明：X(U)、Z(w) 为螺纹切削终点处的坐标；F 为螺纹导程的大小，如果是单线螺纹，则为螺距的大小；45斜线螺纹切出距离在0.1 L 至 12.7 L 之间指定，指定单位为0.1 L，可通过系统参数进
16、行修改。 （L 为导程）R 为圆锥螺纹切削参数。R 值为零时，可省略不写，螺纹为圆柱螺纹。 G92 编程示例螺纹加工程序O8901用 G92编程可改写成程序O8902 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页O8902 G21 G99 T0404 ( 调用第 4 号外螺纹刀具 ) G97 S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ； ( 外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离 6 mm) G92 X23.21 Z-23 F1.5 (完成第一层螺纹切削) X22.76；( 完成第二层螺纹切削) X22.40；(
17、 完成第三层螺纹切削) X22.10；( 完成第四层螺纹切削) X22.01; (完成螺纹的最后切削) G00 X100 Z100 M09 M05 N41 M30 ( 程序结束 ) 显然用 G92编程的程序O8902比 O8901简洁多了。894 螺纹切削复合循环G76 复合循环螺纹加工指令G76简介 CNC发展的早期， G92单一螺纹加工循环方便了螺纹编程。随着计算机技术的迅速发展，CNC 系统提供了更多重要的新功能，这些新功能进一步简化了程序编写。螺纹复合加工循环G76是螺纹车削循环的新功能，它具有很多功能强大的内部特征。使用 G32方法的程序中， 每刀螺纹加工需要4 个甚至 5 个程序段
18、； 使用 G92循环每刀螺纹加工需要一个程序段，但是G76循环能在一个程序段或两个程序段中加工任何单头螺纹。在机床上修改程序也会更快更容易。如图 8-9-8 所示，表明G76指令的加工动作。G76螺纹加工循环需要输入初始数据。 复合螺纹加工循环指令G76格式图 8-9-8 G76螺纹切削路线及有关参数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页G76指令格式：G76 P（ m r ） Q（最小切深） R(精加工余量 ) ；G76 X(U) Z （ W ）P（牙高） Q（最大切深）R（锥螺纹参数）F（导程）；FANUC 0i
19、复合螺纹加工循环指令G76格式分两个程序段，格式中各参数含义如下表：表 8-9-1 G76 格式说明第一程序段：G76 P（ m r ） QRP（m）精加工重复次数，为199 的两位数（r）倒角量，当螺距为L，从 0.0L 到 99L 设定，单位为0.1L，为 199 的两位数（ ）刀尖角度，选择80、 60、55、 30、 29、 0六种中的一种，由两位数规定。Q为最小切深 (用半径值指定 ) 切深小于此值时，切深钳在此值R精加工余量（微米）第二程序段：G76 X(U) Z （W）RPQFX(U) Z（W）螺纹最后切削的终端位置的X、Z 坐标， X(U) 表示牙底深度位置Q第一刀切削深度，半
20、径值，正值，（微米）P牙高，半径值，正值（微米）R锥螺纹半径差；圆柱直螺纹切削省略。F螺距正值 G76 外螺纹切削编程示例螺纹加工程序O8901 用 G76编程可改写成程序O8903 O8903 G21 G99 T0404 ( 调用第 4 号外螺纹刀具 ) G97S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ； ( 外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离 6 mm)N30 G76 P011060 Q100 R0.1 ； （螺纹参数设定）N40 G76 X22.01 Z-23. P920 Q320 F1.5；G00 X100 Z100 M09 M05 M30 ( 程序结束 ) 显然用 G
21、76 编程的程序O8903 比 O8901 和 O8902 又简洁多了。G76程序段 N30，N40说明：程序段“ N30 G76 P011060 Q100 R0.1 ； ”中：P011060表示：精加工次数是一次；倒角量为一个导程；刀尖角度60。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页Q100表示：最小切深钳制在半径值100 微米R0.1：表示精加工余量0.1mm 程序段“ N40 G76 X22.01 Z-21. P920 Q320 F1.5； ”中X22.01 Z-23.表示：牙底深度X值为 X22.01 ；螺纹切
22、削Z 终点 Z-23. P920表示：牙高为半径值920 微米Q320表示：第一刀切深为半径值320 微米F1.5 表示：螺距1.5mm 895 内螺纹切削编程示例试编写图 8-9-9 所示工件的内螺纹加工程序。1工艺设计螺纹加工前的底孔直径公称直径dP 302 28；确定工件坐标系如图8-9-9 ；设计螺纹切削循环G76起点在 （X24，Z6） ，选择 X24不仅保证刀具X向与实体的安全间隙，又避免螺纹刀退出时碰撞工件。Z6是螺纹切削导入距离6mm 。如图 8-9-9 。设计螺纹最后一刀切削的终点（与起点相对形成矩形切削区域）坐标是（X30，Z35） 。X30 为内螺纹的牙底直径。Z 35
23、保证刀具足够切出距离，又不至于让刀具碰撞到夹具。如图 8-9-9 。内螺纹的其它切削参数计算如下：图 8-9-9 内螺纹示例工件及加工相关设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页螺纹牙高 =0.61343P 0.61343 21.22(mm) 走刀次数 =2.8P+49；4. 0922.1走刀次数牙高最大切深(mm)13.094.0走刀次数最大切深最小切深(mm) 拟定主轴转速使用恒定转速400r/min, 进给量则是导程2mm r 。2内螺纹加工程序设螺纹底孔已经加工完毕，内螺纹加工程序O8904 如下：O8904；G21 G99；T0404 ( 调用第 4 号外螺纹刀具 ) G97 S400 M03；N20 G00 X24 Z6 M08 ； ( 外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离 6 mm) N30 G76 P011060 Q130 R 0.1 ； （注意：内螺纹精加工余量取负值）N40 G76 X30 Z-35. P1220 Q400 F2；G00 X100 Z100 M09 ；M05 ；M30 ； ( 程序结束结束 ) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页
