数控(2)

2. 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M24×1.5、M27×2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。

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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①：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②：加工螺纹——轴向螺纹加工(进给率等于螺距)。

运动③：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④：快速（G00方式）返回至起始位置。 （1） 螺纹切削起始位置

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螺纹切削起始位置，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3～4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轴间隙，惟一的补救办法就是降低主轴转速(r／min)——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：

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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=0.61343P≈0.6P 走刀次数=2.8P+4；

最大切深?牙高走刀次数

最小切深?最大切深走刀次数

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：

车外螺纹前外圆直径=公称直径D－0.1P； 车削塑性金属的内螺纹底孔直径≈公称直径d—P 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

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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3mm／r。

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500r／min。那么如果加工导程为3mm的螺纹，其进给速度计算如下：

F＝700r／min×3mm／r＝2100mm／min

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指令,编写图2.5所示工件的螺纹加工程序。

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