项目8：螺纹的加工编程

第七章螺纹编程及应用7.1普通三角形螺纹基本知识7.2普通螺纹加工工艺7.3螺纹切削指令7.4多线螺纹的加工7.5编程实例

7.1.1螺纹

是机械零件上最常用的连接结构之一，它具有结构简单、拆装方便及连接可靠等优点，在机械制造业中广泛应用。（1）螺纹分类螺纹按断面形状一般可分为三角形、矩形、梯形、锯齿形和圆形螺纹。（2）表示代号普通螺纹分为粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹，即当公称直径相同时，细牙螺纹的螺距较小，用字母“M”及公称直径×螺距表示，如M20×1.5等。粗牙螺纹用字母“M”及公称直径表示，如M20等。7.1普通三角形螺纹基本知识（3）英制螺纹和管螺纹牙型角为550，公称直径是指内螺纹的大径，用英寸（in）来表示,螺距用(1in=25.4mm)中的牙数n表示。管螺纹主要应用于流通气体或液体的管接头、旋塞、阀门的连接。根据螺纹副的密封状态与牙型角可分为非螺纹密封的圆柱管螺纹与螺纹密封的圆锥管螺纹（550圆锥管螺纹）和（600圆锥管螺纹）等三种。（4）螺纹车削进刀法：7.1普通三角形螺纹基本知识

1）直进法—易获得较准确的牙型，但切削力较大，常用于螺距小于3mm的三角螺纹。2）左右切削法—在每次往复行程后，除了做横向进刀外，还需要向左或向右微量进给。3）斜进法—在每次往复行程后，除了做横向进刀以外，只在纵向的一个方向微量进给。（5）车多线螺纹沿两条或两条以上，在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹。

7.1普通三角形螺纹基本知识

（6）螺纹车削控制过程各种螺纹上的螺旋线是按车床主轴每转一转时，纵向进刀为一个螺距（或导程）的规律进行车削的，在数控车床上用车削法可以加工螺纹，工具和刀具方面与普通机床一样，由于车螺纹起始时有一个加速过程，停刀时有一个减速过程，在这段距离中螺距不可能准确，所以应注意在两端要设置足够的升速进刀段和降速退刀段,以消除伺服滞后造成的螺距误差。升速进刀段和降速退刀段的尺寸计算如下：升速进刀段：δ1=0.0015nP降速退刀段：δ2=0.00042nP（n为主轴转速r/minP为螺纹导程mm）（7）车螺纹的安排在数控设备上车螺纹一般安排在精车以后车削。7.1普通三角形螺纹基本知识7.2普通螺纹加工工艺

普通螺纹是机械零件中应用最为广泛的一种三角形螺纹，牙型角为60°。普通螺纹数控车削的加工工艺内容主要包括：⑴螺纹大径、中径、小径以及牙型高度等尺寸的确定；⑵螺纹轴向起点、终点尺寸的确定；⑶螺纹加工的进刀方式及进刀量的确定。确定合理的数控加工工艺，对编制高效实用的数控加工程序，车削加工出合格的螺纹工件起着至关重要的作用，是数控编程中的重点之一。1.普通螺纹基本尺寸确定

普通螺纹的基本尺寸主要包括螺纹大径、螺纹中径、螺纹小径和螺纹牙型高度，它们是编制螺纹数控加工程序和螺纹检验的依据。1）螺纹大径（D、d）螺纹大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底的直径，其基本尺寸与螺纹公称直径相等。对于内螺纹，螺纹大径是编制螺纹加工程序的依据，而对于外螺纹是确定螺纹毛坯直径的依据，在螺纹加工前，由车削加工的外圆直径决定。7.2普通螺纹加工工艺⑴经验法①高速车削三角螺纹时，由于受车刀挤压后螺纹大径尺寸膨胀，因此车螺纹前的外圆直径应比螺纹大径小。当螺距为1.5～3.5mm时，外径一般小0.2～0.4mm。.②车削三角内螺纹时，因车刀挤压作用，内孔直径会缩小（车塑性材料时较为明显），所以车削内螺纹前的孔径应比内螺纹小径略大，而且内螺纹加工后的实际顶径允许大于内螺纹小径的基本尺寸，所以实际生产中，普通螺纹车内螺纹前的孔径可以用下式近似计算。车削塑性金属内螺纹：D孔≈D－P

车削脆性金属内螺纹：D孔≈D－1.05P7.2普通螺纹加工工艺⑵计算法例：在数控车床上加工M30×2-6g外螺纹，试计算螺纹大径。查普通螺纹偏差值，螺纹大径偏差分别为es＝－0.038mm，ei＝－0.208mm。则螺纹大径尺寸为，则螺纹大径应在此范围选取，可取为29.8mm，并在螺纹加工前，由外圆车削保证。2）螺纹中径（D2、d2）中径是螺纹尺寸检测的标准和调试螺纹程序的依据。在数控车床上，螺纹的中径是通过控制螺纹削的平高度（由螺纹车刀的刀尖体现）、牙型高度、牙型角和底径来综合控制的。7.2普通螺纹加工工艺3）螺纹小径（D1、d1）螺纹小径是指外螺纹牙底或内螺纹牙顶的直径。对于外螺纹，小径是编制螺纹加工程序的依据。对于内螺纹，在螺纹加工前，由车削加工的内孔直径来保证。4）螺纹牙型高（h）在编制螺纹加工程序以及车削加工螺纹时，其牙型高度是控制螺纹中径以及确定螺纹实际径向终点（指螺纹底径，即内螺纹大径和外螺纹小径）尺寸的重要参数。由于受螺纹车刀刀尖形状及其尺寸的影响，为保证螺纹中径达到要求，在编程和车削过程中应根据实际情况对螺纹牙型高度(h)调整，计算后得到螺纹底径尺寸。7.2普通螺纹加工工艺2.螺纹加工进刀方式及进刀量1）进刀方式数控车床螺纹加工进刀方式有直进式和斜进式两种。⑴直进法。直进法加工螺纹时，刀具两侧刃同时切削工件，切削力较大，排屑困难，因此两切削刃容易磨损。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，从而易造成螺纹中径误差。但由于其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距高精度螺纹的加工。⑵斜进法。斜进法加工螺纹时，单侧刀刃切削工件，刀刃易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角易发生变化，从而造成螺纹牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，因此，此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。7.2普通螺纹加工工艺

对于高精度、大螺距的螺纹，可采用两种进刀方式混用的办法，即先斜进切削进行螺纹粗加工，再用直进切削进行精加工。但粗、精加工时的起刀点要相同，以防止螺纹乱扣。2）进刀量螺纹加工属于成型加工，为保证螺纹导程，加工时主轴每旋转一周，车刀进给量必须等于螺纹的导程。由于螺纹加工时进给量较大，而螺纹车刀的强度一般较差，因此当螺纹牙深较大，一般分数次进给，每次进给的背吃刀量按递减规律分配。对高性能高等级螺纹加工时通常分粗车、精车，有时还可适当增加光整加工次数，以提高螺纹的表面质量。7.2普通螺纹加工工艺3．螺纹加工尺寸计算实例

以数控车床加工M30×2-6h的外螺纹为例计算螺纹中径和编程小径。螺纹中径d2＝d－0.6459P＝30－0.6459×2＝28.708（mm）。中径偏差es＝0,ei＝-0.2，其中径公差T中径＝0.2mm；螺纹牙型高度h＝0.54P＝0.54×2＝1.08mm；则编程小径d1′＝d－2h′＝30－2×(1.08＋0.1)＝27.64mm。7.2普通螺纹加工工艺4．螺纹轴向尺寸的确定在数控车床加工螺纹时，由位置编码器检测出主轴旋转一圈的信号，刀具跟随主轴同步旋转进刀，切削加工出所需导程的螺纹。然而，由于伺服系统存在一定滞后，车刀升降速会使螺纹开始与结束段的导程与加工要求存在一定偏差。因此，在加工螺纹时两端必须设置足够的升速进刀段长度和减速退刀段长度。7.2普通螺纹加工工艺7.2.1单行程螺纹切削指令（G32）1．指令格式

G32X(U)____Z(W)____F____；

X、Z——螺纹终点的绝对坐标；

U、W——螺纹终点相对起点的增量坐标；

F——螺纹导程，如果是单线螺纹，则为螺纹的螺距。7.3螺纹切削指令2．指令功能单行程螺纹切削G32指令可以进行等螺距圆柱或圆锥螺纹的加工。1）等螺距圆柱螺纹对于圆柱螺纹进行螺纹加工时，G32指令走刀路线如图7-4所示，刀具从起点以每转进给一个导程/螺距的进给速度切削到终点，螺纹加工前及螺纹加工后的程序段，可用G00或G01来实现。2）等螺距圆锥螺纹对于圆锥螺纹进行螺纹加工时，G32指令走刀路线如图7-5所示，与G32圆柱螺纹的轨迹相似。7.3螺纹切削指令图7-4G32等螺距圆柱螺纹图7-5G32等螺距圆锥螺纹3．注意事项⑴加工螺纹时，数控车床操作面板上的进给速度倍率、主轴速度倍率无效。⑵加工螺纹时，进给方式是以每转进给。⑶加工螺纹时，为了可避免因车刀升降速对螺距的影响，必须选择合理的δ1、δ2。⑷因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。⑸加工螺纹时，走刀次数和背吃刀量会直接影响螺纹的加工质量。⑹车削螺纹时，主轴的转向（正反转）与螺纹的旋向有关。

7.3螺纹切削指令4．应用举例例1：用G32指令编制如图7-6所示零件的M30×2圆柱螺纹数控加工编程。⑴工艺分析该螺纹为公称直径ø30mm，螺距2mm的中等精度的螺纹。以零件右端面中心为工件坐标系原点，建立工件坐标系。采用三爪自定心卡盘装夹，以Φ40外圆作为定位基准面。⑵相关数据确定①螺纹编程大径d＝29.8mm，加工螺纹前外圆到该尺寸车削；②查表7-2，牙深为1.3mm，进刀次数为5，进刀量分别为0.9mm、0.6mm、0.6mm、0.4mm、0.1mm；7.3螺纹切削指令图7-6G32加工实例表7-2常用螺纹切削进刀次数

和吃刀量普通公制螺纹螺距（mm）11.522.533.54牙深(半径值)0.6490.9741.2991.6241.9492.2732.598走刀次数和背吃刀量1次0.70.80.91.01.21.51.52次0.40.60.60.70.70.70.83次0.20.40.60.60.60.60.64次0.160.40.40.40.60.65次0.10.40.40.40.46次0.150.40.40.47次0.20.20.48次0.150.39次0.2注：表中背吃刀量为直径值，走刀次数和背吃刀量根据工件材料及刀具的不同可酌情增减。③螺纹编程小径d1＝30－2.6＝27.4mm；④其设定δ1为5mm，δ2为2mm。⑶圆柱螺纹加工程序及说明见表7-3。7.3螺纹切削指令表7-3G32圆柱螺纹参考程序程序名O0701程序号程

序备

注N5G97S500T0202M08M03；N10G00X32.0Z5.0；N15X29.1；第一次进刀：切深0.9mmN20G32Z-16.0F2；切削螺纹N25G00X32；N30Z5.0；N35X28.5；第二次进刀：切深0.6mmN40G32Z-16.0F2；切削螺纹表7-3G32圆柱螺纹参考程序N45G00X32；N50Z5；N55X27.9；第三次进刀：切深0.6mmN60G32Z-16.0F2；切削螺纹N65G00X32.0；N70Z5.0；N75X27.5；第四次进刀：切深0.4mmN80G32Z-16.0.F2；切削螺纹N85G00X32.0；表7-3G32圆柱螺纹参考程序N90Z5.0；N95G00X27.4；第五次进刀：切深0.1mmN100G32Z-16.0F2；切削螺纹N105G00X32.0；X向退刀N110X200.0Z200.0M09；回到换刀点，切削液停N115M05；主轴停N120M30；程序结束

例2：用G32指令编制如图7-7所示零件的圆锥螺纹数控加工编程。螺纹的Z向螺距FZ=2.5mm。⑴工艺分析该零件上的螺纹为圆锥螺纹，由于Z向螺距大于X向螺距，所以程序中的导程F的值以Z方向导程（FZ）指定。⑵相关数据确定螺纹切深量（半径值）h=1.624mm，共进刀6次，背吃刀量（直径值）分别为：1.0mm、0.7mm、0.6mm、0.4mm、0.4mm、0.15mm。⑶锥螺纹加工程序及说明见表7-4。7.3螺纹切削指令图7-7G32圆锥螺纹加工表7-4G32加工圆锥螺纹程序名O0702程序号程

序备

注N5G50X100.0Z100.0；N10G97S00T0202M08M03；

N15G00X50.0Z4.0；快速走到螺纹车削起始点N20X13.0；第一次进刀切深1mmN25G32X42.0Z-42.0F2.5；指定终点，切削螺纹N30G00X50.0；N35Z4.0；N40X12.3；第二次进刀切深0.7mmN45G32X41.3Z-42.0F2.5；切削螺纹表7-4G32加工圆锥螺纹N50G00X50.0；N55…第三、四、五刀N60G00X50.0；N65Z4.0；N70X10.75；第六次进刀切深0.15mmN75G32X39.75Z-42.0F2.5；切削螺纹N80G00X50.0；N85G00X100.0Z100.0M09；螺纹切削完成，返回换刀点，切削液停N90M05；主轴停N100M30;程序结束7.2.2螺纹切削单一固定循环G92

G92为螺纹切削单一固定循环指令。该指令可以用于加工圆锥螺纹和圆柱螺纹，是模态指令，切削方式为直进式。1．指令格式

G92X(U)____Z(W)____R____F____；

X、Z——螺纹终点绝对坐标值；

U、W——螺纹终点相对循环起点的增量坐标；

R——圆锥螺纹切削起始点与螺纹切削终点的半径差。该值有正、负之分。当R为零时，则为圆柱螺纹切削循环，可省略；

F——螺纹导程，如果是单线螺纹，则为螺纹的螺距。

7.3螺纹切削指令2．指令功能1）圆柱螺纹切削单一固定循环

G92切削圆柱螺纹轨迹时如图7-8所示，刀具从循环起点，按从A→B→C→D路径进行矩形循环，最后返回循环起始点A。图中1R、3R、4R段刀具快速移动，2F段按指定的进给速度进行螺纹切削。每指定一次，螺纹切削自动进行一次循环。2）圆锥螺纹切削单一固定循环

G92切削圆锥螺纹轨迹时如图7-9所示，刀具从循环起点，按从A→B→C→D路径进行循环，最后返回循环起始点A。图中1R、3R、4R段刀具快速移动，2F段按指定的进给速度进行螺纹切削。7.3螺纹切削指令图7-8圆柱螺纹简单循环走刀路线图7-9圆锥螺纹简单循环走刀路线3．应用举例例3：用G92指令编制图7-6所示零件的螺纹加工程序。加工程序及说明见表7-5。例4：用G92指令编制图7-7所示零件的螺纹加工程序。⑴数据计算：锥度R为螺纹切削起始点与切削终点的半径差。

R＝(14－43)÷2＝－14.5mm⑵编制加工程序及说明见表7-6。7.3螺纹切削指令图7-6G32加工实例图7-7G32圆锥螺纹加工表7-5G92加工圆柱螺纹程序名O0703程序号程

序备

注N5G50X100.0Z100.0；N10G97S500.0T0202M08M03；

N15G00X32.0Z5.0；快速走到螺纹车削循环起点N20G92X29.1Z-16.0F2.0；第一次螺纹切削循环，切深0.9mmN25X28.5；第二次螺纹切削循环，切深0.6mmN30X27.9；第三次螺纹切削循环，切深0.6mmN35X27.5；第四次螺纹切削循环，切深0.4mmN40X27.4；第五次螺纹切削循环，切深0.1mmN45G00X200.0Z200.0M09；螺纹切削完成，回到换刀点，切削液停N50M05；主轴停N55M30；程序结束表7-6G92加工圆锥螺纹程序名O0704程序号程

序备

注N5G50X100.0Z100.0；N10G97S500T0202M08M03；

N15G00X50.0Z4.0；快速走到螺纹循环起点N20G92X42.0Z-42.0I-14.5F2.5；第一次螺纹切削，切深1mmN25X41.3；切深0.7mmN30X40.7；切深0.6mmN35X40.3；切深0.4mmN40X39.9；切深0.4mmN45X39.75；切深0.15mmN50G00X100.0Z100.0M09；螺纹切削完成，返回换刀点，切削液停N55M05；主轴停N60M30；程序结束7.2.3螺纹切削复合固定循环G761．指令格式：

G76螺纹切削指令的格式需要同时用两条指令来定义，其编程格式为：

G76P(m)(r)(a)Q(Δdmin)R(d)；

G76X(U)

Z(W)

R(i)P(k)Q(Δd)F(L)；2．指令功能

G76指令为螺纹切削复合循环指令，程序简洁，可节省程序计算和编制时间。数控加工程序中只需指定一次，只要在指令中定义好有关参数，就能自动进行螺纹加工，车削过程中，除第一次车削深度外，其余各次车削深度自动计算。复合螺纹切削时刀具加工路线如图7-9所示。

7.3螺纹切削指令图7-9G76加工轨迹

G76螺纹切削循环采用斜进式，由于单侧刀刃切削工件，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，从而影响牙形精度。刀具负载较小，排屑容易，因此，此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为简捷方便。而G32、G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式，一般多用于小螺距高精度螺纹的加工。3．应用举例例5：用G76指令加工螺纹程序，如图7-11所示的零件上一段直螺纹，螺纹高度为3.68mm，螺距为6mm，螺纹尾端倒角为1.0P，刀尖角为60°，第一次车削深度为1.8mm，最小切深为0.1mm。则程序段参见表7-7。7.3螺纹切削指令图7-11G76螺纹切削举例表7-7G76编程举例程序名O0705程序号程

序备

注N5G54G00X200.0Z100.0；N10G97S500T0202M08M03；

N15G00X80.0Z130.0；快速走到螺纹循环起点N20G76P011060Q100R200；螺纹切削循环N25G76X60.64Z50.0P36800Q1800F6.0；N30G00X200.0Z200.0M09；N35M05；N40M30；螺纹有单线和多线之分。沿一条螺旋线形成的螺纹为单线螺纹，沿两条或两条以上螺旋线形成的螺纹为双线或多线螺纹。1．改变螺纹切削初始角改变螺纹切削初始角方法加工多线螺纹是根据螺纹的线数将圆周方向进行分度，每加工完一线螺纹后，主轴的圆周方向旋转一定角度，而起刀点轴向位置不变，进行下一线螺纹的加工。1）指令格式

G32X（U）

Z（W）

F

Q

；7.4多线螺纹的加工

X，Z——绝对尺寸编程时螺纹的终点坐标；

U，W——增量尺寸编程时螺纹的终点坐标；

F——螺纹导程，如果是单线螺纹，则为螺纹的螺距；

Q——螺纹起始角，该值为不带小数点的非模态值，即增量为0.001°，如起始角为180°,则Q180000。单线螺纹可以不用指定，此时该值为0。2）应用举例用G32指令编制如图7-12所示零件上螺纹的加工程序。7.4多线螺纹的加工图7-12双线螺纹⑴工艺分析该零件上有双线螺纹M24×3(P1.5)－6g，螺距1.5mm，导程3mm。工件原点设在右端面中心。⑵数值确定①螺纹切深量、进刀次数以及背吃刀量，切深量（半径值）1.949mm，进刀次数7次，每刀背吃刀量（直径值）分别为：1.2mm、0.7mm、0.6mm、0.4mm、0.4mm、0.4mm、0.2mm。②δ1=4mm，δ2=2mm。③第1线螺纹的起始角为0°，第2线螺纹的起始角为180°⑶参考程序见表7-87.4多线螺纹的加工表7-8G32加工双线螺纹加工

参考程序程序名O0706程序号程

序备

注N5G54G97G21；N10M03S500T0101；

N15G00X30.0Z4.0；N20X22.8；N25G32Z-22.0F3.0Q0；第1线螺纹第1刀N30G00X30.0；N35Z4.0；N40X22.1；N45G32Z-22.0F3.0Q0；第1线螺纹第2刀表7-8G32加工双线螺纹加工

参考程序N50……N55G00X19.9；N60G32Z-22.0F3.0Q0；第1线螺纹第7刀N65G00X30.0；N70Z4.0；N75X22.8；N80G32Z-22.0F3.0Q180000；第2线螺纹第1刀N85G00X30.0；N90Z4.0；N95X22.1；表7-8G32加工双线螺纹加工

参考程序N100G32Z-22.0F3.0Q180000；第2线螺纹第2刀N105……N110G00X19.9；N115G32Z-22.0F3.0Q180000；第2线螺纹第7刀N120G00X30.0；N125X100.0Z100.0N130M05N135M302．改变螺纹切削起点1）方法原理改变螺纹切削起点方法加工多线螺纹是编程时先确定第一线螺纹的切削起点，利用螺纹加工指令加工完第1线螺纹，在加工第2线螺纹前，要重新确定切削起点，与第一线螺纹的切削起点轴向相差一个螺距P，依此类推，即可车削多头螺纹。由于螺纹切削起点位置发生变化，而切削终点不变，所以编程时每线螺纹走刀长度相应增加或减少一个螺距，以保证各线螺纹终点的一致。7.4多线螺纹的加工这种以轴向移动一个螺距来车削多线螺纹的方法是目前数控系统普遍采用的方法。但是，这种方法编程比较繁琐、而且对于有顶尖或轴肩的螺纹可能无法加工。2）应用举例加工螺纹的工件参考程序见表7-9。

7.4多线螺纹的加工表7-9改变螺纹切削起点参考程序程序名O0707程序号程

序备

注N5G54G97G21；N10M03S500T0101；

N15G00X30.0Z4.0；第1线螺纹循环起点N20G92X22.8Z-22.0F3.0；第1线螺纹N25X22.1；N30X22.1；N35X22.1；N40X22.1；N45X22.1；表7-9改变螺纹切削起点参考程序N50X19.9；N55G00X30.0Z5.5；确定第2线螺纹循环起点N60G92X22.8Z-22.0F3.0；第2线螺纹N65X22.1；N70X22.1；N75X22.1；N80X22.1；N85X22.1；N90X19.9；N95X100.0Z100.0；N100M05；N105M30；

编制如图7-13所示零件数控加工程序。零件毛坯ø50×78mm。1）零件轮廓几何要素分析零件加工面主要有内外圆柱面、内外退刀槽、倒角和内、外螺纹等。2）精度分析⑴尺寸精度分析。该零件精度要求较高的尺寸主要有：内螺纹M24×2-6H，其余都是一般要求。⑵表面粗糙度分析。零件加工后Φ30、Φ48和Φ36的外圆柱表面粗糙度要求为Ra1.6μm，内、外螺纹的粗糙度、退刀槽与其他表面的粗糙度为Ra6.3μm。7.5编程实例图7-13

3）加工工艺分析⑴制定加工方案与加工路线。采用两次装夹后完成粗、精加工的加工方案，先加工左端内、外形和内螺纹，完成粗、精加工后，掉头加工工件右端。进行数控加工时尽可能采用沿轴向切削的方式进行加工，以提高加工过程中工件与刀具的刚性。⑵工件的定位及装夹。工件采用三爪卡盘进行定位与装夹。工件装夹过程中，应对工件进行找正，以保证工件轴线与主轴轴线同轴。⑶刀具的选用。根据零件加工要求，需要选用外圆车刀（加工外轮廓、端面）、内孔车刀（加工内孔）、内、外切槽刀（加工退刀槽）、内、外螺纹刀（加工螺纹）、钻头和中心钻。

7.5编程实例

⑷确定切削用量。加工参数的确定取决于实际加工经验、工件的加工精度及表面质量、工件的材料性质、刀具的种类及形状、刀柄的刚性等诸多因素。①主轴转速。根据硬质合金刀具材料切削钢件时，本工件粗加工主轴转速在400