數(shù)控技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-螺紋軸的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì).doc

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1、1 許許昌昌職業(yè)職業(yè)技技術(shù)術(shù)學(xué)院學(xué)院 畢畢 業(yè)業(yè) 論論文文 姓 名： 學(xué) 號(hào)： ： 專 業(yè)：數(shù)控技數(shù)控技術(shù)術(shù)與與應(yīng)應(yīng)用用 論文題目：螺螺紋軸紋軸的數(shù)控加工工的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)藝設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 職 稱：講師講師 2011 年年 4 月月 25 日日 2 目 錄 1. 螺紋簡述和工藝分析與設(shè)計(jì).4 1.1 螺紋的簡述 4 1.2 數(shù)控加工工藝分析與設(shè)計(jì) 4 2. 螺紋軸車削加工工藝及編程.6 2.1 螺紋加工概念及加工工藝 6 2.2 G32 螺紋切削指令應(yīng)用10 2.3 螺紋切削單一固定循環(huán) G9213 2.4 螺紋切削復(fù)合循環(huán) G7614 2.5 內(nèi)螺紋切削編程示例 .16 3. 典型軸類零

2、件（螺紋軸）的數(shù)控加工工藝分析18 3.1 零件圖工藝分析 .18 3.2 選擇設(shè)備 .19 3.3 確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式 .19 3.4 刀具選擇 .19 3.5 確定加工順序及進(jìn)給路線 .19 3.6 切削用量選擇 .20 4 結(jié)果分析 . 2222 4.1 零件的精度與尺寸檢驗(yàn)22 4.2 產(chǎn)生誤差的主要因素22 5 軸類零件（螺紋軸）加工過程中幾點(diǎn)說明 .23 結(jié) 論.24 參考文獻(xiàn).25 致謝.26 3 螺紋軸的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)螺紋軸的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 摘摘 要要 數(shù)控車削加工方案的擬訂是制訂車削工藝規(guī)程的重要內(nèi)容之一，本設(shè)計(jì)是根據(jù)數(shù) 控車削加工的工藝方法，安排工序的先后順序

3、，確定刀具的選擇和切削用量的選擇等 設(shè)計(jì)的。根據(jù)設(shè)計(jì)思想總結(jié)了數(shù)控車削加工工藝的一些綜合性的工藝原則，結(jié)合螺紋 軸的設(shè)計(jì)加工，提出設(shè)計(jì)方案，并對(duì)比分析。 數(shù)控加工中經(jīng)常遇到螺紋軸的加工，在對(duì)某螺紋軸零件進(jìn)行加工工藝分析的基礎(chǔ) 上，編寫了數(shù)控加工程序，檢驗(yàn)數(shù)控編程及各種工藝的正確性，為該類零件的數(shù)控加 工提供了很有意義的參考。 關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 數(shù)控車削加工工藝 螺紋加工 零件圖的工藝分析 4 1.1.螺紋簡述和工藝分析與設(shè)計(jì)螺紋簡述和工藝分析與設(shè)計(jì) 1.11.1 螺紋的簡述螺紋的簡述 在圓柱或圓錐母體表面上制出的螺旋線形的、具有特定截面的連續(xù)凸起部分。 螺紋按其母體形狀分為圓柱螺紋和圓錐螺紋；

4、按其在母體所處位置分為外螺紋、內(nèi) 螺紋，按其截面形狀（牙型）分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺 紋及其他特殊形狀螺紋，三角形螺紋主要用于聯(lián)接，矩形、梯形和鋸齒形螺紋主要 用于傳動(dòng)；按螺旋線方向分為 左旋螺紋和右旋螺紋，一般用右旋螺紋；按螺旋線 的數(shù)量分為單線螺紋、雙線螺紋及多線螺紋；聯(lián)接用的多為單線，傳動(dòng)用的采用雙 線或多線；按牙的大小分為粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋等，按使用場合和功能不同，可分 為緊固螺紋、管螺紋、傳動(dòng)螺紋、專用螺紋等 。 1.21.2 數(shù)控加工工藝分析與設(shè)計(jì)數(shù)控加工工藝分析與設(shè)計(jì) 零件結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計(jì)的零件在能滿足使用要求的前提下，制造的可行性和 經(jīng)濟(jì)性。良好的結(jié)構(gòu)工

5、藝性，可以使零件加工容易，節(jié)省工時(shí)和材料。而較差的零件 零件工藝性，會(huì)使加工困難，浪費(fèi)工時(shí)和材料，有時(shí)甚至無法加工。因此，零件各加 工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。 分析零件，技術(shù)要求包括 5 個(gè)方面： （1）加工表面的尺寸精度，該零件圖的表面尺寸精度要求較高； （2）主要加工表面的形狀精度，該零件主要加工的形狀為外圓弧表面； （3）主要加工表面的相互位置精度； （4）加工表面的粗糙度和機(jī)械物理性能； （5）熱處理及其它要求。 該零件有端面、外圓、倒角、圓弧、螺紋、退刀槽等，故為典型軸零件，最適合 數(shù)控車床加工，選擇 FANUNC 的 Oi 系列機(jī)床。 5 （1）確定工件的加工部位和具

6、體內(nèi)容 確定被加工工件需在本機(jī)床上完成的工序內(nèi)容及其與前后工序聯(lián)系。 工件在本工序加工之前的情況。例如鑄件、鍛件或棒料、形狀、尺寸、加工余 量等。 前道工序已加工部位的形狀、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基準(zhǔn)面、基 準(zhǔn)孔等。 本工序要加工的部位和具體內(nèi)容。 （2）確定工件的裝夾方式 根據(jù)已確定的工件加工部位、定位基準(zhǔn)和夾緊要求，選用或設(shè)計(jì)夾具。數(shù)控車床 多采用三爪自定心卡盤夾持工件；軸類工件還可以采用尾座頂尖支持工件。由于數(shù)控 車床主軸轉(zhuǎn)速極高，為便于工件夾緊，多采用液壓高速動(dòng)力卡盤，因它在生產(chǎn)廠已通 過了嚴(yán)格的平衡，具有高轉(zhuǎn)速（極限轉(zhuǎn)速可達(dá) 40006000 r/min） 、高夾緊力（最大

7、推 拉力為 20008000 N） 、高精度、調(diào)爪方便、通孔、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。還可使用軟爪 夾持工件，軟爪弧面由操作者隨機(jī)配制，可獲得理想的夾持精度。通過調(diào)整油缸壓力， 可改變卡盤夾緊力，以滿足夾緊各種薄壁和易變形工件的特殊需要。為減少細(xì)長軸加 工時(shí)受力變形，提高加工精度，以及在加工帶孔軸類工件內(nèi)孔時(shí)，可采用液壓自動(dòng)定 心中心架，定心精度可達(dá) 0.03 mm。 由于螺紋軸是一個(gè)普通軸類零件，所以采用三爪卡盤進(jìn)行定位裝夾。加工時(shí)以右 端面為定位基準(zhǔn)，取工件的左端面中心為工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。 （3）走刀路線的確定標(biāo)準(zhǔn) 走刀路線就是刀具在整個(gè)加工工序中的運(yùn)動(dòng)軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，也 反映出工

8、步順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。確定走刀路線時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 尋求最短加工路線； 最終輪廓一次走刀完成； 選擇切入切出方向； 6 2.2. 螺紋軸車削加工工藝及編程螺紋軸車削加工工藝及編程 2.12.1 螺紋加工概念及加工工藝螺紋加工概念及加工工藝 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(yùn)動(dòng)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(zhì)量的螺紋，本章主要用 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(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主軸旋轉(zhuǎn)同步，加工特殊形狀螺旋槽 的過程。螺紋形狀主要由切削刀

9、具的形狀和安裝位置決定。螺紋導(dǎo)程由刀具進(jìn)給量決 定。如圖 2.1 所示的螺紋車削加工。 圖 2.1 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(xì)牙普通螺紋。粗牙普通螺紋的螺距是標(biāo)準(zhǔn)螺距，其代號(hào)用字母 “M”及公稱直徑表示，如 M16、M12 等。細(xì)牙普通螺紋代號(hào)用字母“M”及公稱直徑 螺距表示，如 M241.5、M272 等。 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(jī)夾式螺紋車刀如圖 2.2 所示，分為外螺紋車刀和內(nèi)螺紋車刀兩種。可轉(zhuǎn)位螺紋 車刀是弱支撐，

10、剛度與強(qiáng)度均較差。 7 圖 2.2 車削螺紋加工 裝夾外螺紋車刀時(shí)，刀尖應(yīng)與主軸線等高 (可根據(jù)尾座頂尖高度檢查)。車刀刀尖 角的對(duì)稱中心線必須與工件軸線垂直，裝刀時(shí)可用樣板來對(duì)刀。 一個(gè)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(yù)期的短得多。為實(shí)現(xiàn)多次切削的目的，機(jī)床主軸必需恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，且 必須與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(dāng)?shù)穆菁y尺寸、形狀、表面質(zhì)量和公 差，并得到合格的螺紋。 圖 2.3 螺紋加工路線 如圖 2.3，編程中，每次螺紋加工走刀至少有 4 次基本運(yùn)動(dòng)(直螺

11、紋)。 運(yùn)動(dòng)：將刀具從起始位置 X 向快速（G00 方式）移動(dòng)至螺紋計(jì)劃切削深度處。 運(yùn)動(dòng)：加工螺紋軸向螺紋加工(進(jìn)給率等于螺距)。 運(yùn)動(dòng)：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(yùn)動(dòng)：快速（G00 方式）返回至起始位置。 （1） 螺紋切削起始位置 8 螺紋切削起始位置，既是螺紋加工的起點(diǎn)，又是最終返回點(diǎn)，必須定義在工件外， 但又必須靠近它。X 軸方向每側(cè)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(dá)到 100編程進(jìn)給率。由于螺紋加工的進(jìn)給量等于螺紋導(dǎo)程，所以需要一定的時(shí)間達(dá)到

12、編 程進(jìn)給率。如同汽車在達(dá)到正常行駛速度以前需要時(shí)間來加速一樣，螺紋刀在接觸材 料前也必須達(dá)到指定的進(jìn)給率，確定前端安全間隙量時(shí)必須考慮加速的影響，故必須 設(shè)置合理的導(dǎo)入距離。導(dǎo)入距離一般為螺紋導(dǎo)程長度的 34 倍。同理，螺紋切削結(jié)束 前，存在減速問題，故必須合理設(shè)置的導(dǎo)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(bǔ)救辦法就是降 低主軸轉(zhuǎn)速(rmin)不要降低進(jìn)給率。 （2） 從螺紋退刀 為了避免損壞螺紋，刀具沿 Z 軸運(yùn)動(dòng)到螺紋末端時(shí)，必須立即離開工件，退刀運(yùn) 動(dòng)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(shí)運(yùn)動(dòng))，如圖

13、2.4 所示。 （a)直線退出 (b)斜線退出 圖 2.4 螺紋退刀 通常如果刀具在比較開闊的地方結(jié)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(diǎn)位置一般選在退刀槽的中點(diǎn)，使用快速運(yùn)動(dòng) G00 指令編寫直 線退出動(dòng)作，如： N63 G32 Z-20 F2 （螺紋加工程序） N64 G00 X50 如果刀具結(jié)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(yùn)動(dòng)可以 加工出更高質(zhì)量的螺紋，也能延長螺紋刀片的使用壽命。斜線退出時(shí)，螺紋加工 G 代 碼和進(jìn)給率必須有效。退出的長度通常為導(dǎo)程，推薦使用的角度為 45，退出程序如 9 下： N63 G32 Z-20 F2；（螺紋加

14、工程序） N64 U4 W2； (斜線退出，螺紋加工狀態(tài)) N65 G00 X50； (快速退出) （3）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(duì)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(jì)算并不需要復(fù)雜的公式,但需要一些常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。螺紋加工循環(huán) 在控制系統(tǒng)中建立了自動(dòng)計(jì)算切削深度的算法，手動(dòng)計(jì)算的邏

15、輯是一樣的。有關(guān)螺紋 加工的一些數(shù)值可由下面列出經(jīng)驗(yàn)計(jì)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(shù)=2.8P+4； 走刀次數(shù) 牙高 最大切深 刀刀刀刀 刀刀刀刀 刀刀刀刀 式中：P 為螺紋導(dǎo)程，單線螺紋導(dǎo)程與螺距相同 車三角形外螺紋時(shí)，由于受車刀擠壓會(huì)使螺紋大徑尺寸脹大，所以車螺紋前大徑 一般應(yīng)車得比基本尺寸小約 0.1P。車削三角形內(nèi)螺紋時(shí)，內(nèi)孔直徑會(huì)縮小，所以車削 內(nèi)螺紋前的孔徑要比內(nèi)螺紋小徑略大些，可采用下列近似公式計(jì)算： 車外螺紋前外圓直徑=公稱直徑 D0.1P； 車削塑性金屬的內(nèi)螺紋底孔直徑公稱直徑 dP 車削脆性金屬的內(nèi)螺紋底孔直徑公稱直

16、徑 d 一 1.05P （4）主軸轉(zhuǎn)速以及進(jìn)給率 10 螺紋加工時(shí)將以特定的進(jìn)給量切削，進(jìn)給量與螺紋導(dǎo)程相同，CNC 在螺紋加工模式 下控制主軸轉(zhuǎn)速與螺紋加工進(jìn)給同步運(yùn)行。螺紋加工是典型高進(jìn)給率加工，比如加工 導(dǎo)程為 3 mm 的螺紋，進(jìn)給量則是 3mmr。 螺紋加工的主軸轉(zhuǎn)速直接使用恒定轉(zhuǎn)速（r/min）編程，而絕不是恒線速度(CSS)， 這就意味著準(zhǔn)備功能 G97 必須與地址字 S 一起使用來指定每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，例如“G97 S500 M03” ，表示主軸轉(zhuǎn)速為 500rmin。那么如果加工導(dǎo)程為 3mm 的螺紋，其進(jìn)給速 度計(jì)算如下： F700rmin3mmr2100mmmin 為保證正

17、確加工螺紋,在螺紋切削過程中，主軸速度倍率功能失效,進(jìn)給速度倍率 無效。 2.22.2 G32G32 螺紋切削指令應(yīng)用螺紋切削指令應(yīng)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(yùn)動(dòng)期間，控制系統(tǒng) 自動(dòng)使進(jìn)給率倍率無效。 2.2.12.2.1 G32G32 螺紋切削指令螺紋切削指令 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(diǎn)坐標(biāo)； F為直線螺紋的導(dǎo)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(shù)點(diǎn)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(shí)該值為 0； 2

18、.2.22.2.2 G32G32 螺紋切削編程實(shí)例螺紋切削編程實(shí)例 試用 G32 指令,編寫圖 2.5 所示工件的螺紋加工程序。 11 圖 2.5 螺紋加工工件 （1）相關(guān)工藝 設(shè)計(jì)螺紋切削導(dǎo)入距離 6mm；刀具退出的方式為 45斜線，長度為導(dǎo)程 1.5mm。如 圖 2.6（a）所示。 圖 2.6 示例工件螺紋加工相關(guān)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)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

19、深度，最后精加工切深 0.045mm.。分層切削染余量分配如圖 2.6（b）所示。 擬定主軸轉(zhuǎn)速使用恒定轉(zhuǎn)速 500r/min, 進(jìn)給量則是導(dǎo)程 1.5mmr。 （2） 螺紋加工程序 編寫螺紋加工程序 O2001 如下： O2001 G21 G99 12 T0404 (調(diào)用第 4 號(hào)外螺紋刀具) G97S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ；(起始點(diǎn), 導(dǎo)人距離 5 mm) N21 G00 X23.21 ； （刀具從起始位置 X 向快速移動(dòng)至螺紋計(jì)劃切削深度處） N22 G32 Z-21 F1.5 ； （軸向螺紋加工，進(jìn)給率等于螺距)。 N23 U4 W-2 ； （刀具退出的

20、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） 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 X22.01 N41 G32 Z-21 F1.5； N42 U4 W-2； N43 G00 X30； N44 Z6 (N40N44 完成螺紋的最后切削) G00 X100 Z100

21、 M09 M05 N41 M30 (程序結(jié)束) 13 2.32.3 螺紋切削單一固定循環(huán)螺紋切削單一固定循環(huán) G92G92 （1）單一循環(huán)螺紋加工指令 G92 簡介 由程序 O2001 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(gè)程序段，多次分層切削程序中包含大量重復(fù)的信息。FANUC 系統(tǒng)可用 G92 指令的 一個(gè)程序段代替每一層螺紋切削的五個(gè)程序段，可避免重復(fù)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 2.7，G92 螺紋加工程序段在加工過程中， 刀具運(yùn)動(dòng)軌跡為： 圖 2.7 G92 螺紋切削路線 首先：刀具沿 X 軸進(jìn)刀至螺紋計(jì)劃切削深度

22、 X 坐標(biāo)；第二步：沿 Z 軸切削螺紋； 第三步：啟動(dòng) 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(biāo)；第 四步沿 Z 軸退刀至 Z 初始坐標(biāo)。 在 G92 程序段里，須給出每一層切削動(dòng)作相關(guān)參數(shù)，必須確定螺紋刀的循環(huán)起點(diǎn) 位置，螺紋切削的終止點(diǎn)位置。 （2） 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(diǎn)處的坐標(biāo)； F 為螺紋導(dǎo)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(shù)進(jìn)行修改。 （L

23、為導(dǎo)程） R 為圓錐螺紋切削參數(shù)。R 值為零時(shí)，可省略不寫，螺紋為圓柱螺紋。 （3） G92 編程示例 螺紋加工程序 O2001 用 G92 編程可改寫成程序 O2002 O2002 G21 G99 14 T0404 (調(diào)用第 4 號(hào)外螺紋刀具) G97 S500 M03 N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺紋刀具到達(dá)切削起始點(diǎn), 導(dǎo)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 X10

24、0 Z100 M09 M05 N41 M30 (程序結(jié)束) 顯然用 G92 編程的程序 O2002 比 O2001 簡潔多了。 2.42.4 螺紋切削復(fù)合循環(huán)螺紋切削復(fù)合循環(huán) G76G76 （1）復(fù)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(jì)算機(jī)技術(shù)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(jìn)一步簡化了程序編寫。螺紋 復(fù)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(qiáng)大的內(nèi)部特征。 圖 2.8 G76 螺紋切削路線及有關(guān)參數(shù) 使用 G32 方法的程序中，每刀螺紋加工需要 4 個(gè)甚至 5 個(gè)程序段；使用 G92

25、 循環(huán) 15 每刀螺紋加工需要一個(gè)程序段，但是 G76 循環(huán)能在一個(gè)程序段或兩個(gè)程序段中加工任 何單頭螺紋。在機(jī)床上修改程序也會(huì)更快更容易。 如圖 2.8 所示，表明 G76 指令的加工動(dòng)作。G76 螺紋加工循環(huán)需要輸入初始數(shù)據(jù)。 （2） 復(fù)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(shù)）F（導(dǎo)程） ； FANUC 0i 復(fù)合螺紋加工循環(huán)指令 G76 格式分兩個(gè)程序段，格式中各參數(shù)含義如下表 1： 表 1 G76 格式說明 第一程序段： G76 P（m r ） Q

26、R （m ） 精加工重復(fù)次數(shù)，為 199 的兩位數(shù) （r ） 倒角量，當(dāng)螺距為 L，從 0.0L 到 99L 設(shè)定，單位為 0.1L，為 199 的 兩位數(shù) P （ ） 刀尖角度，選擇 80、60、55、30、29、0六種中的一種， 由兩位數(shù)規(guī)定。 Q為最小切深(用半徑值指定) 切深小于此值時(shí)，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 F X(U) Z（W） 螺紋最后切削的終端位置的 X、Z 坐標(biāo)，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

27、距正值 （3） G76 外螺紋切削編程示例 螺紋加工程序 O2001 用 G76 編程可改寫成程序 O2003 O2003 G21 G99 T0404 (調(diào)用第 4 號(hào)外螺紋刀具) G97S500 M03 16 N20 G00 X30 Z6 M08 ； (外螺紋刀具到達(dá)切削起始點(diǎn), 導(dǎo)入距離 6 mm) N30 G76 P011060 Q100 R0.1；（螺紋參數(shù)設(shè)定） N40 G76 X22.01 Z-23. P920 Q320 F1.5； G00 X100 Z100 M09 M05 M30 (程序結(jié)束) 顯然用 G76 編程的程序 O2003 比 O2001 和 O2002 又簡潔多了。

28、 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(shù)是一次；倒角量為一個(gè)導(dǎo)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(diǎn) 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 320 微米 F1.5 表示：螺距 1.5mm 2.52.5

29、內(nèi)螺紋切削編程示例內(nèi)螺紋切削編程示例 試編寫圖 2.9 所示工件的內(nèi)螺紋加工程序。 17 圖 2.9 內(nèi)螺紋示例工件及加工相關(guān)設(shè)計(jì)(單位:mm) 螺紋加工前的底孔直徑公稱直徑 dP30228； 確定工件坐標(biāo)系如圖 2.9； 設(shè)計(jì)螺紋切削循環(huán) G76 起點(diǎn)在（X24，Z6） ，選擇 X24 不僅保證刀具 X 向與實(shí)體的 安全間隙，又避免螺紋刀退出時(shí)碰撞工件。Z6 是螺紋切削導(dǎo)入距離 6mm。如圖 2.9。 設(shè)計(jì)螺紋最后一刀切削的終點(diǎn)（與起點(diǎn)相對(duì)形成矩形切削區(qū)域）坐標(biāo)是 （X30，Z35） 。X30 為內(nèi)螺紋的牙底直徑。Z35 保證刀具足夠切出距離，又不至于 讓刀具碰撞到夾具。如圖 2.9。 內(nèi)螺

30、紋的其它切削參數(shù)計(jì)算如下： 螺紋牙高=0.61343P0.6134321.22(mm) 走刀次數(shù)=2.8P+49； (mm)4 . 0 9 22 . 1 刀刀刀刀 刀刀 刀刀刀刀 (mm)13 . 0 9 4 . 0 刀刀刀刀 刀刀刀刀 刀刀刀刀 擬定主軸轉(zhuǎn)速使用恒定轉(zhuǎn)速 400r/min, 進(jìn)給量則是導(dǎo)程 2mmr。 設(shè)螺紋底孔已經(jīng)加工完畢，內(nèi)螺紋加工程序 O2004 如下： O2004； G21 G99； 18 T0404 (調(diào)用第 4 號(hào)外螺紋刀具) G97 S400 M03； N20 G00 X24 Z6 M08 ； (外螺紋刀具到達(dá)切削起始點(diǎn), 導(dǎo)入距離 6 mm) N30 G76

31、P011060 Q130 R0.1；（注意：內(nèi)螺紋精加工余量取負(fù)值） N40 G76 X30 Z-35. P1220 Q400 F2； G00 X100 Z100 M09； M05； M30； (程序結(jié)束) 19 3.3. 典型軸類零件（螺紋軸）的數(shù)控加工工藝分析典型軸類零件（螺紋軸）的數(shù)控加工工藝分析 典型軸類零件如圖 3.1 所示，毛坯為 58100棒材，零件材料為 45 鋼，數(shù) 控車削前毛坯已粗車端面、鉆好中心孔。無熱處理和硬度要求，試對(duì)該零件進(jìn)行數(shù)控 車削工藝分析。 圖 3.1 典型軸類零件 3.13.1 零件圖工藝分析零件圖工藝分析 該零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面

32、組成。其中多個(gè)直徑尺 寸有較嚴(yán)的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面 S50的尺寸公差還兼有控制該球面 形狀（線輪廓）誤差的作用。尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。零件材料為 45 鋼，無熱 處理和硬度要求。 通過上述分析，可采用以下幾點(diǎn)工藝措施。 對(duì)圖樣上給定的幾個(gè)精度要求較高的尺寸，因其公差數(shù)值較小，故編程時(shí)不必 取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 在輪廓曲線上，有三處為圓弧，其中兩處為既過象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲 線，因此在加工時(shí)應(yīng)進(jìn)行機(jī)械間隙補(bǔ)償，以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性。 為便于裝夾，坯件左端應(yīng)預(yù)先車出夾持部分（雙點(diǎn)畫線部分） ，右端面也應(yīng)先粗 車出并鉆好中心孔。毛坯選 60棒料。 20 3.

33、23.2 選擇設(shè)備選擇設(shè)備 根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選用 TND360 數(shù)控車床。 3.33.3 確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式確定零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式 定位基準(zhǔn) 確定坯料軸線和左端大端面（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)。 裝夾方法 左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊，右端采用活動(dòng)頂尖支承的裝夾 方式。 3.43.4 刀具選擇刀具選擇 選用 5中心鉆鉆削中心孔。 粗車及平端面選用 900 硬質(zhì)合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉（可 用作圖法檢驗(yàn)） ，副偏角不宜太小，選 =350。 精車選用 900 硬質(zhì)合金右偏刀，車螺紋選用硬質(zhì)合金 600 外螺紋車刀，刀尖圓 弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑

34、，取 r=0.150.2。 將所選定的刀具參數(shù)填入數(shù)控加工刀具卡片中（見表 2） ，以便編程和操作管理。 表 2 數(shù)控加工刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代 號(hào) 零件名稱典型軸零件圖號(hào) 序號(hào)刀具號(hào)刀具規(guī)格名 稱 數(shù)量加工表面?zhèn)渥?1T01 5 中心鉆 1 鉆 5 mm 中 心孔 2T02 硬質(zhì)合金 90外圓車 刀 1 車端面及粗車 輪廓 右偏刀 3T03 硬質(zhì)合金 90外圓車 刀 1 精車輪廓右偏刀 4T04 硬質(zhì)合金 60外螺紋 車刀 1 車螺紋 編制 審核 批準(zhǔn) 21 3.53.5 確定加工順序及進(jìn)給路線確定加工順序及進(jìn)給路線 加工順序按由粗到精、由近到遠(yuǎn)（由右到左）的原則確定。即先從右到左進(jìn)行粗 車

35、（留 0.25精車余量） ，然后從右到左進(jìn)行精車，最后車削螺紋。 TND360 數(shù)控車床具有粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)功能，只要正確使用編程指令，機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)確定其進(jìn)給路線，因此，該零件的粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)不需要人 為確定其進(jìn)給路線（但精車的進(jìn)給路線需要人為確定） 。該零件從右到左沿零件表面輪 廓精車進(jìn)給，如圖 3.2 所示。 圖 3.2 精車輪廓進(jìn)給路線 3.63.6 切削用量選擇切削用量選擇 背吃刀量的選擇 輪廓粗車循環(huán)時(shí)選 ap=3 ，精車 ap=0.25；螺紋粗車時(shí)選 ap= 0.4 ，逐刀 減少，精車 ap=0.1。 主軸轉(zhuǎn)速的選擇 車直線和圓弧時(shí)，選粗車切削速度 vc=90m

36、/min、精車切削速度 vc=120m/min，然 后利用公式 vc=dn/1000 計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速 n（粗車直徑 D=60 ，精車工件直徑取平均 值）：粗車 500r/min、精車 1200 r/min。車螺紋時(shí)，計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速 n =320 r/min. 進(jìn)給速度的選擇 選擇粗車、精車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，再根據(jù)加工的實(shí)際情況確定粗車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為 0.4 /r，精車每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為 0.15/r，最后根據(jù)公式 vf = nf 計(jì)算粗車、精車進(jìn)給速度分 別為 200 /min 和 180 /min。 表 3 典型軸類零件數(shù)控加工工藝卡片 產(chǎn)品名稱或代號(hào)零件名稱零件圖號(hào)單位名 稱 典型軸 工序號(hào)程序編 號(hào) 夾具

37、名稱使用設(shè)備車間 001 三爪卡盤和活動(dòng)頂TND360 數(shù)控車床數(shù)控中心 22 尖 工步號(hào)工步內(nèi) 容 刀具號(hào)刀具規(guī) 格 / mm 主軸轉(zhuǎn)速 /r.min-1 進(jìn)給速度 /mm.mi-1 背吃刀 量 / mm 備注 1 平端面 T022525500 手動(dòng) 2 鉆中心 孔 T015950 手動(dòng) 3 粗車輪 廓 T022525500200 綜合前面分析的各項(xiàng)內(nèi)容，并將其填入表 3 所示的數(shù)控加工工藝卡片。此表是編 制加工程序的主要依據(jù)和操作人員配合數(shù)控程序進(jìn)行數(shù)控加工的指導(dǎo)性文件。主要內(nèi) 容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量等。 23 4 4 結(jié)果分析結(jié)果分析 4.14.1 零件的

38、精度與尺寸檢驗(yàn)零件的精度與尺寸檢驗(yàn) 零件的加工質(zhì)量對(duì)其工作性能和使用壽命有著較大的影響，現(xiàn)對(duì)加工后零件質(zhì)量分析；零件的加工質(zhì)量對(duì)其工作性能和使用壽命有著較大的影響，現(xiàn)對(duì)加工后零件質(zhì)量分析； 零件的尺寸精度基本得到保證，零件的上下表面粗糙度值偏大。原因是其加工精 度與機(jī)床，夾具，刀具本身誤差和使用中的調(diào)速誤差及工件的裝夾定位誤差以及自己 的操作技能水平等多方面因素有關(guān)，這些原始誤差反映到工件質(zhì)量上，形成零件的加 工誤差。 4.24.2 產(chǎn)生誤差的主要因素產(chǎn)生誤差的主要因素 從零件加工質(zhì)量分析得出； （1） 零件出現(xiàn)誤差或粗糙度值偏大與刀具，夾具的誤差及工件的定位誤差有關(guān)，機(jī) 床主軸或因?yàn)榈毒叩难b

39、夾不當(dāng)引起的徑向或端面的圓跳動(dòng)等因素，都會(huì)使工件 產(chǎn)生誤差。 （2） 夾緊力對(duì)加工精度也有影響，工件在加緊時(shí)，由于工件的剛度較低加緊的作用 力或方向不當(dāng)，均可造成定位端面不垂直。 （3） 切削用量對(duì)加工精度的影響，從零件的表面質(zhì)量分析，這與合理選擇切削用量 很有關(guān)系，選擇較大的切削速度 V 適量減小進(jìn)給量 f。 通過對(duì)零件的系統(tǒng)分析得知，零件表面粗糙度值，尺寸精度基本得到保證。之所以 出現(xiàn)這些問題與安排加工的工藝過程，刀具的質(zhì)量，機(jī)床的定位，零件的裝夾、定位 基準(zhǔn)的選擇以及自己的操作技術(shù)水平也有關(guān)系?？梢酝ㄟ^合理的選擇刀具的幾何參數(shù)， 合理的選擇切削用量，從而提高零件的加工精度。 24 5.5

40、.軸類零件（螺紋軸）加工過程中幾點(diǎn)說明軸類零件（螺紋軸）加工過程中幾點(diǎn)說明 1采用了二中心孔為定位基準(zhǔn)，符合基準(zhǔn)重合及基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 2該零件先以外圓作為粗基準(zhǔn)，車端面和鉆中心孔，再以二中心孔為定位基準(zhǔn)粗 車外圓，又以粗車外圓為定位基準(zhǔn)加工錐孔，此即為互為基準(zhǔn)原則，使加工有一次比 一次精度更高的定位基準(zhǔn)面。3 號(hào)莫氏圓錐精度要求很高。因此，需用 V 型夾具以 230js5 外圓為定位基準(zhǔn)達(dá)到形位公差要求。車內(nèi)錐時(shí)，一端用卡爪夾住，一端搭 中心架，亦是以外圓作為精基準(zhǔn)。 3半精加工、精加工外圓時(shí)，采用了錐堵，以錐堵中心孔作為精加工該軸外圓面 的定位基準(zhǔn)。 對(duì)錐堵要求： 錐堵具有較高精度，保證錐堵

41、的錐面與其頂尖孔有較高同軸度。 錐堵安裝后不宜更換，以減少重復(fù)安裝引起的安裝誤差。 錐堵外徑靠近軸端處須制有外螺紋，以方便取卸錐堵。 4主軸用 20Cr 低碳合金鋼滲碳淬硬，對(duì)工件不需要淬硬部分發(fā)（M301.56g 左、M301.56g、M126H、M66H）表面留 2.53mm 去碳層。 5.螺紋因淬火后，在車床上無法加工，如先車好螺紋后再淬火，會(huì)使螺紋產(chǎn)生變 形。因此，螺紋一般不允許淬硬，所以在工件中的螺紋部分的直徑和長度上必需留去 碳層。對(duì)于內(nèi)螺紋，在孔口也應(yīng)留出 3mm 去碳層。 6.為保證中心孔精度，工件中心孔也不允許淬硬，為此，毛坯總長放長 6mm。 7.為保證工件外圓的磨削精度，

42、熱處理后須安排研磨中心孔的工序，并要求達(dá)到 較細(xì)的表面粗糙度。外圓磨削時(shí)，影響工件的圓度主要是由于二頂尖孔的同軸度，及 頂尖孔的圓度誤差。 8.為消除磨削應(yīng)力，粗磨后安排低溫時(shí)效工序（烘） 。 9.要獲高精度外圓，磨削時(shí)應(yīng)分粗磨、半精磨、精磨工序。精磨安排在高精度磨 床上加工。 25 結(jié)結(jié) 論論 本文詳細(xì)地分析了螺紋軸零件中工藝規(guī)程的制訂，螺紋軸零件中工 藝直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。一零件可以有幾種不同 的加工方法，但只有某一種較合理，螺紋軸車削加工時(shí)影響加工精度的幾 項(xiàng)主要因素。在此基礎(chǔ)上，提出了適合于螺紋軸車削加工中刀具的技術(shù)要 求，探討了車削這種傳統(tǒng)的切削方法在加工領(lǐng)域開

43、發(fā)、應(yīng)用的可行性。在 車削螺紋軸的基礎(chǔ)上，開展了螺紋車削技術(shù)的研究。精密車削這種傳統(tǒng)的 切削方法，在螺紋軸的加工中具有加工精度高、加工時(shí)間短及加工效率高 等優(yōu)點(diǎn)。并為精密、超精密車削結(jié)構(gòu)和形狀更為復(fù)雜的三維工件打下良好 的技術(shù)基 我們衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識(shí) 經(jīng)濟(jì)給我們帶來的難得機(jī)遇，迎接競爭全球化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為在 21 世紀(jì)使我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持強(qiáng)勁的 發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！ 26 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) 1. 董玉紅.數(shù)控技術(shù) ，高等教育出版社，2009.2 2. 周虹. 數(shù)控車床編程與操作實(shí)訓(xùn)教程 ，清華大學(xué)出版社，2

44、006.9 3. 文樸、李田.機(jī)械設(shè)計(jì) ，北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.7 4 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).編寫組機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，北京.化學(xué)工業(yè)出版社， 2008.4 5 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)及應(yīng)用 ，國防工業(yè)出版社，2009.1 6 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì) ，西安西北工業(yè)大學(xué)出版社，1996.5 7 林棟梁.英漢機(jī)電工程詞典 ，機(jī)械工業(yè)出版社，1997.7 8 王衛(wèi)兵.Cimatron E 6.0 數(shù)控編程實(shí)用教程 ，清華大學(xué)出版社， 2005.7 27 致致 謝謝 本論文設(shè)計(jì)在韓冰老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下業(yè)已完成，從課題選 擇到具體的寫作過程，無不凝聚著程老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)論文 寫作期間，韓

45、老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的 建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完畢業(yè)論文。在此向韓 老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機(jī)會(huì)向在這三年中給予了我?guī)椭椭笇?dǎo) 的所有老師表示由衷的謝意，感謝他們?nèi)陙淼男燎谠耘?。不積跬步何以 至千里，各位任課老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很 好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。 同時(shí)，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向 有關(guān)的作者表示謝意。 我還要感謝各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里， 你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對(duì)于你們幫助和支持， 在此我表示深深地感謝！ 28