螺纹数控车床 [数控车床的特殊螺纹加工技巧]

数控车床的特殊螺纹加工技巧

摘要:随着数控技术的发展，数控技能竞赛的日趋激烈，在数控车竞赛试题中出现了很 多的普通螺纹，梯形螺纹，异型螺纹，本文就用FANUC-0iTc 系统数控车床中螺纹车削加工的特点及注意事项. 对常用的三种加工指令G92 、G76和 G32 的含义进行了说明, 并对它们各自的进刀方式、加工方法、编程方法及工件的加工精度方面进行了比较。 关键词:FANUC-0iTc 数控车床 螺纹车削 进刀方式 编程

在数控技能大赛中，数控比赛试题已经由第一届的单件发展到现在的五件的水平，试题的难度也由当初的高级水平上升到技师的水平，而在数控车削比赛加工中, 比较难以掌握的是螺纹加工, 其中包括梯形螺纹和特殊螺纹，如果加工过程中不引起足够的重视, 就很难得到比赛的名次，本文就从各种螺纹的加工方法展开讨论：

一、 普通单线螺纹加工特点及方法。

在螺纹加工中, 数控机床的主轴安装了编码器，主轴每转一周, 刀具沿主进给轴方向移动一个螺距, 如:螺距是1.5, 则进给速度为1.5mm/r,在螺纹加工中, 需要多次循环进刀才能完成螺纹的加工, 每刀的切削深度, 在螺纹加工中是非常关键的, 如果每刀进给恒定, 则切削力和金属去除率从上一刀到下一刀会剧烈增加。为了避免这种切除量增加并维持比较合适的切削力, 切削深度应该随着切削次数依次递减, 保证恒切削量加工。螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施, 当螺纹牙顶未尖时, 增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大, 增大量视材料塑性而定, 当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小, 但是在减小的过程中要防止过切削, 防止报废。

在数控编程中，螺纹切削一般有3种加工方法:G32直进式切削方法、G92直进式切削方法和G76斜进式切削方法, 由于切削方法的不同, 编程方法不同, 造成加工误差也不同。我们在操作使用上要仔细分析, 使零件加工出精度高的零件。

在一般情况下，普通螺纹的数控加工采用G92直进式切削方法要比采用G76,G32方便很多。G92具体有以下格式功能： G92直进式切削方法

（1）指令格式:G92 X（U ）＿Z （W ）＿R ＿F ＿

（2）指令功能。切削锥螺纹（包含圆柱螺纹）, 刀具从循环起点, 按“进刀—切削—退刀—返回”的走刀路线, 最后返回到循环起点。进刀和返回为快速移动, 切削则按F 指定的进给速度移动。

（3）指令说明:X、Z 表示螺纹终点坐标值;U 、W 表示螺纹终点相对循环起点的坐标分量;R 表示锥螺纹始点与终点在X 轴方向的坐标增量（半径值）, 圆柱螺纹切削循环时R 为零, 可省略;F 表示螺纹导程。

（4）进刀方式:在G92螺纹切削循环中, 螺纹刀以直进的方式进行螺纹切削。总的螺纹切削深度（牙高）一般以常量值进行分配, 螺纹刀双刃参与切削, 每次的切削深度一般由编程人员在编程时给出。

图一 普通单线螺纹

如图一所示，图中M30*1.5的G92螺纹程序编制如下：

T0101;

M3 S600;

X29;

G00 X32 Z2;

X28.6; G92 X29.5 Z-12 F1.5;

X28.3; X28.05; G00 X100 Z100; M30;

螺纹在加工结束后，经常会遇到螺纹中径没有到达尺寸的要求，此时不要将工件卸下，还可以利用系统已有的修改功能，对螺纹进行精修，修改时，只需要改变最后一个X 值就可以，每次修改的大小在0.02mm 左右，通过反复的修改就可以将这个普通单线螺纹做合格。 二、梯形螺纹的加工特点及程序编制

在数控车床上车削梯形螺纹工件，车削梯形螺纹时，由于梯形螺纹在车削是刀具受力非常大，这对主轴和丝杠的要求很高，所以为了提高主轴扭矩，在加工之前一定要将机床调至低速档，如果选用高速档车梯形螺纹，则会导致螺距出现错误，或者在车削到最后时导致闷车，或扎刀。车削梯形螺纹采用G76指令。

G76斜进式切削方法

（1） 指令格式

G76 P（m ） （r ） （a ） Q（Δdmin ） R（d ） G76 X（u ） Z（W ） R（i ） P（k ） Q（Δd ） F（l ）

（2） 指令功能

该螺纹切削循环的工艺性比较合理, 编程效率较高。可以加工带螺尾退尾的锥螺纹和圆柱螺纹, 但是不能用来加工端面螺纹。

（3） 指令说明

m 表示最终精加工重复次数为1～99; r 表示螺纹的精加工量（倒角量）;

a 表示刀尖角度（螺牙的角度） 可选择80、60、55、30、29、0 六个种类;

m、r 、a 同用地址P 指定; （例）m=0,r=0,a=60°, 时如右所示P000060; Δdmin 表示最小切削深度;

i 表示锥螺纹的半径差;

k 表示螺纹高度（X 方向半径值）; Δd 表示第一次粗切深（半径值）; d 表示精加工余量; l :螺纹导程。

（4）进刀量的确定:总的螺纹切削深度（牙高） 一般以递减的方式进行分配, 螺纹刀单刃参与切削。在实际加工中, 当用牙型高度控制螺纹直径时, 一般通过试切来满足加工要求。每次的切削深度由数控系统计算给出。

下面以加工梯形螺纹Tr36×6为例，车削的梯形螺纹工件如图二所示。

图二 梯形螺纹图形

由于此梯形螺纹的螺距较小，可采用斜进搭配刀法加工， G76螺纹切削复合循环指令就是以斜进方式进刀的，故可采用G76指令，粗车梯形螺纹时编程如下，留出精车余量。 G00 X40 Z4；

G76 P010030 Q80 R0.05；

G76 X29 Z-30 P3500 Q100 F6；

G00 X200 Z50；

精车时也是通过上述改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置的方法来修光梯形螺纹的两侧面，同时通过测量，控制切削的次数使螺纹达到尺寸精度的要求。

当然如果在批量生产加工时还是要一次一次地改变螺纹车刀车削前的轴向起点位置来修光梯形螺纹的两侧面，生产效率将大大降低，为了解决这个问题，我们可以将梯形螺纹左右两侧面的加工过程分别编成两个子程序，每次调用时使车刀轴向偏移0.1mm ，在工件的首件试切中确定需调用子程序的次数，从而将整个加工过程编入程序当中，即从加工第二件工件时车床就可以一直自动运行下去，直到工件被加工合格。

三、特殊螺纹加工，异型螺纹的加工特点。

特殊螺纹，是现在数控车床比赛中一个比较常规的要素，几乎每一张图纸中头包含了这样的螺纹，这种螺纹的特点是要求先加工出螺纹的圆弧特殊曲面，然后采用60°尖刀将圆弧螺牙采用逼近的方式走刀。特殊螺纹需要在加工时的注意外椭圆和小圆弧的嵌套，在嵌套的时候一定要注意两者的配合了，在车削该类螺纹时，需要采用G32编程指令。 G32直进式切削方法

（1）指令格式:G32X（U ） Z（W ）F 。

（2）指令说明:X（U ）,Z （W ）为螺纹加工终点坐标,F 为进给速度, 大小等于螺纹的导程。

（3）指令功能:该指令可以用于车削等导程的直螺纹、锥螺纹和涡卷螺纹。圆柱螺纹切削加

工时,X,U 值可以省略;G32 Z（W ） F 端面螺纹切削加工时,Z,W 值可以省略, 格式为 G32X （U ） F 。

（4）进刀方式:在G32螺纹切削循环中, 螺纹刀以直进的方式进行螺纹切削。

图三 圆弧螺纹图形 如图三所示，图中的圆弧螺纹加工程序： O3

M44 （低速档） T0101

M3 S250（只有在低速档时，螺距正确，其他的螺距不准确）

G0 X42 Z12（螺纹起刀点，Z 向两个螺距） #1=0 (0度开始)

N10 #2=5*SIN(#!) （X 向直径值）

#3=2.5*COS(#1) （Z 向值）

G0 X(37.081+#2) Z(12+#3) （当椭圆Z=15时，X=37.081, Z 向偏移两个螺距）

G32 Z(3+#3) F6 （定位）

#4=15

N20 #5=#4*#4

#6=20*SQRT(1-#5/1600)

#7=2*#6+#2 #8=#4+#3-12

G1 X #7 Z#8（车螺纹）

#4=#4-6

IF (#4GE-22) GOTO20

G0 X45

Z12

#1=#1-2

IF (#1GE-180)GOTO10 （180度结束）（半圆即可） G0 X100 Z100 M05 M30

在加工的过程中，运用这个程序时，要注意在机床参数中的磨耗值中输入小圆弧直径值减去螺纹的牙深，采用以上程序才能准确车出以上的螺纹。在加工结束之后会发现螺纹的表面质量比较差，这时可以通过改变步距的方式来减小加工的表面质量。

四、三种进刀方法的比较分析

G32和G92的直进式（径向进刀）切削方法, 由于两侧刃同时工作, 切削力较大, 而且排屑困难,

因此在切削时, 两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时, 由于切削深度较大, 刀刃磨损较快, 从而造成螺纹中径产生误差; 但是其加工的牙形精度较高, 因此一般多用于小螺距螺纹加工。G32由于其刀具移动切削均靠编程来完成, 所以加工程序比较冗长（每次进刀加工至少需要4个程序段, 若螺纹加工时用斜线退刀, 则需要5个程序段）; 由于刀刃容易磨损, 因此加工中要做到勤测量。G92较G32它简化了编程, 指令提高了效率。一条语句相当于G32四条语句, 使编程语句简洁。在G76 螺纹切削循环中, 螺纹刀以斜进的方式进行螺纹切削, 为单侧刃加工, 加工刀刃容易损伤和磨损, 使加工的螺纹面不直, 刀尖角发生变化, 而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作, 刀具负载较小, 排屑容易, 并且切削深度为递减式。因此, 此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。由于此加工方法排屑容易, 刀刃加工工况较好, 在螺纹精度要求不高的情况下, 此加工方法更为方便。

随着比赛的试题的多样化，肯定会有越来越多的异性螺纹会出现，但是不管是什么形状，总是离不开这三种编程指令，只有充分理解者三种指令的编程方式，以及每一个参数内容，理解每个指令的进刀方式，才能以一敌万