任务5　普通螺纹的加工与编程

5.1　任务引入

零件如图4-38所示，已知毛坯为ϕ45mm×100mm的LY12棒料，制定零件加工工艺，编写零件加工程序。

5.2　工艺知识

5.2.1　螺纹加工尺寸的确定

1.车螺纹前圆柱面直径的确定 主要分以下几种情况进行介绍。

（1）外螺纹：加工大径外螺纹时，由于零件材料受车刀挤压而使螺纹大径膨胀，因此车螺纹前的外圆直径应比实际外径小0.2～0.4mm。加工小径外螺纹时，车螺纹前的外圆直径一般比实际外径小0.1p，其中p为螺纹螺距。

（2）内螺纹：加工内螺纹时，由于零件材料受车刀挤压而使内孔直径缩小，因此车螺纹前的孔径应比螺纹小径大。对于钢和塑性材料，内螺纹底孔直径D_底一般取（D-p）；对于铸铁和脆性材料，内螺纹底孔直径D_底一般取（D-1.05p）。内螺纹小径D₁一般取（D-1.3p）。其中，D为内螺纹公称直径，p为内螺纹的螺距。

（3）加工螺纹轴向起点与终点的确定：如图4-39所示，车螺纹开始时有一个升速进刀阶段，结束前有一个降速退刀阶段，这两段的螺纹导程小于实际螺纹导程。因此，车螺纹时螺纹两端必须设置足够的升速进刀距离d₁和减速退刀距离d₂。

d₁、d₂的取值可用下列经验公式来确定：

d₁=3.605d₂，d₂=nl/1800

式中，n为主轴转速（r/min），l为螺纹导程（mm），常数1800是基于伺服系统时间常数0.033得出来的。

5.2.2　螺纹的加工方法

数控车床可用来车削直螺纹和锥螺纹。车螺纹进刀方式有直进式（螺距p＜3mm）和斜进式（螺距p≥3mm），如图4-40所示。

5.2.3　切削用量的确定

1.主轴转速的确定 参阅课题3。

2.背吃刀量的确定 螺纹的切削一般分数次进给，每次进给时背吃刀量的大小用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减分配。注意精加工背吃刀量不能过小，用硬质合金螺纹车刀时一般精加工背吃刀量不能小于0.1mm。常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量见表4-13。

表4-13 常用螺纹切削的进给次数与吃刀量

公制螺纹

英制螺纹

注：①从螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持为一个常数。

②在没有停止主轴的情况下停止螺纹切削是非常危险的。因此，螺纹切削时进给保持功能无效。

如果按下进给保持按键，刀具在加工完螺纹后停止运动。

③在螺纹加工中不使用恒线速度控制功能。

④在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段d₁和降速退刀段d₂，以消除伺服滞后造成的螺距误差。

3.进给量 单线螺纹的进给量等于螺距，多线螺纹的进给量等于导程。在数控车床上加工双线螺纹时，常用的方法是在车削第一条螺纹后用G01指令轴向移动一个螺距再加工第二条螺纹。

5.3　相关指令（HNC—21/22T数控系统）

1.螺纹切削指令G32 使用G32指令能加工圆柱螺纹、锥螺纹和端面螺纹。其输入格式如下：

G32X（U）_Z（W）_R_E_P_F_；

说明：

（1）X_、Z_表示绝对值编程时有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标。

（2）U_、W_表示相对值编程时有效螺纹终点相对于螺纹切削起点的位移量。

（3）F_表示螺纹导程，即主轴每转一周刀具相对于工件的进给量，单位为mm/r。

（4）R_、E_表示螺纹切削的退尾量。R_表示Z轴方向退尾量，E_为X轴方向退尾量。R_、E_在绝对值或相对值编程时都是以增量方式指定，其符号为正表示沿Z、X轴正方向回退，为负表示沿Z、X轴负方向回退。使用R_、E_指令可免去退刀槽。R_、E_可以省略，此时表示不使用回退功能。根据螺纹车削标准，R_一般取2倍的螺距，E_取螺纹的牙型高。

（5）P_表示主轴基准脉冲处距离螺纹切削起始点的主轴转角。

例4-12 对图4-41所示的圆柱螺纹进行加工编程。螺纹导程为1.5 mm, d₁=1.5 mm, d₂=1 mm，每次吃刀量（直径值）分别为0.8 mm、0.6 mm、0.4 mm、0.16mm。

解 运用螺纹切削指令G32编制图4-41所示零件的加工程序如下：

%3312

N10 G92 X50 Z120； 设立坐标系，定义对刀点的位置

N20 M03 S300； 主轴以300r/min速度旋转

N30 G00 X29.2 Z101.5； 到螺纹起点，升速段1.5mm，吃刀深0.8mm

N40 G32 Z19 F1.5； 切削螺纹到螺纹切削终点，降速段1mm

N50 G00 X40； X轴方向快退

N60 Z101.5； Z轴方向快退到螺纹起点处

N70 X28.6； X轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深0.6mm

N80 G32 Z19 F1.5； 切削螺纹到螺纹切削终点

N90 G00 X40； X轴方向快退

N100 Z101.5； Z轴方向快退到螺纹起点处

N110 X28.2； X轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深0.4mm

N120 G32 Z19 F1.5； 切削螺纹到螺纹切削终点

N130 G00 X40； X轴方向快退

N140 Z101.5； Z轴方向快退到螺纹起点处

N150 U-11.96； X轴方向快进到螺纹起点处，吃刀深0.16mm

N160 G32 W-82.5 F1.5； 切削螺纹到螺纹切削终点

N170 G00 X40； X轴方向快退

N180 X50 Z120； 回对刀点

N190 M05； 主轴停

N200 M30； 主程序结束并复位

2.螺纹切削固定循环指令G82

（1）直螺纹切削循环指令：其输入格式如下：

G82X_Z_R_E_C_P_F_；

说明：

1）X_、Z_表示螺纹终点在工件坐标系中的坐标。

2）R_、E_表示螺纹切削的退尾量。R_、E_均为向量，R_表示Z轴方向回退量；E_表示X轴方向回退量。R_、E_可以省略，此时表示不用回退功能。

3）C_表示螺纹头数，其数值为0或1时表示切削单头螺纹。

4）P_在单头螺纹切削时表示主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角（缺省值为0），在多头螺纹切削时表示相邻螺纹头的切削起始点之间对应的主轴转角。

5）F_表示螺纹导程。

该指令执行图4-42所示的ABCDEA的轨迹动作。

（2）锥螺纹切削循环指令：其输入格式如下：

G82X_Z_I_R_E_C_P_F_；

说明：无论是绝对值编程还是相对值编程，I_均表示螺纹起点B与螺纹终点C的半径差，其他参数的含义同直螺纹切削循环指令。

该指令执行图4-43所示的ABCDEA的轨迹动作。

例4-13 零件如图4-44所示，用G82指令编程，毛坯外形已加工完成。

解 运用螺纹切削固定循环指令G82编制图4-44所示零件的加工程序如下：

%3323(www.daowen.com)

N10 G55 G00 X35 Z104； 选定坐标系G55，到循环起点

N20 M03 S300； 主轴以300r/min速度正转

N30 G82 X29.2 Z18.5 C2 P180 F3； 第一次循环切螺纹，切深0.8mm

N40 X28.6 Z18.5 C2 P180 F3； 第二次循环切螺纹，切深0.4mm

N50 X28.2 Z18.5 C2 P180 F3； 第三次循环切螺纹，切深0.4mm

N60 X28.04 Z18.5 C2 P180 F3； 第四次循环切螺纹，切深0.16mm

N70 M30； 主轴停、主程序结束并复位

例4-14 内螺纹零件如图4-45所示，螺纹底孔ϕ22mm及1.5mm×45°倒角均已加工，材料45钢，试编制该螺纹的加工程序。

解 运用螺纹切削固定循环指令G82编制图4-45所示零件的加工程序如下：

%0002

N10 M03 S500； 主轴正转

N20 T0303； 换3号螺纹车刀

N30 G00 X20 Z4； 快进刀螺纹加工起点

N40 G82 X22.3 Z-32 F2； 车第1刀，切深0.9mm

N50 X22.9 Z-32； 第2刀，切深0.6 mm

N60 X23.5 Z-32； 第3刀，切深0.6mm

N70 X23.9Z-32； 第4刀，切深0.4mm

N80 X24 Z-32； 第5刀，切深0.1mm

N90 G00 X20； X轴方向退刀

N100 Z80； Z轴方向退刀

N110 X100； 回换刀点

N120 M30； 程序结束

（3）螺纹切削复合循环指令G76：

G76C（c）R（r）E（e）A（a）X（x）Z（z）I（i）K（k）U（d）V（Δd_min）Q（Δd）P（p）F（L）；

说明：

（1）螺纹切削复合循环G76执行如图4-46所示的ABCDA加工轨迹。

（2）c为模态值，表示精整次数（1～99）。

（3）r为模态值，表示螺纹Z轴方向退尾长度（00～99）。

（4）e为模态值，表示螺纹X轴方向退尾长度（00～99）。

（5）a为模态值，表示刀尖角度（即螺纹牙型角），可以在80°、60°、55°、30°、29°和0°六个角度中任选一个，一般为60°。

（6）x、z在绝对值编程时表示有效螺纹终点C的坐标，在相对值编程时，表示有效螺纹终点C相对于循环起点A的有向距离。

（7）i表示螺纹两端的半径差，若i=0，表示直螺纹（圆柱螺纹）切削方式。

（8）k表示螺纹高度，其数值由X轴方向上的半径值指定。

（9）Δd_min表示最小背吃刀量（半径值），当第n次背吃刀量（Δd-Δd）小于Δd_min时最小背吃刀量设定为Δd_min。

（10）d表示精加工余量（半径值）。

（11）Δd表示第一次背吃刀量（半径值）。

（12）p表示主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角。

（13）L表示螺纹导程，即主轴每转一周，刀具相对工件的进给量。

例4-15 车削如图4-47所示工件的M30mm×3.5mm螺纹。精加工2次，螺纹退尾长度为7mm，螺纹车刀刀尖角度60°，最小背吃刀量取0.1mm，精加工余量取0.3mm，螺纹牙型高度为2.3mm，第一次背吃刀量取0.6mm，螺纹小径为25.4mm，前端倒角2mm×45°。

解 运用切削复合循环指令G76编制图4-47所示零件螺纹的加工程序如下：

%0076

N10 G00 X80 Z50； 刀具定位

N20 M03 S800； 主轴正转

N30 T0101； 调用1号外圆车刀

N40 G00 X22 Z2； 快进至倒角起点

N50 G01 X30 Z-2 F100； 切倒角

N60 Z-40； 切ϕ30mm外圆

N70 X34； 切台阶面

N80 Z-55； 切ϕ34mm外圆

N90 G00 X80 Z50； 快进至换刀点

N100 T0202； 换2号螺纹刀

N110 G00 X45 Z10； 快进至螺纹循环切削起点

N120 G76 C2 R7 A60 X-24.6 Z-35 I0 K2.3 U0.3 V0.1 Q0.6 F3.5； 螺纹切削循环

N130 G00 X80 Z50； 快速退刀

N140 M30； 程序结束

5.4　任务实施

5.4.1　工艺分析

1.零件图分析 该零件加工面由端面、外圆柱面、倒角面、台阶面及螺纹组成。该零件螺纹M30×1.5-g6，尺寸精度要求较高，其中外圆柱面尺寸公差等级为IT12～IT13级，图中未注尺寸公差按IT12级处理。该零件加工面表面粗糙度Ra最高为3.2μm，其余为不加工表面。该零件所用材料LY12为高合金硬铝，硬度为105HB，属易切削金属材料。在加工时不宜选择过大的切削用量，切削过程中可不加冷却液。

2.加工方案的确定 由于该零件精度和表面质量要求不太高，因此可考虑采用以下加工方案：粗车、半精车加工外圆、切槽、车螺纹。

3.加工方案的确定 用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，外伸80mm，找正后装夹。

4.尺寸计算加工倒角时需要计算倒角延长线。计算方法如下：

（1）倒角延长线起点：已知Z=1，X=30-2×（2+1）=24。

（2）螺纹M30×1.5-g6：每次切削深度依次为0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.16 mm。

5.加工工序的确定 为了保证工件的精度，在加工时采用先粗后精的加工顺序。加工工序卡见表4-14。

表4-14 数控加工工序卡

续表

6.刀具的确定 见表4-15。

表4-15 数控加工刀具卡

5.4.2　编制加工程序

1.建立坐标系 以工件右端面与轴线的交点为编程原点建立工件坐标系。

2.参考程序 见表4-16。

表4-16 螺纹数控加工参考程序

续表