螺紋車削加工工藝及編程.doc

89 螺紋車削加工工藝及編程891 螺紋加工概念及加工工藝圖8-9-1車削螺紋加工1螺紋加工簡述螺紋加工是在圓柱上加工出特殊形狀螺旋槽的過程，螺紋的常見的用途是連接緊固、傳遞運動等。螺紋常見的加工方法有：滾絲或螺紋成型、攻絲、銑削螺紋、車削螺紋等。CNC車床可加工出高質量的螺紋，本節(jié)主要學習用CNC車床車削螺紋的工藝編程方法。車削螺紋加工是在車床上，控制進給運動與主軸旋轉同步，加工特殊形狀螺旋槽的過程。螺紋形狀主要由切削刀具的形狀和安裝位置決定。螺紋導程由刀具進給量決定。如圖8-9-1所示的螺紋車削加工。圖8-9-2車削螺紋加工CNC編程加工最多的是普通螺紋，螺紋牙形為三角形，牙型角為60，普通螺紋分粗牙普通螺紋和細牙普通螺紋。粗牙普通螺紋的螺距是標準螺距，其代號用字母“M”及公稱直徑表示，如M16、M12等。細牙普通螺紋代號用字母“M”及公稱直徑螺距表示，如M241.5、M272等。2螺紋加工刀具普通螺紋加工刀具刀尖角通常為60，螺紋車刀片的形狀跟螺紋牙型一樣，螺紋刀切削不僅用于切削，而且使螺紋成型。機夾式螺紋車刀如圖8-9-2所示，分為外螺紋車刀和內螺紋車刀兩種?？赊D位螺紋車刀是弱支撐，剛度與強度均較差。圖8-9-3螺紋加工路線 裝夾外螺紋車刀時，刀尖應與主軸線等高 (可根據尾座頂尖高度檢查)。車刀刀尖角的對稱中心線必須與工件軸線垂直，裝刀時可用樣板來對刀。3螺紋加工過程 一個螺紋的車削需要多次切削加工而成，每次切削逐漸增加螺紋深度，否則，刀具壽命也比預期的短得多。為實現多次切削的目的，機床主軸必需恒定轉速旋轉，且必須與進給運動保持同步，保證每次刀具切削開始位置相同，保證每次切削深度都在螺紋圓柱的同一位置上，最后一次走刀加工出適當的螺紋尺寸、形狀、表面質量和公差，并得到合格的螺紋。如圖8-9-3，編程中，每次螺紋加工走刀至少有4次基本運動(直螺紋)。運動：將刀具從起始位置X向快速（G00方式）移動至螺紋計劃切削深度處。運動：加工螺紋軸向螺紋加工(進給率等于螺距)。運動：刀具X向快速（G00方式）退刀至螺紋加工區(qū)域外的X向位置。運動：快速（G00方式）返回至起始位置。4螺紋加工工藝事項 螺紋切削起始位置螺紋切削起始位置，既是螺紋加工的起點，又是最終返回點，必須定義在工件外，但又必須靠近它。X軸方向每側比較合適的最小間隙大約為2.5mm，粗牙螺紋的間隙更大一些。Z軸方向的間隙需要一些特殊考慮。在螺紋刀接觸材料之前，其速度必須達到100編程進給率。由于螺紋加工的進給量等于螺紋導程，所以需要一定的時間達到編程進給率。如同汽車在達到正常行駛速度以前需要時間來加速一樣，螺紋刀在接觸材料前也必須達到指定的進給率，確定前端安全間隙量時必須考慮加速的影響，故必須設置合理的導入距離。導入距離一般為螺紋導程長度的34倍。同理，螺紋切削結束前，存在減速問題，故必須合理設置的導出距離。在某些情況下，由于沒有足夠空間而必須減小Z軸間隙，惟一的補救辦法就是降低主軸轉速(rmin)不要降低進給率。 從螺紋退刀 為了避免損壞螺紋，刀具沿Z軸運動到螺紋末端時，必須立即離開工件，退刀運動有兩種形式沿一根軸方向直線離開(通常沿X軸)，或沿兩根軸方向斜線離開(沿XZ軸同時運動)，如圖8-9-4所示。通常如果刀具在比較開闊的地方結束加工，例如退刀槽或凹槽，那么可以使用直線退出，車螺紋Z向終點位置一般選在退刀槽的中點，使用快速運動G00指令編寫直線退出動作，如：N63 G32 Z-20 F2 （螺紋加工程序） N64 G00 X50(a)直線退出 (b)斜線退出圖8-9-4 螺紋退刀如果刀具結束加工的地方并不開闊，那么最好選擇斜線退出，斜線退出運動可以加工出更高質量的螺紋，也能延長螺紋刀片的使用壽命。斜線退出時，螺紋加工G代碼和進給率必須有效。退出的長度通常為導程，推薦使用的角度為45，退出程序如下： N63 G32 Z-20 F2；（螺紋加工程序）N64 U4 W2； (斜線退出，螺紋加工狀態(tài)) N65 G00 X50； (快速退出) 螺紋加工直徑和深度由于螺紋不能一次切削加工出所需深度，所以總深度必須分成一系列可操控的深度，每次的深度取值，不僅要考慮螺紋直徑，還要考慮加工條件：刀具類型、材料以及安裝的總體剛度。 螺紋加工中隨著切削深度的增加，刀片上的切削載荷越來越大。對螺紋、刀具或兩者的損壞可以通過保持刀片上的恒定切削載荷來避免。要保持恒定切削載荷，一種方法是逐漸減少螺紋加工深度。每次切削深度的計算并不需要復雜的公式,但需要一些常識和經驗。螺紋加工循環(huán)在控制系統(tǒng)中建立了自動計算切削深度的算法，手動計算的邏輯是一樣的。有關螺紋加工的一些數值可由下面列出經驗計算方法得到：外螺紋小徑=外圓直徑2牙高；螺紋牙高=0.61343P0.6P走刀次數=2.8P+4；式中：P為螺紋導程，單線螺紋導程與螺距相同 車三角形外螺紋時，由于受車刀擠壓會使螺紋大徑尺寸脹大，所以車螺紋前大徑一般應車得比基本尺寸小約0.1P。車削三角形內螺紋時，內孔直徑會縮小，所以車削內螺紋前的孔徑要比內螺紋小徑略大些，可采用下列近似公式計算：車外螺紋前外圓直徑=公稱直徑D0.1P；車削塑性金屬的內螺紋底孔直徑公稱直徑dP 車削脆性金屬的內螺紋底孔直徑公稱直徑d一1.05P主軸轉速以及進給率螺紋加工時將以特定的進給量切削，進給量與螺紋導程相同，CNC在螺紋加工模式下控制主軸轉速與螺紋加工進給同步運行。螺紋加工是典型高進給率加工，比如加工導程為3 mm的螺紋，進給量則是3mmr。螺紋加工的主軸轉速直接使用恒定轉速（r/min）編程，而絕不是恒線速度(CSS)，這就意味著準備功能G97必須與地址字S一起使用來指定每分鐘旋轉次數，例如“G97 S500 M03”，表示主軸轉速為500rmin。那么如果加工導程為3mm的螺紋，其進給速度計算如下：F700rmin3mmr2100mmmin為保證正確加工螺紋,在螺紋切削過程中，主軸速度倍率功能失效,進給速度倍率無效。892 G32螺紋切削指令應用G32是Fanuc控制系統(tǒng)中最簡單的螺紋加工代碼，該螺紋加工運動期間，控制系統(tǒng)自動使進給率倍率無效。1G32螺紋切削指令指令格式：G32 X(U)Z(W) F Q；(等螺距螺紋切削指令)X(U) Z(W) 為直線螺紋的終點坐標；F為直線螺紋的導程，如果是單線螺紋，則為直線螺紋的螺距；Q為螺紋起始角，該值為不帶小數點的非模態(tài)值，其單位為0.001，如果是單線螺紋，則該值不用指定，這時該值為0；2G32螺紋切削編程實例試用G32指令,編寫圖8-9-5所示工件的螺紋加工程序。 相關工藝設計螺紋切削導入距離6mm；刀具退出的方式為45斜線，長度為導程1.5mm。如圖8-9-6（a）所示。車外螺紋前外圓直徑公稱直徑D0.1P240.11.523.85；螺紋牙高=0.61343P0.613431.50.92；外螺紋小徑=外圓直徑2牙高23.8520.9222.01；設計螺紋分五次切削加工出所需深度，第一刀切深0.32mm，然后，每刀逐漸減少螺紋加工深度，最后精加工切深0.045mm.。分層切削染余量分配如圖8-9-6（b）所示。擬定主軸轉速使用恒定轉速500r/min, 進給量則是導程1.5mmr。圖8-9-5 螺紋加工工件 螺紋加工程序編寫螺紋加工程序O8901如下：O8901 G21 G99T0404 (調用第4號外螺紋刀具)G97S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ；(起始點, 導人距離5 mm)N21 G00 X23.21 ； （刀具從起始位置X向快速移動至螺紋計劃切削深度處）N22 G32 Z-21 F1.5 ； （軸向螺紋加工，進給率等于螺距)。N23 U4 W-2 ； （刀具退出的方式為45斜線，保持螺紋切削狀態(tài)）N24 G00 X30 ； （刀具X向快速退刀至螺紋加工區(qū)域外的X30位置）圖8-9-6示例工件螺紋加工相關設計N25 Z6 ； (快速G00方式返回至起始位置)。 (N21N25完成螺紋的第一刀切削)N26 G00 X22.76 ；N27 G32 Z-21 F1.5 ； N28 U4 W-2 ；N29 G00 X30 ； N30 Z6(N26N30完成螺紋的第二刀切削)N40 G00 X22.01N41 G32 Z-21 F1.5；圖8-9-7 G92螺紋切削路線N42 U4 W-2；N43 G00 X30； N44 Z6(N40N44完成螺紋的最后切削)G00 X100 Z100 M09M05N41 M30 (程序結束) 893 螺紋切削單一固定循環(huán)G92單一循環(huán)螺紋加工指令G92簡介由程序O8901可見，用G32編寫螺紋多次分層切削程序是比較繁瑣，每一層切削要五個程序段，多次分層切削程序中包含大量重復的信息。FANUC系統(tǒng)可用G92指令的一個程序段代替每一層螺紋切削的五個程序段，可避免重復信息的書寫，方便編程。G92指令稱單一循環(huán)加工螺紋指令，如圖8-9-7，G92螺紋加工程序段在加工過程中，刀具運動軌跡為：首先：刀具沿X軸進刀至螺紋計劃切削深度X坐標；第二步：沿Z軸切削螺紋；第三步：啟動45倒角螺紋（斜線切出）；第四步：刀具沿X軸退刀至X初始坐標；第四步沿Z軸退刀至Z初始坐標。在G92程序段里，須給出每一層切削動作相關參數，必須確定螺紋刀的循環(huán)起點位置，螺紋切削的終止點位置。 單一循環(huán)螺紋加工指令G92格式指令格式：G92 X(U)Z(W) FR；格式說明：X(U)、Z(w)為螺紋切削終點處的坐標；F為螺紋導程的大小，如果是單線螺紋，則為螺距的大??； 45斜線螺紋切出距離在0.1 L至12.7 L之間指定，指定單位為0.1 L，可通過系統(tǒng)參數進行修改。（L為導程）R為圓錐螺紋切削參數。R值為零時，可省略不寫，螺紋為圓柱螺紋。 G92編程示例螺紋加工程序O8901用G92編程可改寫成程序O8902O8902 G21 G99T0404 (調用第4號外螺紋刀具)G97 S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺紋刀具到達切削起始點, 導入距離6 mm)G92 X23.21 Z-23 F1.5 (完成第一層螺紋切削)X22.76；(完成第二層螺紋切削)X22.40；(完成第三層螺紋切削)X22.10；(完成第四層螺紋切削)X22.01; (完成螺紋的最后切削)G00 X100 Z100 M09M05N41 M30 (程序結束)顯然用G92編程的程序O8902比O8901簡潔多了。圖8-9-8 G76螺紋切削路線及有關參數894 螺紋切削復合循環(huán)G76復合循環(huán)螺紋加工指令G76簡介 CNC發(fā)展的早期，G92單一螺紋加工循環(huán)方便了螺紋編程。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，CNC系統(tǒng)提供了更多重要的新功能，這些新功能進一步簡化了程序編寫。螺紋復合加工循環(huán)G76是螺紋車削循環(huán)的新功能，它具有很多功能強大的內部特征。使用G32方法的程序中，每刀螺紋加工需要4個甚至5個程序段；使用G92循環(huán)每刀螺紋加工需要一個程序段，但是G76循環(huán)能在一個程序段或兩個程序段中加工任何單頭螺紋。在機床上修改程序也會更快更容易。 如圖8-9-8所示，表明G76指令的加工動作。G76螺紋加工循環(huán)需要輸入初始數據。 復合螺紋加工循環(huán)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（錐螺紋參數）F（導程）；FANUC 0i復合螺紋加工循環(huán)指令G76格式分兩個程序段，格式中各參數含義如下表：表8-9-1 G76格式說明第一程序段： G76 P（m r ） Q RP（m）精加工重復次數，為199的兩位數（r）倒角量，當螺距為L，從0.0L到99L設定，單位為0.1L，為199的兩位數（）刀尖角度，選擇80、60、55、30、29、0六種中的一種，由兩位數規(guī)定。Q為最小切深(用半徑值指定) 切深小于此值時，切深鉗在此值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）螺紋最后切削的終端位置的X、Z坐標，X(U)表示牙底深度位置Q第一刀切削深度，半徑值，正值，（微米）P牙高，半徑值，正值（微米）R錐螺紋半徑差；圓柱直螺紋切削省略。F螺距正值 G76外螺紋切削編程示例螺紋加工程序O8901用G76編程可改寫成程序O8903O8903 G21 G99T0404 (調用第4號外螺紋刀具)G97S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺紋刀具到達切削起始點, 導入距離6 mm)N30 G76 P011060 Q100 R0.1；（螺紋參數設定）N40 G76 X22.01 Z-23. P920 Q320 F1.5；G00 X100 Z100 M09M05M30 (程序結束)顯然用G76編程的程序O8903比O8901和O8902又簡潔多了。G76程序段N30，N40說明：程序段“N30 G76 P011060 Q100 R0.1；”中：P011060表示：精加工次數是一次；倒角量為一個導程；刀尖角度60。Q100表示：最小切深鉗制在半徑值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值為X22.01；螺紋切削Z終點Z-23.P920表示：牙高為半徑值920微米Q320表示：第一刀切深為半徑值3