数控加工螺纹轴工艺规程的研究

学生姓名：李胜班级：机制330902指导老师：夏静文

9/29/202311.1机械加工工艺规程的设计原则1)确保加工质量，可靠地达到产品图样所提出的全部技术条件；2)提高生产率，保证按期完成并力争超额完成生产任务；3)减少人力和物力的消耗，降低生产成本；4)尽量降低工人的劳动强度，使操作工人有安全良好的工作条件。第一章机械加工工艺规程简介9/29/202321.2机械加工工艺规程的制订步骤和内容

1．分析研究产品的装配图和零件图(1)熟悉产品的性能、用途、工作条件(2)对装配图和零件图进行工艺审查:审查图样的完整性和正确性、审查零件技术要求的合理性、审查零件的结构工艺性。2．选择毛坯3．拟订工艺路线：选择定位基准，确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序9/29/202331.3制订零件加工工艺规程基础知识1.31分析零件图(1)检查零件图的完整性和正确性(2)零件的技术要求分析(3)零件的材料分析(4)合理的标注尺寸9/29/20234

1.32加工工艺路线的制

零件机械加工的工艺路线是指零件生产过中，由毛坯到成品所经过工序的先后顺序。在拟定工艺路线时，除了首先考虑定位基准的选择外，还应当考虑各表面加工方法的选择，工序集中与分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。9/29/20235

(1)加工表面本身加工要求根据每个加工表面的技术要求和各种加工方法及其组合后所能达到的经济加工精度和表面粗糙度，确定加工方法及加工方案。所谓经济加工精度和表面粗糙度是在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。详见表4-2~表4-5

(2)被加工材料的性能(3)生产类型(4)本厂(或本车间)的现有设备情况及技术条件1.33零件表面加工方法的选择9/29/202361.34加工阶段的划分

1．加工阶段的划分:粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段。2.划分加工阶段的目的：(1)利于保证加工质量，(2)便于合理使用机床，(3)便于安排热处理工序3.划分加工阶段的有利条件：1)粗加工各表面后可及早发现毛坯的缺陷，2)精加工工序安排在最后，可保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。续9/29/202371.35工序的集中与分散

工序集中与工序分散是拟定工艺路线的两个不同原则。(1)工序集中的特点1)便于采用高效专用设备和工艺装备，来大大提高生产率；2)减少了设备数量，相应地减少了操作工人和生产面积；3)减少了工序数目，减少了运输工作量，简化了生产计划工作，缩短了生产周期；4)减少了工件安装次数，不仅有利于提高生产率，而且由于在一次安装中加工许多表面，也易于保证它们之间的相互位置精度；5)因为采用的专用设备和专用工艺装备数量多而复杂，所以机床和工艺装备的调整、维修费事，生产准备工作量很大。9/29/202381.4数控加工工艺设计基本内容

1．数控加工工艺的特点数控加工的整个过程是自动的，即把全部工艺过程、工艺参数在加工前编写成程序，所以数控加工工艺设计要比普通加工方式的工艺具体得多。

9/29/202392．数控加工内容的选择

（1）适合数控加工的零件

1)最适应数控加工的零件。

①形状复杂，加工精度要求高，用普通机床难以加工或难以保证加工质量的零件；

②具有复杂曲线、曲面轮廓的零件；

③具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的壳体或盒形零件；

④必须在一次装夹中完成铣、钻、锪、镗、铰或攻丝等多道工序的零件。9/29/2023102．数控加工内容的选择2)较适应数控加工的零件。①零件价值较高，且尺寸一致性要求高，在普通机床上加工时容易受人为因素(如操作者技术水平、情绪波动等)干扰，进而影响加工质量的零件；②在普通机床上加工必须使用多套、复杂专用工装的中、小批量零件；③需要多次更改设计后才能定型的零件；

④在普通机床上加工调整时间较长的零件；

⑤在普通机床上加工生产率很低或劳动强度很大的零件9/29/2023112．数控加工内容的选择3)不适应数控加工的零件。①生产批量大的零件(个别工序可采用数控机床加工)；②装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；③加工余量波动很大、且在数控机床上无在线检测系统可用于自动调整零件坐标位置的零件。9/29/2023122．数控加工内容的选择一般可按下列原则选择数控加工内容：1)普通机床无法加工的内容应作为优先选择的内容。2)普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。3)普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存富余能力的基础上进行选择。9/29/2023132．数控加工内容的选择不宜采用数控加工的工序如下：1)在机床上调整时间较长的加工内容，例如以粗基准定位加工第一个精基准的工序；2)以特定的样板、样件作为加工依据的型面、轮廓，编程时数据采集困难、易与检验依据发生矛盾的工序；3)不能在一次安装中完成加工的零星加工表面，采用数控加工又很麻烦，可采用通用机床互补加工；4)加工余量大且不均匀的粗加工。9/29/2023143．数控加工工艺性分析（1）零件图样分析①零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，9/29/2023153．数控加工工艺性分析（1）零件图样分析②分析被加工零件的设计图纸。③构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)，是数控编程的重要依据。9/29/202316(2)零件的结构工艺性分析①零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，方便编程，提高生产效益。②内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。

9/29/202317③铣零件槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。④应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。

9/29/2023183．数控加工的工艺路线设计（1）数控加工工序与普通加工工序的衔接数控加工的工艺路线设计与普通机床加工的常规工艺路线拟定的区别主要在于：它仅是几道数控加工工艺过程的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程。9/29/2023193．数控加工的工艺路线设计(2)工序的划分①按安装次数划分工序②按所用刀具划分工序

③按粗、精加工划分工序④按加工部位划分工9/29/2023204．数控加工工序的设计(1)确定走刀路线和工步顺序①保证零件的加工精度和表面粗糙度9/29/202321②使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率9/29/202322③最终轮廓一次走刀完成④加工路线的选择要合理：如a.铣削内凹槽的走刀路线选择

9/29/202323(2)工件的定位与夹紧方案的确定①力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。②设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。③避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率。9/29/202324(3)夹具的选择①单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用；②在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单；③零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间，减少辅助时间；④为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高；⑤夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)；⑥为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可采用气动或液压夹具、多工位夹具。9/29/202325(4)刀具及量具的选择

当代所使用的金属切削刀具材料主要有五类：高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石。(5)机床的选择每一类机床都有不同的形式，其工艺范围、技术规格、加工精度、生产率及自动化程度都各不相同。

9/29/202326(6)切削用量的确定

切削用量的确定除了遵循第2章中“切削用量的选择”的有关规定外，还应考虑如下因素：1)刀具质量差异

、2)机床特性、3)保证加工的连续性、4)生产率、5)断屑问题9/29/202327（7）对刀点与换刀点的选择1)对刀点(起刀点)对刀点是数控加工时刀具相对零件运动的起点，也是程序运行的起点。对刀点确定后，即确定了机床坐标系和零件坐标系之间的相互位置关系。2)换刀点换刀点是指刀架转位换刀时的位置。对数控车床、镗铣床、加工中心等多刀加工数控机床，在加工过程中需要进行换刀，为了防止换刀时刀具碰伤工件及其它部件，故编程时应考虑不同工序之间的换刀位置(即换刀点)

9/29/202328第二章螺纹简述和工艺分析与设计9/29/202329第二章螺纹简述和工艺分析与设计2.1螺纹的简述在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起部分。螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按其在母体所处位置分为外螺纹、内螺纹，按其截面形状（牙型）分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹及其他特殊形状螺纹，三角形螺纹主要用于联接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动；按螺旋线方向分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般用右旋螺纹；按螺旋线的数量分为单线螺纹、双线螺纹及多线螺纹；联接用的多为单线，传动用的采用双线或多线；按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹等，按使用场合和功能不同，可分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等。9/29/2023302.2数控加工工艺分析与设计零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件零件工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。9/29/2023312.2数控加工工艺分析与设计 分析零件，技术要求包括5个方面： （1）加工表面的尺寸精度，该零件图的表面尺寸精度要求较高； （2）主要加工表面的形状精度，该零件主要加工的形状为外圆弧表面； （3）主要加工表面的相互位置精度； （4）加工表面的粗糙度和机械物理性能； （5）热处理及其它要求。9/29/2023322.2数控加工工艺分析与设计 该零件有端面、外圆、倒角、圆弧、螺纹、退刀槽等，故为典型轴零件，最适合数控车床加工，选择FANUNCOi系列机床。（1）确定工件的加工部位和具体内容 确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序联系。 ①工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量等。 ②前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。 ③本工序要加工的部位和具体内容。9/29/2023332.2数控加工工艺分析与设计 （2）确定工件的装夹方式 根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可以采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通过了严格的平衡，具有高转速（极限转速可达4000～6000r/min）、高夹紧力（最大推拉力为2000～8000N）、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹紧各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03mm。

由于螺纹轴是一个普通轴类零件，所以采用三爪卡盘进行定位装夹。加工时以右端面为定位基准，取工件的左端面中心为工件坐标系的原点。9/29/2023342.2数控加工工艺分析与设计 （3）走刀路线的确定标准 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点： ①寻求最短加工路线； ②最终轮廓一次走刀完成； ③选择切入切出方向；9/29/202335第三章螺纹轴车削加工工艺及编程3.1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3-1所示的螺纹车削加工。9/29/202336图3-19/29/202337 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3-2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。9/29/202338图3-29/29/202339 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。9/29/202340图3-39/29/202341 如图3-3，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 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。9/29/202342 （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3-4所示。9/29/202343图3-49/29/202344 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： N63G32Z-20F2（螺纹加工程序） N64G00X50 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：9/29/202345 …… N63G32Z-20F2；（螺纹加工程序） N64U4W2；(斜线退出，螺纹加工状态) N65G00X50；(快速退出)9/29/202346 （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：9/29/202347 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；

式中：P为螺纹导程，单线螺纹导程与螺距相同9/29/202348 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一1.05P9/29/202349 （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3mm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“G97S500M03”，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