项目三螺纹轴的工艺设计及编程

教学内容项目导入1相关知识2项目实施3小结4螺纹车削加工工艺复合循环指令G71、G70螺纹加工指令G32、G92、G76重点：螺纹轴类零件的工艺性分析1螺纹加工编程指令G32、G92、G76的使用2难点：螺纹轴类合理的加工工艺的编写1掌握螺纹的常用检测方法和手段3螺纹加工工艺参数及切削刀具的正确选择31．掌握含内螺纹、外螺纹、沟槽和圆柱面、圆锥面等几何元素螺纹轴类零件的结构特点和工艺特点，正确分析此类零件的加工工艺；2.掌握螺纹加工编程指令G32、G92、G76、G71、G70的用法和注意事项3.掌握螺纹的常用检测方法和手段；4.对于多头螺纹加工，掌握FANUC－0i数控系统的复合循环指令编制零件加工程序的方法；【知识目标】1.会分析包含内螺纹、外螺纹、圆柱面、沟槽等要素的螺纹轴的工艺，能正确选择加工设备、刀具、夹具、量具与切削用量，编制数控加工工艺卡2.进一步巩固前面项目所学的数控车削指令的使用方法3.能使用复合循环指令正确编制螺纹轴的数控加工程序，并能正确运用数控系统仿真软件，校验编写的零件数控加工程序4.能正确使用数控系统的复合循环指令G71、G70编制轴向余量大于径向余量的多台阶轴及孔的粗、精加工程序【能力目标】一、项目导入图示为一内外螺纹轴，毛坯为φ35mm×60mm的圆柱，材料为硬铝，要求分析零件的加工工艺，填写工艺文件，编写零件的加工程序。螺纹是轴套类零件上的常见结构，本项目以典型零件为载体，分析螺纹结构的数控加工工艺设计与程序编制。普通螺纹是我国应用最广泛的一种三角形螺纹，牙形角60°。普通螺纹：粗牙普通螺纹细牙普通螺纹二、相关知识（一）螺纹数控车削加工工艺1.普通三角螺纹的工艺结构（1）螺尾供退刀用的槽为螺纹退刀槽，作用是不产生螺尾。（2）螺纹退刀槽螺纹始端的一小段锥面，称为倒角。（3）螺纹倒角螺纹末端形成的沟槽渐浅部分称为螺尾2.螺纹类零件加工刀具刀具种类：外螺纹车刀和内螺纹车刀车刀材料种类：高速钢、硬质合金特点：高速钢螺纹车刀刃磨方便，韧性好，刀尖不易爆裂，常用于塑性材料螺纹的粗加工；高速钢螺纹车刀高温下容易磨损，不能用于高速车削。硬质合金螺纹车刀耐磨和耐高温性能较好，用于加工脆性材料的螺纹和高速切削塑性材料的螺纹，以及批量较大的小螺距（P4）螺纹。高速钢三角形外螺纹车刀硬质合金三角形外螺纹车刀外螺纹车刀内螺纹车刀可转位硬质合金螺纹车刀内螺纹车刀外螺纹车刀安装螺纹车刀时，刀尖对准工件中心，并用样板对刀，保证刀尖的角平分线与工件的轴线相垂直。硬质合金螺纹车刀高速车削时，刀尖允许高于工件轴线螺纹大径的1%。车外螺纹的对刀方法3.螺纹类零件的测量工具（1）螺纹塞规、环规（综合测量）螺纹塞规螺纹塞规用于检验内螺纹，具有对螺纹各项参数如大、中、小径、螺距、牙型半角综合检测的功能。螺纹环规螺纹环规用于检验外螺纹，具有对螺纹各项参数如大、中、小径、螺距、牙型半角综合检测的功能。通端止端使用前：螺纹塞规应经相关检验计量机构检验计量合格后，方可投入生产现场使用。使用时：应注意被测螺纹公差等级及偏差代号与螺纹塞规标识的公差等级、偏差代号相同。①螺纹塞规使用方法检验测量过程中：首先要清理干净被测螺纹油污及杂质，通端与被测螺纹对正后，使其在自由状态下旋转并通过全部螺纹长度判定为合格，否则以不通判定。止端与被测螺纹对正后，旋入螺纹长度在2个螺距之内止住为合格。②螺纹环规的使用方法使用前：应经相关检验计量机构检验计量合格后，方可投入生产现场使用。使用时：应注意被测螺纹公差等级及偏差代号与环规标识的公差等级、偏差代号相同检验测量过程：首先要清理干净被测螺纹油污及杂质，然后在通端与被测螺纹对正后，用大母指与食指转动环规，使其在自由状态下旋合通过螺纹全部长度判定合格，否则以不通判定。在止端与被测螺纹对正后，用大母指与食指转动环规，旋入螺纹长度在2个螺距之内为合格，否则判为不合格品。③注意事项在用量具应在每个工作日用校对塞规计量一次。经校对塞规计量超差或者达到计量器具周检期的环规，由计量管理人员收回作相应的处理措施。可调节螺纹环规经调整后，测量部位会产生失圆，此现象由计量修复人员经螺纹磨削加工后再次计量鉴定，各尺寸合格后方可投入使用。报废环规应及时处理，不得流入生产现场。（2）螺纹千分尺（单项测量）螺纹千分尺具有60°锥型和V形测头，是应用螺旋副传动原理将回转运动变为直线运动的一种量具，主要用于测量外螺纹中径。用螺纹千分尺测量螺纹中径①螺纹千分尺的压线或离线调整与外径千分尺调整方法相同。②螺纹千分尺测量时必须使用“测力装置”以恒定的测量压力进行测量。③在使用螺纹千分尺时应平放，使两测头的中心与被测工件螺纹中心线相垂直，以减小其测量误差。④螺纹千分尺适用于精度较低的螺纹工件测量。注意事项：（3）用三针测量法测量螺纹中径(单项测量)三针测量法是测量外螺纹中径的一种比较精密的测量方法。PddMD866.032M2dDdP普通三角螺纹三针测量螺纹中径的简化公式为一三针测量时千分尺测量值(mm)；—螺纹中径(mm)；—量针直径(mm)；—螺纹螺距(mm)。三针测量普通螺纹测量时量针最佳直径计算简化公式PdD577.0三针测量适用于精度高、螺旋升角小于4°的螺纹工件测量。最小针直径最佳量针最大量针直径三针直径的选择4.确定加工工艺参数1）螺纹切削进给次数与背吃刀量的确定螺纹切削总余量就是螺纹大径尺寸减去小径尺寸，即牙型高度h的两倍。（牙深）h＝0.6495×P（螺距）一般采用直径编程，需换算成直径量。需切除的总余量如下：2×0.6495×P＝1.299P（螺距）查表理论值过深，车出牙型过尖。螺纹大径d＝公称直径－0.13P（螺距）螺纹底径d＝公称直径－1.08P（螺距）（1）螺纹加工切削用量的确定常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量螺距1.01.52.02.53.03.54.0牙深(半径量)0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598切削次数背吃刀量直径量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------0.2在车床上车削单头螺纹时，工件每旋转一圈，刀具前进一个螺距，这是根据螺纹线原理进行加工的。单头螺纹加工的进给速度一定是螺距的数值；多头螺纹的进给速度一定是导程的数值；2)螺纹车削进给量的确定1200/nPk式中：P为螺距，mm；k为保险系数，一般为80。3）螺纹加工时主轴转速的确定加工螺纹时，主轴转速如下：升速进刀段δ1和减速退刀段δ2的确定：400/1pn1800/2pn升速进刀段：减速退刀段：一般加工一段螺纹时，从粗车到精车，用同一轨迹要进行多次螺纹切削。因为螺纹切削是在主轴上的位置编码器输出一转信号时开始的，所以零件圆周上的切削点仍然是相同的，工件上的螺纹轨迹也是相同的。因此从粗车到精车，主轴转速必须一定，否则螺纹导程不正确。螺纹加工的特点：知识点说明：①图中δ1和δ2有其特殊的作用，由于螺纹切削的开始及结束部分，伺服系统存在一定的滞后，导致螺纹导程不规则，为了考虑这部分螺纹尺寸精度，加工螺纹时的指令要比需要的螺纹长度长（δ1＋δ2）。②螺纹切削时，进给速度倍率开关无效，系统将此倍率固定在100％。③螺纹切削进给中，主轴不能停。若进给停止，切入量急剧增加，很危险，因此进给暂停在螺纹切削中无效。螺纹车削会引起牙尖膨胀变形，因此外螺纹的外圆应车到最小极限尺寸，内螺纹的孔应车到最大极限尺寸。螺纹加工前，加工表面的实际直径尺寸可按以下公式计算：内螺纹加工前的内孔直径：D孔＝d（内螺纹的公称直径）－1.0825P外螺纹加工前的外圆直径：D外＝D（外螺纹的公称直径）－（0.1～0.2165）P（2）螺纹实际直径的确定普通车床上有三种进刀方式：（3）进刀方式直进法斜进法左右切削法车螺纹时的进刀方式车螺纹时，只利用中拖板的垂直进刀，在几次行程中车好螺纹。直进法车螺纹可以得到比较正确的齿形，但由于车刀刀尖全部切削，螺纹不易车光，并且容易产生扎刀现象，适用于加工P＜3mm普通螺纹及精加工P≥3mm螺纹。在粗车时，为了操作方便，除了中拖板进给外，小拖板可先向一个方向进给（车右螺纹时每次吃刀略向左移，车左螺纹时略向右移）。螺纹牙型精度低，表面粗糙度值大，适用于粗加工P≥3mm螺纹，精车时用左右切削法，以使螺纹的两侧面都获得较低的表面粗糙度。车削螺纹时，除了用中拖板刻度控制螺纹车刀的垂直吃刀外，同时使用小拖板把车刀左、右微量进给，这样重复切削几次行程，精车的最后一、两刀应采用直进法微量进给，以保证螺纹牙型正确。返回（二）螺纹加工指令（G32、G92、G76）内（外）圆柱螺纹内（外）圆锥螺纹单头螺纹和多头螺纹恒螺距与变螺距螺纹圆柱螺纹圆锥螺纹端面螺纹数控车床可以加工直螺纹、锥螺纹和端面螺纹基本螺纹车削指令（G32）螺纹车削复合循环指令（G76）螺纹车削固定循环指令（G92）螺纹车削指令数控系统不同，螺纹加工指令也有差异。1．单段螺纹切削指令G32编程格式：G32X(U)_Z(W)_F_；其中：X、Z值是指车削到达的终点坐标；U、W值是指切削终点相对切削起点的增量坐标；F是指螺纹导程。G32X（U）__Z（W）__F__；圆锥螺纹G32Z（W）__F__；圆柱螺纹G32X（U）__F__；端面螺纹三种螺纹编程格式圆柱螺纹:G32Z（W）__F__；G00G00G00G32圆锥螺纹:G32X（U）__Z（W）__F__；G00G00G00G32X（xb）Z（zb）F；G32U(xb-xa)W(zb-za)F；编程算法：①主轴应通过G97指令指定恒转速；②伺服电机由静止到匀速运动、由匀速到静止有一个加速、减速过程，为防止加工螺纹螺距不均匀，车削螺纹前后，必须有适当的进刀段δ1和退刀段δ2；③因受机床结构及CNC系统的影响，车削螺纹时主轴的转速有一定的限制，这因厂家而异；④螺纹加工时最简单的方法是进刀方向指向卡盘，若使用左手刀具加工右旋螺纹，进刀方向也可远离卡盘；⑤螺纹加工中的走刀次数和进刀量（切削深度）会直接影响螺纹的加工质量。车削螺纹时的切削深度及走刀次数可参考表3－1。注意事项：例3-1：在CNC车床上欲车削图示普通螺纹M20×2.5，切削速度为100m/min,用G32指令编程。1000/dncmin)/(1592)2014.3/()1001000(rn在编程前，应先作下列计算：①先决定主轴转速验算n取值是否合适：机床要求：n×P≤4000则n≤1600（r/min）由计算得知n取1592r/min可使用，一般取整数较方便，故取1500r/min。得由②计算进刀段δ1及退刀段δ2δ1＝n×P/400＝1500×2.5/400＝9.4(mm)取δ1＝11mmδ2＝n×P/1800＝1500×2.5/1800＝2.1(mm)取δ2＝3mm③计算螺纹牙底直径螺纹牙底直径=大径-2×螺纹总深度=20-2×0.649×2.5=16.755mmN1X19.0;G32Z-33.0F2.5;G00X26.0;Z11.0;N2X18.3;G32Z-33.0;G00X26.0;Z11.0;O3001；T0100;G97S1500M03;G00X26.Z11.T0101M08；N3X17.7;G32Z-33.0;G00X26.0;Z11.0;N4X17.30;G32Z-33.0;G00X26.0;Z11.0;N5X16.9；G32Z-33.0;G00X26.0;Z11.0;N6X16.75;G32Z-33.0;G00X26.0;（Z11.0）G00X150.0Z200.0T0000;M30;2．螺纹单一车削切削循环指令G92编程格式：G92X(U)_Z(W)_R_F_；其中：X、Z值是指车削到达的终点坐标；U、W值是指切削终点相对循环起点