情境三螺纹(面)数控加工程序的编制

情境三螺纹（面）数控加工程序的编制•情境描述•在数控车床上加工螺纹，编程指令有单行程螺纹切削指令G32、非整数导程螺纹切削指令G33、变导程螺纹且学指令G34、螺纹切削循环指令G92、螺纹切削符合循环指令G76.•本章主要介绍以下几方面的内容：•1.三角形螺纹加工的尺寸计算和切削用量的选择；•2.数控车床加工螺纹指令G32、G92和G76；•3.数控车床加工螺纹的程序编制。任务十七外圆柱螺纹面数控加工程序的编制一、外圆柱螺纹面数控加工程序的编制项目任务书,见表17-1表17-1项目任务书情境名称螺纹（面）数控加工程序的编制学习目标1、掌握外圆柱螺纹面的加工工艺的制定；2、掌握外圆柱螺纹面数控编程技巧与方法。零件名称丝堵材料45钢毛坯尺寸Φ50×100任务内容：制定螺纹（面）加工工艺并编制丝堵零件中螺纹（面）的数控加工程序。（螺纹段外径已车至φ29.8mm，4x2的退刀槽已加工）学习指令：螺纹加工指令G32，螺纹循环加工指令G92备注制定阶梯轴Ⅰ的加工工艺并编制其数控加工程序。二、学习导读1.螺纹的牙型和螺纹的参数牙型:沿螺纹轴线剖切的截面内，螺纹牙两侧边的夹角称为螺纹的牙型。常见螺纹的牙型有三角形、梯形、锯齿形、矩形等。牙型角α:在螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。普通螺纹的牙型角为60°，英制螺纹牙型角为55°，梯形螺纹牙型角为30°。公称直径(D/d)：指螺纹大径的基本尺寸。螺纹大径(d或D)亦称外螺纹顶径或内螺纹底径。螺纹小径（D1/d1）亦称外螺纹底径或内螺纹顶径。螺纹中径（D2/d2）是一个假想圆柱的直径，该圆柱剖切面牙型的沟槽和凸起宽度相等。同规格的外螺纹中径和内螺纹中径尺寸相等。螺距(P)是螺纹上相邻两牙在中径上对应点间的轴向距离。导程(L)是一条螺旋线上相邻两牙在中径上对应点间的轴向距离。理论牙型高度(h)是在螺纹牙型上牙顶到牙底之间，垂直于螺纹轴线的距离。2.螺纹加工尺寸分析车削外螺纹时，零件材料因受车刀挤压而使外径胀大，因此实际切削时螺纹部分的零件外径应比螺纹的公称直径小0.2-0.4mm。一般取d实=d-0.1P。在实际生产中，为计算方便，不考虑螺纹车刀的刀尖半径r的影响，一般取螺纹牙型高度h=0.65P，故螺纹实际小径dl实=d-2h=d-1.3P。由于车削螺纹时起始需要一个加速过程，结束前有一个减速过程，因此螺纹两端必须设置足够的升速进刀段δ1和减速退刀段δ2，如图17-1所示。实际生产中，一般取δ1=2-5mm，大螺距和高精度的螺纹取值大一些；δ2一般为退刀槽宽度值的一半左右，一般取δ2=1-3mm。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一般按45°退刀收尾。图17-13.螺纹车削时进刀方法的选择在数控车床上加工螺纹时的进刀方法通常有直进法、斜进法。当螺距P3mm时，一般采用直进法(如图17-2a)；螺距P≥3mm时，一般采用斜进法(如图17-2b)。图17-24.切削用量的选用1）主轴转速n在数控车床上加工螺纹，主轴转速受数控系统、螺纹导程、刀具、零件尺寸和材料等多种因素的影响。不同的数控系统，有不同的推荐主轴转速范围。大多数经济型数控车床车削螺纹时，推荐主轴转速为n≤1200/P-K式中P一一零件的螺距，mm；K一一保险系数，一般取80；n一一主轴转速，rpm例如：加工M30x2普通外螺纹时，主轴转速n=1200/P-K=(1200/2-80)r/min=520r/min。根据零件材料、刀具等因素可选取n=400～500r/min。2）背吃刀量ap车削螺纹时时应遵循背吃刀量递减的分配方式，即后一刀的背吃刀量不能超过前一刀背吃刀量，否则会因切削面积的增加、切削力过大而损坏刀具。但为了提高螺纹的表面粗糙度，用硬质合金螺纹车刀时，最后一刀的背吃刀量不能小于0.1mm。常用螺纹加工走刀次数与分层切削余量可参阅表17-2。表17-2常用螺纹加工走刀次数与分层切削余量公制螺纹螺距1.01.52.02.53.03.54.0牙深0.650.9751.31.6251.952.2752.6切深1.31.952.63.253.94.555.2走刀次数和切削余量1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次0.150.40.40.40.60.65次O.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.39次0.23）进给量f单线螺纹的进给量等于螺距，即f=P；多线螺纹的进给量等于导程，即f=L。5.指令学习(1)单行程螺纹切削指令G32指令格式G32X(U)Z（W）F；式中：X、Z——螺纹编程终点的X、Z向坐标，mm，X为直径值。X省略时为圆柱螺纹切削，Z省略时为端面螺纹切削；X、Z均不省略时为锥螺纹切削；U、W——螺纹编程终点相对编程起点的X、Z向坐标，mm，U为直径值；F——螺纹导程，mm。指令使用要点：G32进刀方式为直进式；螺纹切削时不能用主轴线速度恒定指令G96；切削斜角a在45°以下的圆锥螺纹时，螺纹导程以Z方向指定。使用G32指令可以加工固定导程的圆柱螺纹或圆锥螺纹，在进行螺纹切削应注意在两端设置足够的升速进刀段δ1和降速退刀段δ2。学习示例：试编写图17-3所示螺纹的加工程序。（螺纹导程4mm，升速进刀段δ1=3mm，降速退刀段δ2=1.5mm，假设只切一刀）。A点是螺纹加工的起点，B点是单行程螺纹切削指令G32的起点，c点是单行程螺纹切削指令G32的终点，D点是X向退刀的终点。A→B采用G00进刀；B→C采用G32车螺纹；C→D采用G00沿X方向退刀；D→A采用G00沿Z方向退刀。图17-3单行程圆柱螺纹切削指令G32……G00U-60G32W-74.5F4G00U60W74.5……(2)螺纹切削循环指令G92使用G32加工螺纹时需要多次进刀，程序较长，容易出错。为此数控车床一般均在数控系统中设置了螺纹切削循环指令G92。指令格式G92X(U)_Z(W)_I(R)_F_其中:X、Z——螺纹终点的绝对坐标，mm；U、W——螺纹终点的相对起点坐标，mm；F为螺纹导程，mm；I(R)——圆锥螺纹起点半径与终点半径的差值mm。其值的正负判断方法与G90相同，圆锥螺纹终点半径大于起点半径时I(R)为负值；圆锥螺纹终点半径小于起点半径时I(R)为正值。对于圆柱螺纹I=0，该项可省略，故圆柱螺纹切削循环指令格式为G92X(U)_Z(W)_F_。G92指令用于单一循环加工螺纹，其循环路线与单一形状固定循环基本相同，如图17-4所示，循环路径中除车削螺纹行程②为进给运动（G01）外，其他行程(循环起点进刀①、螺纹切削终点X方向退刀③、Z方向退刀④)均为快速运动（G00）。该指令是切削圆柱螺纹和圆锥螺纹时使用最多的螺纹切削指令。图17-4圆柱螺纹切削循环指令G92图17-5圆柱螺纹切削循环学习示例：试编写图17-5所示圆柱螺纹的加工程序。（假设毛坯直径为30mm，每次切削深度为别为0.4mm、0.3mm、0.2mm和0.1mm）……G00X35Z104G92X29.2Z53F1.5X28.6X28.2X28.0G00X200Z200……三、任务解析1.螺纹加工相关尺寸与切削三要素数值的计算与确定实际车削时外圆柱面的直径d实=d-0.1P=(30-0.1×2)mm=(30-0.2)mm=29.8mm。螺纹牙型高度h=0.65P=0.65×2mm=1.3mm。螺纹实际小径d1实=d-1.3P=(30-1.3×2)mm=27.4mm。升速进刀段和减速退刀段分别取δ1=5mm，δ2=2mm。查表17-2确定切削用量，本任务中双边切深为2.6mm，根据表中第三列数值知：分五刀切削螺纹（面），切削余量（切深）分别为0.9mm、0.6mm、0.6mm、0.4mm和O.lmm。主轴转速n≤1200/P-K=(1200/2-80)r/min=520r/min。进给量f=P=2mm。2.加工工艺路线：装夹→对刀→设置编程原点O为零件右端面中心→螺纹车削切深0.9mm（螺距为2mm）→螺纹车削切深0.6mm→螺纹车削切深0.6mm→螺纹车削切深0.4mm→螺纹车削切深0.1mm。四、任务实施（零件加工工艺分析与编程）1．工装：采用三爪自定心卡盘夹紧零件的外圆周面。2．刀具选择：数控加工刀具见表17-3。表17-3数控加工刀具卡片产品名称或代号×××零件名称丝堵零件图号×××序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径R/mm刀尖方位T备注1T01600硬质合金螺纹刀1螺纹（面）8编制×××审核×××批准×××共页第页3．制作加工工艺卡丝堵加工工步及切削用量见表17-4。表17-4加工工艺卡单位名称×××产品名称或代号零件名称零件图号×××丝堵×××工序号程序编号夹具名称使用设备车间001×××三爪自定心卡盘数控车床×××工步号工步内容刀具号刀具规格（mm）主轴转速n/(r/min)进给速度f/(mm/r)背吃刀量ap/（mm）备注1装夹，找正手动2对刀，设置编程原点O为零件右端面中心；T0125×25手动3螺纹车削第一刀，螺距为2mm切深0.9mmmmT0125×2552020.45自动4螺纹车削第二刀，螺距为2mm切深0.6mmT0125×2552020.3自动5螺纹车削第三刀，螺距为2mm切深0.6mmT0125×2552020.3自动6螺纹车削四刀，切深0.4mmT0125×2552020.2自动7螺纹车削第五刀，切深0.1mmT0125×2552020.05自动编制×××审核×××批准×××年月日共页第页五、程序编制丝堵数控加工程序(G32指令)清单见表17-5。表17-5数控加工程序清单程序号:04001程序段号程序内容说明N1OG40G97G99S520M03；主轴正转520r/minN20T0404；螺纹刀T04N30M80；切削液开N40GOOX32.0Z5.0；螺纹加工的起点N50X29.1；自螺纹大径30mm进第一刀，切深0.9mmN60G32Z-28.0F2.0；螺纹车削第一刀，螺距为2mmN70GOOX32.0；X向退刀N80Z5.0；Z向退刀N90X28.5；进第二刀，切深0.6mmN100G32Z-28.0F2.0；螺纹车削第二刀，螺距为2mmNllOGOOX32.0；X向退刀N120Z5.0；Z向退刀N130X27.9；进第三刀，切深0.6mmN140G32Z-28.0F2.0；螺纹车削第三刀，螺距为2mmN150GOOX32.0；X向退刀N160Z5.0；Z向退刀N170X27.5；进第四刀，切深0.4mmN180G32Z-28.0F2.0；螺纹车削第四刀，螺距为2mmN190GOOX32.0；X向退刀N200Z5.0；Z向退刀N210X27.4；进第五刀，切深0.1mmN220G32Z-28.0F2.0；螺纹车削第五刀，螺距为2mmN230GOOX32.0；X向退刀N240Z5.0；Z向退刀N250X27.4；重复走刀一次，光整螺纹表面，切深为0mmN260G32Z-28.0F2.0；N270GOOX200.0；X向退刀N280Z100.0；Z向退刀，回换刀点N290M30；程序结束丝堵数控加工程序(G92指令)清单见表17-6。表17-6数控加工程序清单程序号：04004程序段号程序内容说明N10G40G97G99S520M03；主轴正转520r/minN20T0404；螺纹刀T04N30M08；切削液开N40G00X31.0Z5.0；螺纹加工循环起点N50G92X29.1Z-28.0F2.0；螺纹车削循环第一刀，切深0.9mm，螺距为2mmN60X28.5；第二刀，切深0.6mmN70X27.9；第三刀，切深0.6mmN8OX27.5；第四刀，切深0.4mmN90X27.4；第五刀，切深0.1mmNlOOX27.4；重复走刀一次，光整螺纹表面，螺距为2mmNllOGOOX200.0ZlOO.0；回换刀点N120M30；程序结束五、课堂巩固