毕业设计论文数控车床螺纹加工及对刀方法的研究Word下载.docx

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3.2数控车床对刀方法研究-------------------------------------------------------------12

4数控车床螺纹加工实例---------------------------------------------------------------14

4.1零件加工工艺分析--------------------------------------------------------------------14

4.2数控加工程序编制--------------------------------------------------------------------15

4.3数控车床对刀及加工-----------------------------------------------------------------16

5结束语-------------------------------------------------------------------------------------------17

致谢---------------------------------------------------------------------------------------------------18

参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------19

1绪论

加工螺纹（包括蜗杆、滚刀等）型面的专门化机床。

主要用于机器、刀具、量具、标准件和日用器具等制造业。

螺纹原理的应用可追溯到公元前220年希腊阿基米德创造的螺旋提水工具。

1500年左右，意大利达·

芬奇绘制的螺纹加工装置草图中，已有应用母丝杠和交换齿轮加工不同螺距螺纹的设想。

1760年，英国F.怀亚特兄弟获得了切制木螺钉用专门装置的专利。

1778年，美国J.拉姆斯登制出用蜗轮副传动的螺纹切削机床。

1797年，英国H.莫兹利制出利用母丝杠和交换齿轮车削不同螺纹的螺纹车床。

19世纪20年代，莫兹利制造出加工螺纹用的丝锥和板牙。

20世纪以后，各种螺纹加工机床相继问世。

螺纹加工机床根据加工螺纹的方法可分为：

①螺纹切削机床。

如螺纹车床，螺纹铣床、螺纹磨床、攻丝机、套丝机等，其中螺纹车床、螺纹铣床和螺纹磨床用螺纹加工工具或砂轮加工各种精度的螺纹工件、螺纹刀具和螺纹量具，而攻丝机和套丝机则分别用特殊设计的丝锥和板手加工成批大量生产的螺母和螺钉等；

②螺纹滚压机床。

用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹，如搓丝机、滚丝机等，生产率较高，适用于大批、大量生产标准紧固件和其他螺纹联接件的外螺纹。

在普通车床加工螺纹时，必须要根据螺距的不同调整进给箱。

如果是螺距特殊的螺纹，还要对交换齿轮箱的交换齿轮进行计算、调整：

同时还需要有熟练的技术工人，才能加工出合符要求的螺纹。

然而，在数控机床日益普及的今天，如能利用数控机床加工螺纹，这不但能降低工人的劳动强度，而且提高工作效率，在提倡优质、高效、节能、减排的今天，有着积极的现实意义。

其实，要在数控机床上加工螺纹，可以通过对一些指令参数的重新设置就可以完成，并且，如果能合理地选用指令中的各参数值，同样可达到较高的加工精度要求。

2数控车床螺纹加工研究

2.1螺纹的加工原理及方法

螺纹有单线和多线之分，沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，沿两条或两条以上螺旋线形成的螺纹称为双线或多线螺纹。

在普通车床加工多线螺纹时，常采用轴向分线法和圆周分线法。

轴向分线法是指当第一条螺旋线加工完毕后，丝杠螺母保持接通，将刀架纵向前移或后移一个螺距后加工第二条螺旋线、第三条螺旋线。

这种方法需要精确控制车刀沿轴向移动的距离，以达到分线目的。

具体控制方法主要有：

（１）小滑板刻度分线法，这种方法虽然比较简便，但分线精度不高。

因为受小滑板丝杠间隙的影响以及当螺距并非刻度对应移动量的整倍数时所存在的主观估算误差，所以难免会产生分线误差。

（２）百分表、量块分线法，虽然分线精度高一些，但其准备工作繁琐，加工效率低，也容易产生分线误差。

圆周分线法是根据螺旋线在圆周上等距分布的特点，即当车好一条螺旋线后，脱开工件与丝杠之间的传动链，使主轴旋转一个角度α（α=3600/线数），然后再联接工件与丝杠之间的传动链，进行下一条螺旋线的车削。

具体的加工方法主要有：

（１）利用三爪、四爪卡盘分线法，这种方法分线简便、快捷，但分线精度较低且分线范围较窄。

（２）利用交换齿轮分线法，这种方法分线精度较高，但操作麻烦，且只有当车床交换齿轮的齿数为螺纹线数的整倍数时才行。

（３）利用多孔拨盘分线法，虽然分线精度稍高一些，但需增加多孔拨盘，且准备工作多，加工效率低，加工成本高。

改变螺纹切削初始角加工多线螺纹是根据螺纹的线数沿圆周方向进行分度，每加工完一线螺纹后，主轴旋转一定角度，而起刀点轴向位置不变，接着进行下一线螺纹的加工。

可以应用G32指令加工多线螺纹

指令格式

G32X（U）__Z（W）__F__Q__；

式中：

X、Z——绝对尺寸编程时螺纹的终点坐标；

U、W——增量尺寸编程时螺纹的终点坐标；

F——螺纹导程（若为单线螺纹，则为螺纹的螺距）；

Q——螺纹起始角，该值为不带小数点的非模态值，即增量为0.0010

2.2普通车床加工螺纹

普通车床上加工多线螺纹，其加工过程比较繁琐，而且主轴转速又受到螺纹导程的限制，其切削速度无法得到提高，加工效率低；

加之螺纹在分线过程中容易出现误差，加工精度较低，这会影响螺纹的工作性能，降低其使用寿命。

普通车床加工原理：

加工方法通常有通过改变螺纹切削起始角度和通过改变螺纹轴向切削起点等两种。

在FANUC系统中，多线螺纹编程功能指令有G32、G92、G76等三条。

其中G32为单行程螺纹切削指令，编程任务量大，程序较复杂；

指令G92可以实现简单螺纹切削循环，使程序段大为简化，但要求工件坯料预先经过粗加工；

而指令G76为螺纹切削复合循环指令，它克服了指令G92的缺点，可以将工件从坯料到成品螺纹一次性加工完成，且程序简捷，可节省编程与加工时间。

车螺纹的步骤与方法：

（低速车削三角形螺纹Vく5米∕分）

（1）车螺纹前对工件的要求：

1）螺纹大径：

理论上大径等于公称直径，但根据与螺母的配合它存在有下偏差（—），上偏差为0；

因此在加工中，按照螺纹三级精度要求。

螺纹外径比公称直径小0.1p。

螺纹外径D=公称直径—0.1p

2）退刀槽：

车螺纹前在螺纹的终端应有退刀槽，以便车刀及时退出。

3）倒角：

车螺纹前在螺纹的起始部位和终端应有倒角，且倒角的小端直径く螺纹底径。

4）牙深高度（切削深度）：

h1=0.6p

（2）调整车床：

先转动手柄接通丝杠，根据工件的螺距或导程调整进给箱外手柄所示位置。

调整到各手柄到位。

（3）开车、对刀记下刻度盘读数，向右退出车刀。

（4）合上开合螺母，在工件表面上车出一条螺旋线，横向退出车刀，并开反车把车刀退到右端，停车检查螺距是否正确（钢尺）。

（5）、开始切削，利用刻度盘调整切深（逐渐减小切深）。

注意操作中，车刀将终了时应做好退刀、停车准备，先快速退出车刀，然后开反车退回刀架。

吃刀深度控制，粗车时t=0.15~0.3mm，精车时tく0.05mm。

2.3数控车床加工螺纹

在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：

G32直进式切削方法、G92直进式切削方法和G76斜进式切削方法，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。

我们在操作使用上要仔细分析，争取加工出精度高的零件。

（1）、G32直进式切削方法，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。

在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；

但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。

由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；

由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。

（2）、G92直进式切削方法简化了编程，较G32指令提高了效率。

（3）、G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。

但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。

因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。

由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。

在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。

但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。

螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施，当螺纹牙顶未尖时，增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大，增大量视材料塑性而定，当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小，根据这一特点要正确对待螺纹的切入量，防止报废。

2.3.1普通螺纹的尺寸分析

在数控车床上可以车削米制、英寸制、模数和径节制四种标准螺纹，无论车削哪一种螺纹，车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系：

即主轴每转一转（即工件转一转），刀具应均匀地移动一个（工件的）导程的距离。

以下通过对普通螺纹的分析，加强对普通螺纹的了解，以便更好的加工普通螺纹。

数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸，普通螺纹加工所需的尺寸计算分析主要包括两个方面：

螺纹加工前工件直径和螺纹加工进刀量。

2.3.2螺纹加工前工件直径

考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径Dd－0.1P，即螺纹大径减0.1螺距，一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。

2.3.3螺纹加工进刀量

螺纹加进刀量可以参考螺纹底径，即螺纹刀最终进刀位置。

螺纹小径为：

大径－２倍牙高；

牙高=0.54P（P为螺距）

螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。

实现车螺纹所要求的比例关系,切削出符合要求的螺纹。

为此应解决三个问题:

（1）主轴转一圈,刀架带动螺纹车刀在Z向精确地移动一个螺距t。

（2）螺纹加工一般要经过多次切削才能完成,为了防止乱扣,每次进刀的位置必须相同。

（3）切削多头螺纹时,应能精确分度。

为解决这三个问题,数控车床是采用增量式光电编码器为主轴脉冲发生器,安装于车床的主轴箱内,由主轴经过齿轮或同步齿形带驱动,实现1:

1的传动。

主轴旋转时,编码器与主轴同步旋转,同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号,其是控制螺纹加工时刀具运动的重要信号。

增量式光电编码器是一种将角位移转换成对应数字脉冲信号,集传感器和模数转换于一体的数字式测角仪,其输出的脉冲信号均为TTL电平,可与计算机接口电路兼容。

增量式光电编码器主要由光电盘、光电元件、聚光镜以及发光源等组成。

光电元件A和B错开90度安装,当光电盘旋转一个节距时,在光源照射下,光电元件A和B得到波形输出,为具有90度相位差的正弦波,经放大整形A相和B相可得到具有90度相位差的输出方波。

数控系统根据A相和B相的相位关系判别编码器的旋转方向,从而获得车床主轴的旋转方向。

C相产生的脉冲作为基准脉冲,称为零位脉冲。

编码器旋转一圈,在固定位置C相产生一个零位脉冲,此脉冲信号可作为螺纹多次切削加工的同步控制信号。

2.3.4加工流程

主轴转一圈,编码器C相产生一个零位脉冲同步信号,在每次开始进刀切削前,扫描C相同步信号。

数控系统检测到C相信号到来时开始切削,否则处于等待状态。

这样就保证每次切削的初始位置在被加工工件圆周的某一定点位置上,防止了多次切削乱扣现象发生。

对多头螺纹的切削,可以将A相信号与C相信号结合起来进行多头的分度。

主轴转一圈A相输出N个脉冲,若切削k头螺纹,则按N/k分度。

其具体实施是,一条螺纹以C相信号作为切削开始点切削完成后,切削第二条螺纹时,扫描到C相信号后,再接着扫描A相信号的第N/k个脉冲,以此位置作为第二条螺纹的切削开始点。

以此类推,切削k条螺纹时,依据C相信号和A相的（k-1）*（N/k）个脉冲处作为切削开始点,直到k条螺纹全部切削完成。

主轴脉冲发生器与主轴同步旋转,数控系统可根据螺纹导程t和主轴脉冲信号,控制刀具在Z方向进给,以确保主轴转一圈,刀具在Z向进给一个螺距,其原理是将对应主轴每转的编码器A相脉冲数N与对应螺距t所需的进给脉冲当量数L的比值N/L（由数控系统计算）作为计数常数,存入计数器中。

车削螺纹时主轴旋转,数控系统每接受到主轴编码器送来的（N/L）值个A相脉冲,就发出一个进给脉冲,使刀具沿z方向进给t/L,这样就实现了主轴转一圈,螺纹车刀精确地z向进给一个螺距。

数控车床进行螺纹加工时,车床主轴以某一固定速度带动工件旋转,数控系统根据螺纹切削工艺流程首先将刀架移动到某一固定坐标位置,然后发出X方向切削进给命令开始螺纹加工工作循环。

2.4车削螺纹时常见故障及解决方法

（1）车刀安装得过高或过低过高，则吃刀到一定深度时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯，造成啃刀现象；

过低，则切屑不易排出，车刀径向力的方向是工件中心，加上横进丝杠与螺母间隙过大，致使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起，出现啃刀。

此时，应及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高（可利用尾座顶尖对刀）。

在粗车和半精车时，刀尖位置比工件的中心高出1％D左右（D表示被加工工件直径）。

（2）工件装夹不牢工件本身的刚性不能承受车削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的中心高度（工件被抬高了），形成切削深度突增，出现啃刀，此时应把工件装夹牢固，可使用尾座顶尖等，以增加工件刚性。

（3）车刀磨损过大引起切削力增大，顶弯工件，出现啃刀。

此时应对车刀加以修磨。

2.4.1乱扣故障分析及解决方法：

原因是当丝杠转一转时，工件未转过整数转而造成的。

（1）当车床丝杠螺距与工件螺距比值不成整倍数时如果在退刀时，采用打开开合螺母，将床鞍摇至起始位置，那么，再次闭合开合螺母时，就会发生车刀刀尖不在前一刀所车出的螺旋槽内，以致出现乱扣。

解决方法是采用正反车法来退刀，即在第一次行程结束时，不提起开合螺母，把刀沿径向退出后，将主轴反转，使车刀沿纵向退回，再进行第二次行程，这样往复过程中，因主轴、丝杠和刀架之间的传动没有分离过，车刀始终在原来的螺旋槽中，就不会出现乱扣。

（2）对于车削车床丝杠螺距与工件妇距比值成整倍数的螺纹工件和丝杠都在旋转，提起开合螺母后，至少要等丝杠转过一转，才能重新合上开合螺母，这样当丝杠转过一转时，工件转了整数倍，车刀就能进入前一刀车出的螺旋槽内，就不会出现乱扣，这样就可以采用打开开合螺母，手动退刀。

这样退刀快，有利于提高生产率和保持丝杠精度，同时丝杠也较安全。

2.4.2螺距不正确故障分析及解决方法：

（1）螺纹全长上不正确原因是挂轮搭配不当或进给箱手柄位置不对，可重新检查进给箱手柄位置或验算挂轮。

（2）局部不正确原因是由于车床丝杠本身的螺距局部误差（一般由磨损引起），可更换丝杠或局部修复。

（3）螺纹全长上螺距不均匀原因是：

丝杠的轴向窜动。

主轴的轴向窜动。

溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良。

溜板箱燕尾导轨磨损而造成开合螺母闭合时不稳定。

挂轮间隙过大等。

通过检测：

如果是丝杠轴向窜动造成的，可对车床丝杠与进给箱连接处的调整圆螺母进行调整，以消除连接处推力球轴承轴向间隙。

如果是主轴轴向窜动引起的，可调整主轴后调整螺母，以消除后推力球轴承的轴向间隙。

如果是溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良引起的，可修整开合螺母并调整开合螺母间隙。

如果是燕尾导轨磨损，可配制燕尾导轨及镶条，以达到正确的配合要求。

如果是挂轮间隙过大，可采用重新调整挂轮间隙。

出现竹节纹原因是从主轴到丝杠之间的齿轮传动有周期性误差引起的，如挂轮箱内的齿轮，进给箱内齿轮由于本身，制造误差、或局部磨损、或齿轮在轴上安装偏心等造成旋转中心低，从而引起丝杠旋转周期性不均匀，带动刀具移动的周期性不均匀，导致竹节纹的出现，可以修换有误差或磨损的齿轮

中径不正确故障分析及解决方法：

原因是吃刀太大，刻度盘不准，而又未及时测量所造成。

解决方法是精车时要详细检查刻度盘是否松动，精车余量要适当，车刀刃口要锋利，要及时测量。

螺纹表面粗糙故障分析及解决方法：

原因是车刀刃口磨得不光洁，切削液不适当，切削速度和工件材料不适合以及切削过程产生振动等造成功。

解决方法是：

正确修整砂轮或用油石精研刀具；

选择适当切削速度和切削液；

调整车床床鞍压板及中、小滑板燕尾导轨的镶条等，保证各导轨间隙的准确性，防止切削时产生振动。

总之，车削螺纹时产生的故障形式多种多样，既有设备的原因，也有刀具、操作者等的原因，在排除故障时要具体情况具体分析，通过各种检测和诊断手段，找出具体的影响因素，采取有效的解决方法。

3常用的数控机床对刀方法研究

3.1数控机床对刀原理分析

车刀安装得过高或过低过高，则吃刀到一定深度时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯，造成啃刀现象；

在粗车和半精车时，刀尖位置比工件的出中心高1％D左右（D表示被加工工件直径）。

工件本身的刚性不能承受车削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的中心高度（工件被抬高了），形成切削深度突增，出现啃刀，此时应把工件装夹牢固，可使用尾座顶尖等，以增加工件刚性。

普通螺纹的对刀方法有试切法对刀和对刀仪自动对刀，可以直接用刀具试切对刀，也可以用G50设置工件零点，用工件移设置工件零点进行对刀。

螺纹加工对刀要求不是很高，特别是Z向对刀没有严格的限制，可以根据编程加工要求而定。

对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。

在一定条件下，对刀的精度可以决定零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。

仅仅知道对刀方法是不够的，还要知道数控系统的各种对刀设置方式，以及这些方式在加工程序中的调用方法，同时要知道各种对刀方式的优缺点、使用条件（下面的论述是以FANUCOiMate数控系统为例）等。

一般来说，零件的数控加工编程和上机床加工是分开进行的。

数控编程员根据零件的设计图纸，选定一个方便编程的坐标系及其原点，我们称之为程序坐标系和程序原点。

程序原点一般与零件的工艺基准或设计基准重合，因此又称作工件原点。

数控车床通电后，须进行回零（参考点）操作，其目的是建立数控车床进行位置测量、控制、显示的统一基准，该点就是所谓的机床原点，它的位置由机床位置传感器决定。

由于机床回零后，刀具（刀尖）的位置距离机床原点是固定不变的，因此，为便于对刀和加工，可将机床回零后刀尖的位置看作机床原点。

在图3-1中，O是程序原点，O'

是机床回零后以刀尖位置为参照的机床原点。

图3-1数控车削对刀原理

编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具（刀尖）的运行轨迹。

由于刀尖的初始位置（机床原点）与程序原点存在X向偏移距离和Z向偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令的位置有同样的偏移距离，因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。

所谓对刀，其实质就是侧量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标。

3.1.1试切对刀原理

对刀的方法有很多种，按对刀的精度可分为粗略对刀和精确对刀；

按是否采用对刀仪可分为手动对刀和自动对刀；

按是否采用基准刀，又可分为绝对对刀和相对对刀等。

但无论采用哪种对刀方式，都离不开试切对刀，试切对刀是最根本的对刀方法。

图3-2数控车削试刀对刀

以图3-2为例，试切对刀步骤如下：

在手动操作方式下，用所选刀具在加工余量范围内试切工件外圆，记下此时显示屏中的X坐标值，记为Xa。

（注意：

数控车床显示和编程的X坐标一般为直径值）。

将刀具沿＋Z方向退回到工件端面余量处一点（假定为α点）切削端面，记录此时显示屏中的Z坐标值，记为Za。

测量