数控车床螺纹切削循环指令编程课件.ppt

项目11 数控车床螺纹切削循环指令编程,一、螺纹基础知识,1.常见螺纹类型（1）,（1）按照用途分类 螺纹按用途不同可分为联接螺纹和传动螺纹。,1.常见螺纹类型（2）,（2）按照牙型分类 按牙型不同分为三角形、圆形、矩形、梯形、锯齿形螺纹。（3）按照螺旋线旋向分类 按螺旋线方向不同分为右旋螺纹和左旋螺纹。（4）按照螺旋线数分类 按螺旋线数多少分为单线螺纹和多线螺纹。（5）按照母体形状分类 按母体形状不同分为圆柱螺纹和圆锥螺纹。,2.普通螺纹尺寸计算（1）,（1）螺纹的公称直径 就是大径的基本尺寸(D或d)。（2）原始三角形高度H 原始三角形高度H表达式为：,2.普通螺纹尺寸计算（2）,（3）中径（d2、D2）中径表达式为（4）削平高度 外螺纹牙顶和内螺纹牙底均在H/8处削平；外螺纹牙底和内螺纹牙顶均在H/4处削平。,2.普通螺纹尺寸计算（3）,（5）牙型高度h1 牙型高度表达式为:（6）外螺纹小径d1 外螺纹小径表达式为:（7）内螺纹小径D1 内螺纹小径的基本尺寸与外螺纹小径相同（D1=d1）。,3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算（1）,（1）螺纹公差等级 由于普通螺纹中径（D2、d2）是决定配合性质的主要尺寸，按照GB197-81普通螺纹 公差与配合（直径1355）规定，普通螺纹公差规定有内、外螺纹中径公差（TD2、Td2）、内螺纹小径公差（TD1）和外螺纹大径公差（Td）。内、外螺纹中径公差和顶径公差等级如表所示。,3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算（2）,螺纹公差等级,3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算（3）,各公差等级中3级最高，9级最低，6级为基本级。内螺纹小径公差值和外螺纹大径公差值可以依据螺纹螺距和公差等级的不同查表获得；内、外螺纹中径公差值可以依据螺纹公称直径大小和精度等级的不同查表获取（相关手册或国家标准包含有螺纹公差表）。,3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(4),（2）螺纹基本偏差 螺纹公差带位置是由基本偏差确定的，螺纹基本牙型是计算螺纹偏差的基准。内、外螺纹的公差带相对于基本牙型的位置，与圆柱体公差带位置一样，由基本偏差确定。对于外螺纹，基本偏差是上偏差（es）；对于内螺纹，基本偏差是下偏差（EI）。,3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(5),在普通螺纹标准中:对于内螺纹规定了代号为G、H的两种基本偏差；对于外螺纹规定了代号为e、f、g、h四种基本偏差，如图所示。,3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(6),内螺纹公差带,3.螺纹公差等级及尺寸偏差计算(7),外螺纹公差带,4.螺纹标记含义(1),（1）外螺纹标记 外螺纹标记如图所示。,4.螺纹标记含义(2),（2）内螺纹标记 内螺纹标记如图所示。,4.螺纹标记含义(3),（3）关于螺纹标记的几点说明：1）对于粗牙螺纹螺距，可以省略标注其螺距项，而细牙螺纹则必须标注；2）对于多线螺纹，采用“公称直径Ph导程P螺距”方式标注，或者在后面增加括号用英文进行说明，如两线为“two starts”，三线为“three starts”；,4.螺纹标记含义(4),（3）关于螺纹标记的几点说明：3）对于左旋螺纹，应在旋合长度之后标注“LH”代号，右旋螺纹不需要标注；4）对于螺纹旋合长度，分为三组，即短旋合长度（S）、中等旋合长度（N）和长旋合长度（L），一般采用中等旋合长度。,二、螺纹加工工艺设计,1.螺纹加工走刀路线设计（1）,（1）直进法螺纹加工 车削过程是在每次往复行程后车刀沿横向进刀，通过多次行程把螺纹车削好。这种加工方法由于刀具两侧刃同时工作，切削力较大，但排屑困难，容易产生扎刀现象，但牙型正确，一般用于车削螺距小于3的螺纹。,1.螺纹加工走刀路线设计（2）,1.螺纹加工走刀路线设计（3）,（2）斜进式螺纹加工 刀具沿着螺纹一侧顺次进刀。这种加工方法适合于大螺距螺纹加工，在螺纹精度要求不是很高的情况下加工更为方便，可以做到一次成型。在加工较高精度螺纹时，可以先采用斜进法粗加工，然后用直进法进行精加工。但要注意刀具起始点定位要准确，否则会产生“乱牙”现象，造成零件报废。,1.螺纹加工走刀路线设计（4）,2.螺纹加工切削用量的选用（5）,（1）主轴转速 螺纹加工时主轴转速可用下面经验公式进行计算：P工件螺距K保险系数，一般取80如果数控系统能够支持高速螺纹加工，则可采用高档螺纹加工刀具，主轴转速按照线速度200m/min选取；而经济性数控车床如果采用高主轴转速加工螺纹则会出现乱牙现象。,2.螺纹加工切削用量的选用（6）,（2）进给速度 螺纹加工时数控车床主轴转速和工作台纵向进给量存在严格数量关系，即主轴旋转1转，工作台移动一个待加工工件螺纹导程距离。因此在加工程序中只要给出主轴转速和螺纹导程，数控系统会自动运算并控制工作台纵向移动速度。,2.螺纹加工切削用量的选用（7）,（3）背吃刀量 如果螺纹牙型较深、螺距较大，则可采用分次进给方式进行加工。每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配。常用螺纹加工切削次数与背吃刀量数值如表所示。,2.螺纹加工切削用量的选用（8）,3.车削螺纹前圆柱体（孔）预加工尺寸控制（1）,（1）外螺纹加工前圆柱体直径尺寸控制 车削螺纹时因工件材料受车刀挤压影响使螺纹大径变大，因此车削螺纹前大径尺寸应控制在比基本尺寸小0.20.4；如果是用板牙套不大于M16的螺纹，同样是考虑加工变形的原因，螺纹大径应车到螺纹大径下偏差。,3.车削螺纹前圆柱体（孔）预加工尺寸控制（2）,（2）内螺纹加工前圆柱体直径尺寸控制 在车床上用丝锥攻内螺纹前，应先进行钻孔，孔口倒角要大于内螺纹大径尺寸，攻螺纹前钻底孔使用钻头直径依据工件材料和导程不同分别采用下面公式进行计算。,3.车削螺纹前圆柱体（孔）预加工尺寸控制（3）,P螺纹螺距 dz攻螺纹前钻头直径 d螺纹公称直径,4螺纹车刀的安装与找正（1）,车螺纹时，为了保证牙型正确，对装刀提出了较严格的要求。装刀时刀尖高低应对准工件轴线，并且车刀刀尖角的中心线必须与工件轴线严格保持垂直，这样车出的螺纹，其两牙型半角才会相等；如果把车刀装歪，就会产生牙型歪斜，如图所示。,4螺纹车刀的安装与找正（2）,4螺纹车刀的安装与找正（3）,为了保证装刀要求，在装夹外螺纹车刀时常采用角度样板找正螺纹刀尖角度，如图所示，将样板靠在工件直径最大的素线上，以此为基准调整刀具角度。,4螺纹车刀的安装与找正（4）,4螺纹车刀的安装与找正（5）,5螺纹车削刀具切入与切出行程的确定（1）,在数控车床上加工螺纹时,会在螺纹起始段和停止段发生螺距不规则现象，所以实际加工螺纹的长度W应包括切入和切出的空行程量，如图所示。L1为切入空刀行程量，一般取25mm；L2为切出空刀行程量，一般取23mm。,5螺纹车削刀具切入与切出行程的确定（2）,三、单行程螺纹切削指令编程（G32）,1指令格式（1）,1指令格式（2）,G32 X（U）Z（W）F；X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标，切削圆柱螺纹时，X（U）可省略；F为螺纹导程，单位。对于锥螺纹，角在45以下时，螺纹导程以Z轴方向指定；角在4590时螺纹导程以X轴方向指定。,2刀具走刀路线分析,刀具从A点出发以每转一个螺纹导程的速度切削至B点，其切削前的进刀和切削后的退刀都要通过其它的程序段来实现。,3指令应用说明（1）,1）在车螺纹期间进给速度倍率、主轴速度倍率均无效，始终固定在100。2）车螺纹期间不要使用恒表面切削速度控制，而要使用G97指令指定主轴转速。3）车螺纹时，必须设置螺纹加工升速段Ll和降速段L2，这样可避免因车刀升、降速而影响螺距的稳定。,3指令应用说明（2）,4）螺纹加工时如果牙型深度较深、螺距较大，应该分次进给，每次进给的背吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配。5）受机床结构及数控系统的影响，车螺纹时主轴的转速有一定的限制。,4编程举例（1）,【示例2-29】编写如图所示工件加工程序，工件毛坯尺寸为32。,4编程举例（2）,零件加工有外圆柱面的粗、精加工，径向槽的切削加工和螺纹加工。加工时采用外圆端面车刀（T0101）、切槽刀（T0202，刀具宽度3）和普通螺纹切削刀具（T0303）三种刀具。加工前应该计算螺纹的大径和小径尺寸，以控制粗加工的加工次数和每次背吃刀量。,4编程举例（3）,1）考虑螺纹加工时的挤压变形，螺纹加工前外圆直径应为：d=30-0.2=29.8。2）螺纹底径尺寸计算：3）根据着两个尺寸进行走刀次数和背吃刀量分布：共进行五次螺纹切削，每次切削深度分别为0.9、0.6、0.6、0.065。,4编程举例（4）,O2028 T0101;（外圆表面加工）G98 M03 S400;G00 X35.0 Z2.0;G71 U1.0 R0.5;G71 P10 Q20 U0.5 W0.1 F80.0;N10 G00 X21.8;G01 G42 X29.8 Z-2.0 F40.0;Z-30.0;N20 X35.0;S800;G70 P10 Q20;G00 G40 X100.0 Z50.0;T0202;（退刀槽加工）G00 X33.0 Z-28.0;G75 R0.5;G75 X26.0 Z-30.0 P1000 Q2000F20.0;,4编程举例（5）,G00 X100.0 Z50.0;M05;T0303;（螺纹加工）M03 S600;G00 X29.1 Z5.0;G32 Z-28.0 F2.0;G00 X31.0;Z5.0;X28.5;G32 Z-28.0 F2.0;G00 X31.0;Z5.0;X27.9;G32 Z-28.0 F2.0;G00 X31.0;Z5.0;X27.835;G32 Z-28.0 F2.0;G00 X100.0;Z50.0;M05;M30;,四、螺纹切削单一固定循环指令编程（G92）,1指令格式（1）,1指令格式（2）,车削加工圆柱螺纹时，指令格式为：G92 X（U）Z（W）F；X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标；F为螺纹导程，单位。,1指令格式（3）,1指令格式（4）,车削加工圆锥螺纹时，指令格式为：G92 X（U）Z（W）R F；X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标；R为圆锥螺纹起点、终点的半径差值，当起点尺寸小于终点尺寸时，R为负值；F为螺纹导程，单位。,2刀具走刀路线分析,G92指令的走刀路线与G90指令相似，运动轨迹也是一个矩形。刀具从循环起点A沿X方向快速移动至B点，然后以“导程/转”的进给速度沿Z向切削进给至C点，再从X向快速退刀至D点，最后返回到循环起点A，完成一个螺纹加工循环动作。为了完成整个螺纹加工，需要经过粗加工、精加工多次循环。,3指令应用说明（1）,1）在螺纹切削过程中，按下循环暂停键时，刀具立即按斜线回退，先回到X轴起点，再回到Z轴起点。在回退过程中，不能进行另外的暂停。2）如果在单段方式下执行G92循环，则每执行一次循环必须按4次循环启动按钮。3）G92指令是模态指令，当Z轴移动量没有变化时，只需对X轴指定其移动指令即可重复执行固定循环动作。,3指令应用说明（2）,4）在G92指令执行过程中，进给速度倍率和主轴速度倍率均无效。5）执行G92循环指令时，在螺纹切削的收尾处，刀具沿接近45的方向斜向退刀，Z向退刀距离由系统参数设定。,4编程举例（1）,【示例2-30】编写如图所示工件加工程序，工件毛坯尺寸为32。,4编程举例（2）,零件形状比较简单，工件毛坯尺寸为32。零件加工工艺路线设计为：工件外圆表面的粗加工与精加工并倒角；螺纹退刀槽加工；螺纹的粗加工与精加工。所采用的刀具有外圆端面车刀（T0101）、切槽刀（T0202，刀宽3）以及60螺纹车刀（T0303）。,4编程举例（3）,螺纹加工前，外圆柱表面应加工至尺寸19.8，螺纹底径应为：据此确定螺纹精加工所达到尺寸及螺纹切削走刀次数。螺纹每次走刀背吃刀量及对应工件直径如表所示：,4编程举例（4）,4编程举例（5）,O2029 T0101;（圆柱外表面加工）G98 M03 S400;G00 X32.0 Z2.0;G71 U1.0 R0.5;G71 P10 Q20 U0.5 W0.1 F80.0;N10 G00 G42 X11.8;G01 X19.8 Z-2.0 F40.0;Z-25.0;N20 X32.0;S800;G70 P10 Q20;G00 G40 X100.0 Z50.0;T0202 S400;（退刀槽加工）G00 X31.0 Z-23.0;G75 R0.5;G75 X16.0 Z-25.0 P1000 Q2000 F20.0;M05;G00 X100.0 Z50.0;,4编程举例（6）,T0303;（螺纹加工）M03 S600;G00 X22.0 Z2.0;G92 X19.2 Z-24.0 F1.5;X18.6;X18.376;G00 X100.0 Z50.0;M05;M30;,五、螺纹切削复合循环指令编程（G76）,1指令格式（1）,1指令格式（2）,G76 P（m）（r）（a）Q（dmin）R（d）；G76 X（u）Z（w）R（i）P（k）Q（d）F；m精加工重复次数（取值范围：0199）；r倒角量，即螺纹切削退尾处(45方向退刀)的Z向退刀距离。当螺距由P表示时，可以从0.1P到9.9P设定，单位为0.1P（表达时用两位数表达：00到99）；a刀尖角度，可以选择的刀尖角度有：80、60、55、30、29和0，由两位数规定。如当m=2，r=1.2P，a=60时，则表达为P021260；dmin最小切深（该值用不带小数点的半径值表示），当一次循环运行的切深小于此值时，切深箝在此值处；,1指令格式（3）,G76 P（m）（r）（a）Q（dmin）R（d）；G76 X（u）Z（w）R（i）P（k）Q（d）F；d精加工余量（该值用不带小数点的半径值表示）；X（u）、Z（w）螺纹终点坐标值；i锥螺纹起点与终点的半径差，i为零时表示加工圆柱螺纹；k螺纹牙型高度（该值用不带小数点的半径值表示），始终为正值；d第一刀切削深度（该值用不带小数点的半径值表示），始终为正值；F进给速度。,2刀具走刀路线分析（1）,加工圆柱外螺纹时，刀具从循环起点A出发，以G00方式沿X向进给至螺纹牙顶X坐标处（即B点，该点的X坐标值小径+2k），然后沿基本牙型一侧平行的方向进给，X向切深为d；再以螺纹切削方式切削至离Z向终点距离为r处，倒角退刀至D点，再沿X向退刀至E点，最后返回A点，准备第二刀切削循环。如此分多刀切削循环，直至循环结束。,2刀具走刀路线分析（2）,2刀具走刀路线分析（3）,执行螺纹切削复合循环指令加工时，采用斜进式进刀。第一刀切削循环时，背吃刀量为d；第二刀的背吃刀量为：第n刀的背吃刀量为：执行G76循环的背吃刀量是逐步递减的。,3指令应用说明,1）G76可以在MDI方式下使用。2）在执行G76循环时，如按下循环暂停键，则刀具在螺纹切削后的程序段暂停。3）G76指令为非模态指令，所以必须每次指定。4）在执行G76时，如要进行手动操作，刀具应返回到循环操作停止的位置。如果没有返回到循环停止位置就重新启动循环操作，手动操作的位移将叠加在该条程序段停止时的位置上，刀具轨迹就多移动了一个手动操作的位移量。,4编程举例（1）,【示例2-32】加工如图所示工件。对于螺纹部分，取精加工次数为3次，由于有退刀槽，螺纹收尾长度为0，螺纹车刀刀尖角度为60，最小背吃刀量取0.1，精加工余量取0.3，螺纹牙型高度为1.624，第一次吃刀量半径值取0.5，通过计算螺纹小径为16.75。毛坯尺寸为4080（），对零件进行工艺设计并编制加工程序。,4编程举例（2）,零件加工工艺路线分析：对零件进行端面、外圆表面粗、精加工并倒角至图纸尺寸；螺纹退刀槽加工；M202.5螺纹粗、精加工；工件切断并保证全长。,4编程举例（3）,零件加工所使用刀具有：外圆端面车刀（T0101）切槽切断刀（T0202，刀宽3）60螺纹车刀。,4编程举例（3）,O2031 T0101;（外圆表面加工）G98 M03 S400;G00 X42.0 Z2.0;G71 U2.0 R0.5;G71 P10 Q20 U0.5 W0.1 F80.0;N10 G00 G42 X12.0;G01 X20.0 Z-2.0 F40.0;Z-30.0;X29.0;G03 X39.0 Z-35.0 R5.0;N20 G01 Z-55.0;S800;G70 P10 Q20;G40 G00 X100.0 Z50.0;,4编程举例（4）,T0202;（退刀槽加工）S400;G00 X22.0 Z-19.0;G75 R0.5;G75 X16.0 Z-20.0 P1000 Q1000 F20.0;G00 X100.0 Z50.0;T0303;（螺纹加工）G00 X22.0 Z2.0;G76 P020060 Q100 R300;G76 X16.75 Z-18.0 P1624 Q500 F2.5;G00 X100.0 Z50.0;T0202;（工件切断）S200;G00 X40.0 Z-53.0;G01 X2.0 F20.0;X40.0;G00 X100.0 Z50.0;M05;M30;,六、综合编程示例,1.综合编程示例（1）,1.综合编程示例（2）,【示例2-33】零件图如图所示，毛坯棒料尺寸为5085，毛坯材料为45钢，对该零件加工进行工艺设计并编写数控加工程序。,1.综合编程示例（3）,（1）零件结构工艺性分析 该零件为轴类零件，外表面为阶梯轴，并有梯形螺纹要素；内表面有普通螺纹要素。为了方便内、外螺纹加工，设计有螺纹退刀槽结构。工件左端为外圆柱体，并有长度尺寸精度要求，内螺纹M24螺距为2，中径和顶径精度等级均为7级，螺纹基本偏差为H。工件右端有圆柱体、，Tr36梯形螺纹螺距为3，中径和顶径精度等级均为7级，螺纹基本偏差为e，梯形螺纹左端有直径为28的宽槽。除了内、外螺纹退刀槽处表面粗糙度为Ra6.3m外，其余所有加工面的表面粗糙度均为Ra3.2m。图纸上标注有垂直度要求和同轴度要求，无热处理和硬度要求。,1.综合编程示例（4）,（2）机床选择 可选择通用卧式数控车床，如选用济南第一机床厂生产卧式数控车床，配置FANUC 0i Mate数控系统。（3）毛坯选择 选择5085圆柱棒料，材料为45钢。（4）工件装夹方式确定 先选用三爪卡盘夹持棒料，加工出工件左端内、外圆柱面形状，然后工件掉头，用软卡爪夹持工件已加工表面并加工出工件右端形状。,1.综合编程示例（5）,（5）刀具选择,1.综合编程示例（6）,（6）零件加工工艺路线设计 用外圆表面粗、精车循环指令G71、G70指令粗、精加工工件左阶梯圆柱表面；用G90指令进行工件内孔预加工；用G75指令进行内沟槽加工；用G76指令进行工件内螺纹加工；工件掉头，用G94指令加工工件端面并保证工件全长；用G71、G70指令进行工件右端外圆柱表面粗、精加工；用G75指令进行梯形螺纹退刀槽加工；用G76指令进行梯形螺纹加工。,1.综合编程示例（7）,（7）切削用量选择 各种加工切削用量的选择如工序卡所示。,1.综合编程示例（8）,1.综合编程示例（9）,1.综合编程示例（10）,（8）主要尺寸计算1）内螺纹尺寸M242-7H尺寸计算：螺纹小径名义尺寸为：小径的基本偏差为下偏差，值为0；查表得小径的公差值为0.475，所以小径的尺寸及偏差为，据此按照中间值确定小径的加工尺寸为22.073。内螺纹的牙型高度为1.299。,1.综合编程示例（11）,（8）主要尺寸计算2）梯形螺纹Tr363-7e尺寸计算：图中梯形螺纹为外螺纹，大径名义尺寸为，大径的基本偏差为上偏差es，查表得,大径公差值为 m，所以大径的尺寸及偏差为，加工时取中间值，大径加工尺寸为35.67。梯形螺纹的牙型高度为：梯形螺纹小径尺寸为：,1.综合编程示例（12）,O2032(工件左端加工)T0101;(外圆柱表面加工)G98 M03 S600;G00 X52.0 Z2.0;G71 U1.5 R0.5;G71 P10 Q20 U0.5 W0.1 F100.0;N10 G00 G42 X33.98;G01 X39.98 Z-1.0 F60.0;Z-20.05;N20 X52.0;S1000;G70 P10 Q20;G00 G40 X100.0 Z50.0；T0202;(螺纹顶径加工)M03 S800;G00 X19.0 Z2.0;G90 X21.7 Z-22.0 F50.0;X22.07;G00 X100.0 Z80.0;T0303;(内沟槽加工)M03 S400;G00 X21.0 Z2.0;Z-19.0;G75 R0.5;G75 X25.0 Z-21.0 P1500 Q2000 F50.0;G00 Z2.0;G00 X100.0 Z50.0;T0404;(内螺纹加工)M03 S500;G00 X21.0 Z2.0;G76 P020060 Q100 R200;G76 X24.0 Z-19.0 P1299 Q450 F2.0;G00 X100.0 Z50.0;M05;M30;,1.综合编程示例（13）,O2033(工件右端加工)T0101;(端面及外圆柱表面加工)G98 M03 S600;G00 X52.0 Z7.0;G94 X-1.0 Z3.0 F100.0;Z1.0;Z0.0;G00 Z2.0;G71 U2.0 R0.5;G71 P10 Q20 U0.5 W0.1 F100;N10 G00 G42 X21.989;G01 X27.989 Z-1.0 F60.0;Z-10.0;X35.67 Z-12.27;Z-50.0;X47.978;N20 Z-65.0;S1000;G70 P10 Q20;G00 G40 X100.0 Z50.0;T0202;(外螺纹退刀槽加工)M03 S400;G00 X38.0 Z-43.0;G75 R0.5;G75 X28.0 Z-50.0 P1500 Q1750 F50.0;G00 X35.67 Z-37.7;G01 X28.0 Z-40.0;Z-50.0;X50.0;G00 X100.0 Z50.0;T0303;(梯形螺纹加工)M03 S500;G00 X38.0 Z-8.0;G76 P020030 Q100 R200;G76 X32.5 Z-44.0 P1750 Q500 F3.0;G00 X100.0 Z50.0;M05;M30;,END!,