螺纹轴的数控加工工艺设计Word格式.docx

1、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0.03 mm。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：寻求最短加工路线；最终轮廓一次走

2、刀完成；选择切入切出方向；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

3、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M241.5、M272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。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

4、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：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：加工螺纹轴向螺纹加工（进给率等于螺距）。运动：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：快速（G00方式）返回至起始位置。（1） 螺纹切削起始位置螺纹切削起始

5、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34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

6、轴间隙，惟一的补救办法就是降低主轴转速（rmin）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：N63 G32 Z-20 F2 （螺纹加工程序） N64 G00 X50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

7、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： N63 G32 Z-20 F2；（螺纹加工程序）N64 U4 W2； （斜线退出，螺纹加工状态）N65 G00 X50； （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

8、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面列出经验计算方法得到：外螺纹小径=外圆直径2牙高；螺纹牙高=0.61343P0.6P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

9、外圆直径=公称直径D0.1P；车削塑性金属的内螺纹底孔直径公称直径dP 车削脆性金属的内螺纹底孔直径公称直径d一1.05P（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3 mm的螺纹，进给量则是3mmr。螺纹加工的主轴转速直接使用恒定转速（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“G97 S500 M03”，表示主轴转速为500rmin。那么如果加工导程为3mm的螺纹，其进给速度计算如下

10、：F700rmin3mmr2100mmmin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。2.2 G32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。2.2.1 G32螺纹切削指令指令格式：G32 X（U）Z（W） F Q；（等螺距螺纹切削指令）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；2.2.2 G32螺纹切削编程实例试用G32

11、指令,编写图2.5所示工件的螺纹加工程序。图2.5 螺纹加工工件（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2.6（a）所示。图2.6 示例工件螺纹加工相关设计车外螺纹前外圆直径公称直径D0.1P240.11.523.85；螺纹牙高=0.61343P0.613431.50.92；牙高23.8520.9222.01；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，最后精加工切深0.045mm.。分层切削染余量分配如图2.6（b）所示。拟定主轴转速使用恒定转速500r/min, 进给量则是导程1.5mmr。

12、（2） 螺纹加工程序编写螺纹加工程序O2001如下：O2001 G21 G99T0404 （调用第4号外螺纹刀具）G97S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ；（起始点, 导人距离5 mm）N21 G00 X23.21 ； （刀具从起始位置X向快速移动至螺纹计划切削深度处）N22 G32 Z-21 F1.5 ； （轴向螺纹加工，进给率等于螺距）。N23 U4 W-2 ； （刀具退出的方式为45斜线，保持螺纹切削状态）N24 G00 X30 ； （刀具X向快速退刀至螺纹加工区域外的X30位置）N25 Z6 ； （快速G00方式返回至起始位置）。（N21N25完成螺纹的第一刀切削

13、）N26 G00 X22.76 ；N27 G32 Z-21 F1.5 ；N28 U4 W-2 ；N29 G00 X30 ；N30 Z6（N26N30完成螺纹的第二刀切削）N40 G00 X22.01N41 G32 Z-21 F1.5；N42 U4 W-2；N43 G00 X30；N44 Z6（N40N44完成螺纹的最后切削）G00 X100 Z100 M09M05N41 M30 （程序结束）2.3 螺纹切削单一固定循环G92（1）单一循环螺纹加工指令G92简介由程序O2001可见，用G32编写螺纹多次分层切削程序是比较繁琐，每一层切削要五个程序段，多次分层切削程序中包含大量重复的信息。FANU

14、C系统可用G92指令的一个程序段代替每一层螺纹切削的五个程序段，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2.7，G92螺纹加工程序段在加工过程中，刀具运动轨迹为：图2.7 G92螺纹切削路线首先：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；第四步沿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，螺纹切削的终止点位置。（2） 单一循环螺纹加工指令G92格式G92 X（U）Z（W） FR；格式说明：X（u）、Z（w）为螺纹切

15、削终点处的坐标；F为螺纹导程的大小，如果是单线螺纹，则为螺距的大小；45斜线螺纹切出距离在0.1 L至12.7 L之间指定，指定单位为0.1 L，可通过系统参数进行修改。（L为导程）R为圆锥螺纹切削参数。R值为零时，可省略不写，螺纹为圆柱螺纹。（3） G92编程示例螺纹加工程序O2001用G92编程可改写成程序O2002O2002 G97 S500 M03 （外螺纹刀具到达切削起始点, 导入距离6 mm）G92 X23.21 Z-23 F1.5 （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

16、螺纹的最后切削）显然用G92编程的程序O2002比O2001简洁多了。2.4 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。图2.8 G76螺纹切削路线及有关参数使用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。在机床上修改程序也会更快更容易。如图2

17、.8所示，表明G76指令的加工动作。G76螺纹加工循环需要输入初始数据。（2） 复合螺纹加工循环指令G76格式G76指令格式：G76 P（m r ） Q（最小切深）R（精加工余量）；G76 X（U） Z（W）P（牙高）Q（最大切深）R（锥螺纹参数）F（导程）；FANUC 0i复合螺纹加工循环指令G76格式分两个程序段，格式中各参数含义如下表2.1：表2.1 G76格式说明第一程序段： G76 P（m r ） Q RP（m）精加工重复次数，为199的两位数（r）倒角量，当螺距为L，从0.0L到99L设定，单位为0.1L，为199的两位数（）刀尖角度，选择80、60、55、30、29、0六种中的一

18、种，由两位数规定。Q为最小切深（用半径值指定） 切深小于此值时，切深钳在此值R精加工余量（微米）第二程序段： G76 X（U） Z（W）R P Q FX（U） Z（W）螺纹最后切削的终端位置的X、Z坐标，X（U）表示牙底深度位置第一刀切削深度，半径值，正值，（微米）牙高，半径值，正值（微米）锥螺纹半径差；圆柱直螺纹切削省略。F螺距正值（3） G76外螺纹切削编程示例螺纹加工程序O2001用G76编程可改写成程序O2003O2003 N30 G76 P011060 Q100 R0.1；（螺纹参数设定）N40 G76 X22.01 Z-23. P920 Q320 F1.5；M30 （程序结束）显然

19、用G76编程的程序O2003比O2001和O2002又简洁多了。G76程序段N30，N40说明：程序段“N30 G76 P011060 Q100 R0.1；”中：P011060表示：精加工次数是一次；倒角量为一个导程；刀尖角度60。Q100表示：最小切深钳制在半径值100微米R0.1：表示精加工余量0.1mm程序段“N40 G76 X22.01 Z-21. P920 Q320 F1.5；”中X22.01 Z-23.表示：牙底深度X值为X22.01；螺纹切削Z终点Z-23.P920表示：牙高为半径值920微米Q320表示：第一刀切深为半径值320微米F1.5表示：螺距1.5mm2.5 内螺纹切削

20、编程示例试编写图2.9所示工件的内螺纹加工程序。图2.9 内螺纹示例工件及加工相关设计（单位:mm）螺纹加工前的底孔直径公称直径dP30228；确定工件坐标系如图2.9；设计螺纹切削循环G76起点在（X24，Z6），选择X24不仅保证刀具X向与实体的安全间隙，又避免螺纹刀退出时碰撞工件。Z6是螺纹切削导入距离6mm。如图2.9。设计螺纹最后一刀切削的终点（与起点相对形成矩形切削区域）坐标是（X30，Z35）。X30为内螺纹的牙底直径。Z35保证刀具足够切出距离，又不至于让刀具碰撞到夹具。内螺纹的其它切削参数计算如下：21.22（mm）走刀次数=2.8P+49；（mm）拟定主轴转速使用恒定转速4

21、00r/min, 进给量则是导程2mmr。设螺纹底孔已经加工完毕，内螺纹加工程序O2004如下：O2004；G21 G99；G97 S400 M03；N20 G00 X24 Z6 M08 ；N30 G76 P011060 Q130 R0.1；（注意：内螺纹精加工余量取负值）N40 G76 X30 Z-35. P1220 Q400 F2；G00 X100 Z100 M09；M05；M30； （程序结束）第三章 典型轴类零件（螺纹轴）的数控加工工艺分析典型轴类零件如图3.1所示，毛坯为58100棒材，零件材料为45钢，数控车削前毛坯已粗车端面、钻好中心孔。无热处理和硬度要求，试对该零件进行数控车削

22、工艺分析。图3.1 典型轴类零件3.1零件图工艺分析该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S50的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点

23、画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选60棒料。3.2选择设备根据被加工零件的外形和材料等条件，选用TND360数控车床。3.3确定零件的定位基准和装夹方式定位基准 确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。装夹方法 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。3.4刀具选择选用5中心钻钻削中心孔。粗车及平端面选用900硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可用作图法检验），副偏角不宜太小，选=350。精车选用900硬质合金右偏刀，车螺纹选用硬质合金600外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r=0.150.2。将所选定的刀具参数填入数

24、控加工刀具卡片中（见表3.1），以便编程和操作管理。表3.1数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T015中心钻钻5 mm中心孔2T02硬质合金90外圆车刀车端面及粗车轮廓右偏刀3T03精车轮廓4T04硬质合金60外螺纹车刀车螺纹编制审核批准3.5确定加工顺序及进给路线加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。TND360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给，如图3.2所示。图3.2 精车轮廓进给路线3.6切削用量选择背吃刀量的选择 轮