数控攻丝工艺

6．5攻丝工艺编程6．5．1攻丝加工的内容、要求用丝锥在工件孔中切削出内螺纹的加工方法称为攻螺纹；攻丝加工的螺纹多为三角螺纹，为零件间连接结构，常用的攻丝加工的螺纹有；牙型角为60°的公制螺纹，也叫普通螺纹；牙型角为55°的英制螺纹；用于管道连接的英制管螺纹和圆锥管螺纹。本节主要涉及的攻丝加工的是公制内螺纹，熟悉有关螺纹结构尺寸、技术要求的常识，是学习攻丝工艺的重要基础。普通螺纹的基本尺寸如下：(1)螺纹大径：d＝D(螺纹大径的基本尺寸与公称直径相同)(2)中径：d2＝D2＝d－0.6495P(3)牙型高度：H＝O.5413P(4)螺纹小径：d1＝D1＝d－1.0825P如图6-5-1中M10-7H的螺纹，为普通右旋内螺纹。查表得螺距P＝1.5，其基本尺寸：螺纹大径：D＝10；螺纹中径：D2＝D－0.6495P＝9.02螺纹小径：D1＝D－1.0825P＝8.36中径公差带代号7H)(0.0.2240小径公差带代号7H)(0.3750牙型高度：H＝O.5413P＝0.82螺纹有效长度：L＝20.0螺纹孔口倒角：C1.5图6-5-1需要攻丝加工的工件图样图6-5-2丝锥基本结构6．5．2丝锥及选用丝锥加工内螺纹的一种常用刀具，其基本结构是一个轴向开槽的外螺纹，如图6-5-2所示。螺纹部分可分为切削锥部分和校准部分。切削锥磨出锥角，以便逐渐切去全部余量；校准部分有完整齿形，起修光、校准和导向作用。工具尾部通过夹头和标准锥柄与机床主轴锥孔联接。攻丝加工的实质是用丝锥进行成型加工,丝锥的牙型、螺距、螺旋槽形状、倒角类型、丝锥的材料、切削的材料和刀套等因素，影响内螺纹孔加工质量。根据丝锥倒角长度的不同，丝锥分为：平底丝锥；插丝丝锥；锥形丝锥。丝锥倒角长度影响CNC加工中的编程深度数据。丝锥的倒角长度可以用螺纹线数表示，锥形丝锥的常见线数为8～10，插丝丝锥为3～5，平底丝锥为1～1.5。各种丝锥的倒角角度也不一样，通常锥形丝锥为4°～5°，插丝丝锥为8°～13°，平底丝锥为25°～35°。盲孔加工通常需要使用平底丝锥，通孔加工大多数情况下选用插丝丝锥，极少数情况下也使用锥形丝锥。总地说来，倒角越长，钻孔留下的深度间隙就越大。与不同的丝锥刀套连接，丝锥分两种类型：刚性丝锥，见图6-5-3；浮动丝锥（张力补偿型丝锥，见图6-5-4。浮动型丝锥刀套的设计给丝锥一个和手动攻丝所需的类似的“感觉”，这种类型的刀套允许丝锥在一定的范围缩进或伸出，而且，浮动刀套的可调扭矩，用以改变丝锥张紧力。使用刚性丝锥则要求CNC机床控制器具有同步运行功能，攻丝时，必须保持丝锥导程和主轴转速之间的同步关系：进给速度＝导程×转速。除非CNC机床具有同步运行功能，支持刚性攻丝，否则应选用浮动丝锥，但浮动型丝锥较为昂贵。浮动丝锥攻丝时，可将进给率适当下调5％，将有更好的攻丝效果，当给定的Z向进图6-5-3刚性丝锥图6-5-4浮动丝锥给速度略小于螺旋运动的轴向速度时，锥丝切入孔中几牙后，丝锥将被螺旋运动向下引拉到攻丝深度，有利于保护浮动丝锥，一般，攻丝刀套的拉伸要比刀套的压缩更为灵活。数控机床有时还使用一种叫成组丝锥的刀具，其工作部分相当于2～3把丝锥串联起来，依次分别承担着粗精加工。这种结构适用于高强度、高硬度材料或大尺寸、高精度的螺纹加工。6．5．3CNC机床攻丝工艺与编程的要点1．攻螺纹动作过程攻丝是CNC铣床和CNC加工中心上常见的孔加工内容，首先把选定的丝锥安装在专用攻丝刀套上，最好是具有拉伸和压缩特征的浮动刀套。攻丝步骤如下：第1步：X、Y定位。第2步：选择主轴转速和旋转方向。第3步：快速移动至R点第4步：进给运动至指定深度。第5步：主轴停止。第6步：主轴反向旋转。第7步：进给运动返回。第8步：主轴停止。第9步：快速返回初始位置。第10步：重新开始主轴正常旋转。2．攻丝循环G84、G74格式⑴指令格式：图6-5-5加工右旋螺纹G84循环和加工左旋螺纹G74循环攻左旋螺纹：G74X～Y～Z～R～P～F～；攻右旋螺纹：G84X～Y～Z～R～P～F～；⑵孔加工动作：如图6-5-5所示，G74循环用于加工左旋螺纹，执行该循环时，主轴反转，在XY平面快速定位后快速移动到R点，执行攻螺纹到达孔底后，主轴正转退回到R点，主轴恢复反转，完成攻螺纹动作。G84动作与G74基本类似，只是G84用于加工右旋螺纹。执行该循环时，主轴正转，在G17平面快速定位后快速移动到R点，执行攻螺纹到达孔底后，主轴反转退回到R点，主轴恢复正转，完成攻螺纹动作。攻螺纹时进给率根据不同的进给模式指定。当采用G94模式时，进给速度＝导程×转速。当采用G95模式时，进给量＝导程。在G74与G84攻螺纹期间，进给倍率、进给保持均被忽略。⑶攻内螺纹程序例试用攻螺纹循环编写如图6-5-6中两螺纹孔的加工程序。O6500；……N050G95G90G00X0Y0；（加工右旋螺纹M12）M03S100G99G84X-25.0Y0Z-24R10.0F1.75；………(换左旋螺纹丝锥，加工左旋螺纹M12LH)M04S100；G98G74X25.0Y0Z-24.0R10.0F1.75；G80G94G91G28Z0；3．攻丝工艺数据的确定⑴底孔直径大小丝锥攻内螺纹前，先要有螺纹底孔，理论上，底孔直径就是螺纹的小径，底孔直径大小确定，要考虑到工件材料塑性大小及钻孔扩张量等因素。丝锥攻螺纹时，伴随较强的挤压作用。因此，金属产生塑性变形形成凸起并挤向牙尖，攻出螺纹的小径小于底孔直径，因此，攻螺纹前的底孔直径应稍大于螺纹小径，否则攻螺纹时因挤压作用，使螺纹牙顶与丝锥牙底之间没有足够的容屑空间，将丝锥箍住，图6-5-6工件中两螺纹孔甚至折断丝锥。此种现象在攻塑性较大的材料时将更为严重。但是底孔不宜过大，否则会使螺纹牙型高度不够，降低连接强度。底孔直径大小，要根据工件材料塑性大小及钻孔扩张量考虑，按经验公式计算得出：①在加工钢和塑性较大的材料及扩张量中等的条件下：D钻＝D－P式中：D钻—攻螺纹钻螺纹底孔用钻头直径，mm；D—螺纹大径，mm；P—螺距，mm。②在加工铸铁和塑性较小的材料及扩张量较小的条件下：D钻＝D－(1.05～1.1)P⑵攻螺纹底孔深度的确定丝锥攻丝的编程深度与丝锥的切削锥角形状有关，为了正确地加工一个螺纹孔，必须根据所加工孔的结构特征和规格来选择丝锥，丝锥的切削锥角形状或锥角的长度不仅影响丝锥攻丝的编程深度，而且影响预加工孔的编程深度。攻不通孔螺纹时，由于丝锥切削部分有锥角，端部不能切出完整的牙型，所以钻孔深度要大于螺纹的有效深度。一般取：H钻＝h有效+0．7D式中：H钻—底孔深度，mm；h有效—螺纹有效深度，mm；D—螺纹大径，mm。⑶工艺计算例：分别计算在钢件和铸铁件上攻M10螺纹时的底孔直径各为多少?若攻不通孔螺纹，其螺纹有效深度为30mm，求底孔深度为多少?解：M10，P＝1.5mm。钢件攻螺纹底孔直径：D钻＝D－P＝10—1.5—8.5(mm)铸铁件攻螺纹底孔直径：D钻＝D－(1.05～1.1)P＝10－(1.05～1.1)1.5＝10－(1.575～1.65)＝8.425～8.35(mm)。取D钻＝8．4(mm)(按钻头直径标准系列取一位小数)底孔深度：H钻＝h有效+0.7D＝20+0.7×10＝27(mm)⑷孔口倒角用锪钻或钻头在孔口倒角，其直径应大于螺纹大径尺寸。这样，可使丝锥开始时容易切入，并可防止孔口的螺纹牙崩裂。⑸R平面的值观察如下的攻丝程序：G90G54G00X100.0Y150.0S500M03T06G43Z50.0H05M08G99Q84R10.0Z-20.0F750.0G80…例中的螺纹螺距1.5㎜。通常R平面是攻螺纹的起点位置，Z向深度是螺纹绝对值深度。例中攻丝加工时，R平面的高度值为R10㎜，一般要比钻孔、铰孔、单点镗以及其它孔加工循环中使用的R值要高一些，而且其进给率通常也很大。但这些值的选择都是有原因的，因为设计的攻丝加工运动要符合CNC同步运行控制特点。当主轴处于特定转速时，进给运动的速度必须达到相应的定值才能正确加工螺纹。如，当主轴500r/min时，加工螺距为1.5mm的螺纹，进给速度必须达到1.5×500＝750(mm/min)的速度时加工的螺纹才是正确的。因此，数控机床的螺纹加工时，无论是车削螺纹还是攻内螺纹，在拟定螺纹加工路线时，须设置足够长的进给运动的升速段和降速段。6．5．4攻内螺纹工艺编程实例如图6-5-1零件，毛坯是钢件，材料为(45钢)，上表面及槽已加工，本课题加工4×M10-7H的四个螺纹孔，4-M10—7H为普通右旋内螺纹，螺距P＝1．5，其大径10；中径7H、小径公差带代号7H；螺纹有效长度：L＝15.0；螺纹孔口倒角：C1.5。1．实例工艺分析⑴螺纹孔加工过程分析：加工4×M10螺纹的方法是，先用φ18mm点钻（钻头角900）加工4×M10的引正孔并同时完成C1.5孔口倒角，再钻4×M10底孔，最后攻丝4×M10。⑵孔加工循环的选择：φ18mm点钻加工引正孔、孔倒角应用G82孔加工循环，4×M10底孔加工用G81孔加工循环，4×M10是右旋螺纹，攻丝理应用G84孔加工循环。⑶坐标系及螺纹孔XY位置值：坐标系设定如图6-5-1，4×M10的XY坐标分别是1#（33，30）；2#-（-33，30）；3#（-33，-30）；4#（33，-30）。⑷孔加工循环的高度平面选择Z向R面高度：对G81、G82为螺纹孔上表面上方3㎜，对G84应大一点，为螺纹孔上表面上方10㎜比较保险。初始平面高度：为螺纹孔上表面上方20㎜。孔底面高度：①钻φ8.5底孔孔底面高度：考虑到钻头角以及通孔的因素，取下表面下方3mm。②φ18mm点钻加工孔倒角钻头角为900，倒角C1，则深度位置在上表面下方：1㎜+0.5D＝1+0.5×10＝6㎜。③对丝锥深度位置：取：Z-27。⑸攻螺纹底孔直径的确定攻螺纹底孔直径：D钻＝D－P＝10－1.5＝8.5(mm)⑹钻削用量的计算设零件材料为灰口铸铁(HT200)，攻4-M10螺纹丝锥刀具材料为高速钢。f＝1.5㎜/r，取v＝12m／min主轴转速，S＝1000V/πD≈318×12÷10≈380r/min则F＝1.5×S＝1.5×380＝570㎜/min浮动刀套可下调5%，则修改F＝570×0.95≈540㎜/min2．孔加工编程加工程序编制如下：O6501(T01—18mm直径的点钻)G21G17G40G80T01T01M06G90G54G00X33Y30S350M03T02G43Z50.0H01M08G99G82R5.0Z-6.5P100F35M98P6502G80Z50.0M09G49G28Z10.0M05M01(T02—8.5mm直径钻头加工底孔)T02M06G90G54G00X33Y30S600M03G43Z50.0H02M08G99G81R5.0Z-35.0F50M98P6502G80Z50.0M09G28Z50.0M05M01(T03攻螺纹)T03M06G90G54G00X33Y30S380M03T03G43Z50.0H03M08G99G84R10.0Z-27.0P100F540M98P6502G80Z50.0M09G49G28M05M302#3#4#孔定位子程序：O6502X-33Y30X-33Y-30X33Y-30M99；