螺纹轴的数控加工工艺设计

2螺纹轴的数控加工工艺设计摘要数控车削加工方案的拟订是制订车削工艺规程的重要内容之一，本设计是根据数控车削加工的工艺方法，安排工序的先后顺序，确定刀具的选择和切削用量的选择等设计的。根据设计思想总结了数控车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加工工艺螺纹加工零件图的工艺分析目录引言.................................................错误!未定义书签。第一章螺纹简述和工艺分析与设计..........................................31.1螺纹的简述........................................................31.2数控加工工艺分析与设计............................................4第二章螺纹轴车削加工工艺及编程..........................................42.1螺纹加工概念及加工工艺............................................42.2G32螺纹切削指令应用..............................................82.3螺纹切削单一固定循环G92.........................................112.4螺纹切削复合循环G76.............................................122.5内螺纹切削编程示例...............................................14第三章典型轴类零件（螺纹轴）的数控加工工艺分析........................163.1零件图工艺分析...................................................163.2选择设备.........................................................173.3确定零件的定位基准和装夹方式.....................................1733.4刀具选择.........................................................173.5确定加工顺序及进给路线...........................................173.6切削用量选择.....................................................18第四章轴类零件（螺纹轴）加工过程中几点说明.............................20结论................................................................21致谢................................................................22参考文献................................................................23引言科学技术日新月异，工业生产不断进步，市场对产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。根据数控车削加工的工艺方法，安排工序的先后顺序，确定刀具的选择和切削用量的选择等设计。一般生产加工中，螺纹的加工方式多采用攻丝这种传统工艺，随着数控技术的发展、软件的创新、控制精度的提高、三轴联动或多轴联动数控系统的产生及其在生产领域的广泛应用，相应的先进加工工艺——螺纹铣削逐渐得以实现，其加工精度、光洁度以及柔性是攻丝无法比拟的，另外其经济性在某种情况下也更优于传统工艺。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。第一章螺纹简述和工艺分析与设计1.1螺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4同，可分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等。1.2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FANUNC的Oi系列机床。（1）确定工件的加工部位和具体内容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。①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。②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。③本工序要加工的部位和具体内容。（2）确定工件的装夹方式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4000～6000r/min）、高夹紧力（最大推拉力为2000～8000N）、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5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0.03mm。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。（3）走刀路线的确定标准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：①寻求最短加工路线；②最终轮廓一次走刀完成；③选择切入切出方向；4第二章螺纹轴车削加工工艺及编程2.1螺纹加工概念及加工工艺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，本章主要用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2.1所示的螺纹车削加工。图2.1车削螺纹加工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。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。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2.2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。5图2.2车削螺纹加工装夹外螺纹车刀时，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。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。图2.3螺纹加工路线如图2.3，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X向位置。运动④：快速（G00方式）返回至起始位置。（1）螺纹切削起始位置6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3～4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。（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2.4所示。（a)直线退出(b)斜线退出图2.4螺纹退刀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：N63G32Z-20F2（螺纹加工程序）N64G00X50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：7……N63G32Z-20F2；（螺纹加工程序）N64U4W2；(斜线退出，螺纹加工状态)N65G00X50；(快速退出)（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。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