数控车床螺纹切削循环指令编程全解

项目11数控车床螺纹切削循环指令编程一、螺纹基础知识1.常见螺纹类型（1）（1）按照用途分类螺纹按用途不同可分为联接螺纹和传动螺纹。1.常见螺纹类型（2）（2）按照牙型分类按牙型不同分为三角形、圆形、矩形、梯形、锯齿形螺纹。（3）按照螺旋线旋向分类按螺旋线方向不同分为右旋螺纹和左旋螺纹。（4）按照螺旋线数分类按螺旋线数多少分为单线螺纹和多线螺纹。（5）按照母体形状分类按母体形状不同分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。2.普通螺纹尺寸计算（1）（1）螺纹的公称直径就是大径的基本尺寸(D或d)。（2）原始三角形高度H原始三角形高度H表达式为：PPH866.0232.普通螺纹尺寸计算（2）（3）中径（d2、D2）中径表达式为（4）削平高度外螺纹牙顶和内螺纹牙底均在H/8处削平；外螺纹牙底和内螺纹牙顶均在H/4处削平。PdDd6495.0222.普通螺纹尺寸计算（3）（5）牙型高度h1牙型高度表达式为:（6）外螺纹小径d1外螺纹小径表达式为:（7）内螺纹小径D1内螺纹小径的基本尺寸与外螺纹小径相同（D1=d1）。PHh5143.0851Pdd0825.113.螺纹公差等级及尺寸偏差计算（1）（1）螺纹公差等级由于普通螺纹中径（D2、d2）是决定配合性质的主要尺寸，按照GB197-81《普通螺纹公差与配合（直径1～355㎜）》规定，普通螺纹公差规定有内、外螺纹中径公差（TD2、Td2）、内螺纹小径公差（TD1）和外螺纹大径公差（Td）。内、外螺纹中径公差和顶径公差等级如表所示。3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算（2）螺纹公差等级螺纹直径公差等级内螺纹中径D24、5、6、7、8小径（顶径）D1外螺纹中径d23、4、5、6、7、8、9大径（顶径）d4、6、83.螺纹公差等级及尺寸偏差计算（3）各公差等级中3级最高，9级最低，6级为基本级。内螺纹小径公差值和外螺纹大径公差值可以依据螺纹螺距和公差等级的不同查表获得；内、外螺纹中径公差值可以依据螺纹公称直径大小和精度等级的不同查表获取（相关手册或国家标准包含有螺纹公差表）。3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(4)（2）螺纹基本偏差螺纹公差带位置是由基本偏差确定的，螺纹基本牙型是计算螺纹偏差的基准。内、外螺纹的公差带相对于基本牙型的位置，与圆柱体公差带位置一样，由基本偏差确定。●对于外螺纹，基本偏差是上偏差（es）；●对于内螺纹，基本偏差是下偏差（EI）。3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(5)在普通螺纹标准中:●对于内螺纹规定了代号为G、H的两种基本偏差；●对于外螺纹规定了代号为e、f、g、h四种基本偏差，如图所示。3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(6)内螺纹公差带3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(7)外螺纹公差带4.螺纹标记含义(1)（1）外螺纹标记外螺纹标记如图所示。旋合长度代号顶径公差带代号中径公差带代号公称直径普通螺纹代号M20—5g6g—S4.螺纹标记含义(2)（2）内螺纹标记内螺纹标记如图所示。螺纹旋向螺纹短旋合长度中径和顶径公差带代号螺距（指细牙）公称直径普通螺纹代号M20×1.5—6H—S—LH4.螺纹标记含义(3)（3）关于螺纹标记的几点说明：1）对于粗牙螺纹螺距，可以省略标注其螺距项，而细牙螺纹则必须标注；2）对于多线螺纹，采用“公称直径×Ph导程P螺距”方式标注，或者在后面增加括号用英文进行说明，如两线为“twostarts”，三线为“threestarts”；4.螺纹标记含义(4)（3）关于螺纹标记的几点说明：3）对于左旋螺纹，应在旋合长度之后标注“LH”代号，右旋螺纹不需要标注；4）对于螺纹旋合长度，分为三组，即短旋合长度（S）、中等旋合长度（N）和长旋合长度（L），一般采用中等旋合长度。二、螺纹加工工艺设计1.螺纹加工走刀路线设计（1）（1）直进法螺纹加工车削过程是在每次往复行程后车刀沿横向进刀，通过多次行程把螺纹车削好。这种加工方法由于刀具两侧刃同时工作，切削力较大，但排屑困难，容易产生扎刀现象，但牙型正确，一般用于车削螺距小于3㎜的螺纹。1.螺纹加工走刀路线设计（2）1.螺纹加工走刀路线设计（3）（2）斜进式螺纹加工刀具沿着螺纹一侧顺次进刀。这种加工方法适合于大螺距螺纹加工，在螺纹精度要求不是很高的情况下加工更为方便，可以做到一次成型。在加工较高精度螺纹时，可以先采用斜进法粗加工，然后用直进法进行精加工。但要注意刀具起始点定位要准确，否则会产生“乱牙”现象，造成零件报废。1.螺纹加工走刀路线设计（4）2.螺纹加工切削用量的选用（5）（1）主轴转速螺纹加工时主轴转速可用下面经验公式进行计算：P—工件螺距K—保险系数，一般取80如果数控系统能够支持高速螺纹加工，则可采用高档螺纹加工刀具，主轴转速按照线速度200m/min选取；而经济性数控车床如果采用高主轴转速加工螺纹则会出现乱牙现象。KPn12002.螺纹加工切削用量的选用（6）（2）进给速度螺纹加工时数控车床主轴转速和工作台纵向进给量存在严格数量关系，即主轴旋转1转，工作台移动一个待加工工件螺纹导程距离。因此在加工程序中只要给出主轴转速和螺纹导程，数控系统会自动运算并控制工作台纵向移动速度。2.螺纹加工切削用量的选用（7）（3）背吃刀量如果螺纹牙型较深、螺距较大，则可采用分次进给方式进行加工。每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配。常用螺纹加工切削次数与背吃刀量数值如表所示。2.螺纹加工切削用量的选用（8）公制螺纹螺距1.01.52.02.53.03.54.0牙深0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598切削次数及对应背吃刀量（㎜）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0.160.40.40.40.60.65次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.39次0.23.车削螺纹前圆柱体（孔）预加工尺寸控制（1）（1）外螺纹加工前圆柱体直径尺寸控制车削螺纹时因工件材料受车刀挤压影响使螺纹大径变大，因此车削螺纹前大径尺寸应控制在比基本尺寸小0.2～0.4㎜；如果是用板牙套不大于M16的螺纹，同样是考虑加工变形的原因，螺纹大径应车到螺纹大径下偏差。3.车削螺纹前圆柱体（孔）预加工尺寸控制（2）（2）内螺纹加工前圆柱体直径尺寸控制在车床上用丝锥攻内螺纹前，应先进行钻孔，孔口倒角要大于内螺纹大径尺寸，攻螺纹前钻底孔使用钻头直径依据工件材料和导程不同分别采用下面公式进行计算。3.车削螺纹前圆柱体（孔）预加工尺寸控制（3）P—螺纹螺距dz—攻螺纹前钻头直径d—螺纹公称直径时mmP1Pddz钢等韧性材料时,1mmPPddz铸铁等脆性材料时,1mmPPddz1.1~05.14．螺纹车刀的安装与找正（1）车螺纹时，为了保证牙型正确，对装刀提出了较严格的要求。装刀时刀尖高低应对准工件轴线，并且车刀刀尖角的中心线必须与工件轴线严格保持垂直，这样车出的螺纹，其两牙型半角才会相等；如果把车刀装歪，就会产生牙型歪斜，如图所示。4．螺纹车刀的安装与找正（2）4．螺纹车刀的安装与找正（3）为了保证装刀要求，在装夹外螺纹车刀时常采用角度样板找正螺纹刀尖角度，如图所示，将样板靠在工件直径最大的素线上，以此为基准调整刀具角度。4．螺纹车刀的安装与找正（4）4．螺纹车刀的安装与找正（5）5．螺纹车削刀具切入与切出行程的确定（1）在数控车床上加工螺纹时,会在螺纹起始段和停止段发生螺距不规则现象，所以实际加工螺纹的长度W应包括切入和切出的空行程量，如图所示。L1为切入空刀行程量，一般取2～5mm；L2为切出空刀行程量，一般取2～3mm。5．螺纹车削刀具切入与切出行程的确定（2）三、单行程螺纹切削指令编程（G32）1．指令格式（1）1．指令格式（2）G32X（U）Z（W）F；X（U）、Z（W）—为螺纹终点坐标，切削圆柱螺纹时，X（U）可省略；F—为螺纹导程，单位㎜。对于锥螺纹，角α在45°以下时，螺纹导程以Z轴方向指定；角α在45°～90°时螺纹导程以X轴方向指定。2．刀具走刀路线分析刀具从A点出发以每转一个螺纹导程的速度切削至B点，其切削前的进刀和切削后的退刀都要通过其它的程序段来实现。3．指令应用说明（1）1）在车螺纹期间进给速度倍率、主轴速度倍率均无效，始终固定在100％。2）车螺纹期间不要使用恒表面切削速度控制，而要使用G97指令指定主轴转速。3）车螺纹时，必须设置螺纹加工升速段Ll和降速段L2，这样可避免因车刀升、降速而影响螺距的稳定。3．指令应用说明（2）4）螺纹加工时如果牙型深度较深、螺距较大，应该分次进给，每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配。5）受机床结构及数控系统的影响，车螺纹时主轴的转速有一定的限制。4．编程举例（1）【示例2-29】编写如图所示工件加工程序，工件毛坯尺寸为φ32㎜。4．编程举例（2）零件加工有外圆柱面的粗、精加工，径向槽的切削加工和螺纹加工。加工时采用外圆端面车刀（T0101）、切槽刀（T0202，刀具宽度3㎜）和普通螺纹切削刀具（T0303）三种刀具。加工前应该计算螺纹的大径和小径尺寸，以控制粗加工的加工次数和每次背吃刀量。4．编程举例（3）1）考虑螺纹加工时的挤压变形，螺纹加工前外圆直径应为：d=30-0.2=29.8㎜。2）螺纹底径尺寸计算：3）根据着两个尺寸进行走刀次数和背吃刀量分布：共进行五次螺纹切削，每次切削深度分别为0.9、0.6、0.6、0.065。835.2720825.1300825.11Pdd4．编程举例（4）O2028T0101;（外圆表面加工）G98M03S400;G00X35.0Z2.0;G71U1.0R0.5;G71P10Q20U0.5W0.1F80.0;N10G00X21.8;G01G42X29.8Z-2.0F40.0;Z-30.0;N20X35.0;S800;G70P10Q20;G00G40X100.0Z50.0;T0202;（退刀槽加工）G00X33.0Z-28.0;G75R0.5;G75X26.0Z-30.0P1000Q2000F20.0;4．编程举例（5）G00X100.0Z50.0;M05;T0303;（螺纹加工）M03S600;G00X29.1Z5.0;G32Z-28.0F2.0;G00X31.0;Z5.0;X28.5;G32Z-28.0F2.0;G00X31.0;Z5.0;X27.9;G32Z-28.0F2.0;G00X31.0;Z5.0;X27.835;G32Z-28.0F2.0;G00X100.0;Z50.0;M05;M30;四、螺纹切削单一固定循环指令编程（G92）1．指令格式（1）1．指令格式（2）车削加工圆柱螺纹时，指令格式为：G92X（U）Z（W）F；X（U）、Z（W）—为螺纹终点坐标；F—为螺纹导程，单位㎜。1．指令格式（3）1．指令格式（4）车削加工圆锥螺纹时，指令格式为：G92X（U）Z（W）RF；X（U）、Z（W）—为螺纹终点坐标；R—为圆锥螺纹起点、终点的半径差值，当起点尺寸小于终点尺寸时，R为负值；F—为螺纹导程，单位㎜。2．刀具走刀路线分析G92指令的走刀路线与G90指令相似，运动轨迹也是一个矩形。刀具从循环起点A沿X方向快速移动至B点，然后以“导程/转”的进给速度沿Z向切削进给至C点，再从X向快速退刀至D点，最后返回到循环起点A，完成一个螺纹加工循环动作。为了完成整个螺纹加工，需要经过粗加工、精加工多次循环。3．指令应用说明（1）1）在螺纹切削过程中，按下循环暂停键时，刀具立即按斜线回退，先回到X轴起点，再回到Z轴起点。在回退过程中，不能进行另外的暂停。2）如果在单段方式下执行G92循环，则每执行一次循环必须按4次循环启动按钮。3）G92指令是模态指令，当Z轴移动量没有变化时，只需对X轴指定其移动指令即可重复执行固定循环动作。3．指令应用说明（2）4