任务5.6 螺纹车削加工工艺及编程加工

讲台10数大一班座次表注：1、请按座次表就座。2、请将手机关机或调至振动。谢谢合作！第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组第九组第十组谭董丞张斌周昊罡周博李薇孙煌辉肖华贾光祖肖斌李操刘军李湛江王绪涛姚首元陈毅邓敏颜勇勇李何军陈益华王亚洲李文煌张义王洁李湘君马迪刘刚李辉王深海蒋佳勇谢耀峰高祁文刘靖周林谭珞珑朱凌杰段煜孙宏陈亦强李阳陈欢朱韩泉胡文广刘松柏刘磊黄修忠田新萍贺帆谭凯何超岳旭林金鑫张雁峰湛炫黎涛陈作谭敏徐朝金曾志军陈从振喻鹏单元5典型结构数控车削工艺、编程及加工•任务5.1外圆车削工艺、编程及加工•任务5.2端面切削工艺、编程及加工•任务5.3内孔切削工艺、编程及加工•任务5.4车刀刀尖圆弧半径补偿应用•任务5.5切槽、切断工艺及编程加工•任务5.6螺纹车削加工工艺及编程加工任务5.6螺纹车削加工工艺及编程加工•【学习目标】•通过本任务学习，达到以下学习目标:•熟悉螺纹车削工艺要点;•学会螺纹车削程序编制、加工。下一页返回【基本知识】•5.6.1螺纹加工概念及加工工艺•1.螺纹加工简述•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5-6-1所示为螺纹车削加工。下一页返回•CNC编程加工最多的是普通螺纹，螺纹牙形为三角形，牙形角为60°，普通螺纹分粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹。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x螺距”表示，如M24x1.5、M27x2等•2.螺纹加工刀具•普通螺纹加工刀具刀尖角通常为60度,螺纹车刀片的形状跟螺纹牙形一样，螺纹刀切削不仅用于切削，而且使螺纹成形。•机夹式螺纹车刀如图5-6-2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，所以切深不可以选得太大。•装夹外螺纹车刀时，刀尖应与主轴线等高(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。上一页下一页返回•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，机床主轴必须以恒定转速旋转，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5-6-3所示，每次螺纹加工走刀至少有4次基本运动(直螺纹)。上一页下一页返回•如图5-6-3所示，每次螺纹加工走刀至少有4次基本运动(直螺纹)。•运动1: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处。•运动2:加工螺纹—轴向螺纹加工(进给率等于螺距)。•运动3:刀具X向快速(G00方式)退刀至螺纹加工区域外的指定位置。•运动4:快速(G00方式)返回至起始位置。上一页下一页返回•4.螺纹加工工艺注意事项•(1)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。刀具X轴方向相对工件比较合适的最小间隙约为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，其速度必须上升到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。确定前端安全间隙量时必须考虑加速距离的影响，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3~4倍。同理，螺纹切削结束前，存在减速问题，故必须设置合理的导出距离。在某些情况下，由于没有足够空间而必须减小Z轴间隙，唯一的补救办法就是降低主轴转速(r/min)—但不要降低进给量。上一页下一页返回•(2)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X轴向直线离开，或X,Z轴合成运动方向斜线离开，如图5-6-4所示。•通常如果刀具在比较开阔的地方结束加工，例如，有退刀槽或凹槽，那么可以使用X向直线退出，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，例如:•N63G32Z-20F2;(螺纹加工程序)•N64G00X50;上一页下一页返回……•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:•N63G32Z-20F2;(螺纹加工程序)•N64U4W2;(斜线退出，螺纹加工状态)•N65G00X50;(快速退出)上一页下一页返回……•(3)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。保持恒定切削载荷的方法之一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列经验计算方法得到:上一页下一页返回•外螺纹小径=外圆直径-2x牙高•螺纹牙高=0.61343P≈0.6P•走刀次数=2.8P+4•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D-0.1P•车削塑性金属的内螺纹底孔直径≈公称直径d-P•车削脆性金属的内螺纹底孔直径≈公称直径d-1.05P走刀次数牙高最大切深上一页下一页返回走刀次数最大切深最小切深•(4)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3mm的螺纹，进给量则是3mm/r•螺纹加工的主轴转速应使用恒定转速(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“G97S500M03，表示主轴转速为500r/min。如果加工导程为3mm的螺纹，其进给速度计算如下:•F=700r/minx3mm/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。上一页下一页返回•5.6.2G32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。•1.G32螺纹切削指令•格式:G32X(U)Z(W)FQ•其中，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.上一页下一页返回•2.G32螺纹切削编程实例•试用G32指令，编写图5-6-5所示工件的螺纹加工程序。上一页下一页返回(1)相关工艺•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5-6-6(a)所示。•车外螺纹前外圆直径=公称直径D-0.1P=24-0.1x1.5=23.85•螺纹牙高=0.61343P≈0.61343x1.5=0.92•外螺纹小径=外圆直径-2x牙高=23.85-2x0.92=22.01•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。分层切削余量分配如图5-6-6(b)所示。上一页下一页返回•拟定主轴转速使用恒定转速500r/min，进给量则是导程1.5mm/r•(2)螺纹加工程序•编写螺纹加工程序O5601如下。•O5601;•G21G99;•T0404;(调用第4号外螺纹刀具)•G97S500M03;•N20G00X30Z6M08;(起始点，导入距离5mm)•N21G00X23.21;(刀具X向移动至计划切削深度处)•N22G32Z-21F1.5;(轴向螺纹加工，进给率等于螺距)。•N23U4W-2;(刀具退出的方式为45°斜线，保持螺纹切削状态)•N24G00X30;(刀具X向快速退刀至螺纹加工区域外的X30位置)•N25Z6;(快速G00方式返回至起始位置)•N21~N25完成螺纹的第一刀切削上一页下一页返回•N21~N25完成螺纹的第一刀切削•N26G00X22.76;•N27G32Z-21F1.5；•N28U4W-2；N29G00X30；•N30Z6；•N26~N30完成螺纹的第二刀切削•N40G00X22.01;•N41G32Z-21F1.5；•N42U4W-2；•N43G00X30；•N44Z6；•N40~N44完成螺纹的最后切削•G00X100Z100M09；•M05;•M30;(程序结束)上一页下一页返回…•5.6.3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O5601可见，用G32编写螺纹多次分层切削程序是比较烦琐的，每一层一切削要5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5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5-6-7所示，G92螺纹加工程序段在加工过程中的刀具运动轨迹为:第一步，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;第五步，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和螺纹切削的终止点位置。上一页下一页返回•2.单一循环螺纹加工指令G92格式•格式:G92X(U)Z(W)FR•格式说明:•①X(U)、Z(W)为螺纹切削终点处的坐标。•②F为螺纹导程的大小，如果是单线螺纹，则为螺距的大小。•③45°斜线螺纹切出距离在0.1L~12.7L指定，指定单位为0.1L，可通过系统参数进行修改(L为导程)。•④R为圆锥螺纹切削参数。R值为0时，可省略不写，螺纹为圆柱螺纹。上一页下一页返回•3.G92编程示例•螺纹加工程序O5601用G92编程可改写成程序O5602如下。•O5602；•G21G99；•T0404;(调用第4号外螺纹刀具)•G97S500M03；•N20G00X30Z6M08;(外螺纹刀具到达切削起始点，导入距离6mm)•G92X23.21Z-23F1.5;(完成第一层螺纹切削)•X22.76;(完成第二层螺纹切削)•X22.40;(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)•G00X100Z100M09;•M05;•N41M30;(程序结束)•显然用G92编程的程序O5602比O5601简洁多了。上一页下一页返回•5.6.4螺纹切削复合循环G76•1.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;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