《零件的加工工艺与编程》 课件 任务7.1 知识准备

项目7螺纹轴的编程与加工三维目标素质目标能力目标知识目标1.以螺纹轴生产流程为主线，培养安全生产与责任意识，养成安全文明生产的职业素养。2.「吊装“无人区”」学思交融，追求品质卓越，心系企业发展。3.「共话空间·创新」学思交融，增强创新意识，强化创新思维。1.掌握螺纹零件的加工工艺知识。2.掌握使用G32、G92和G76指令编写加工三角螺纹程序的方法和技巧。3.掌握螺纹量具的使用方法。1.会编制螺纹零件的加工工艺文件。2.会使用G32和G92指令编写加工程序。项目7螺纹轴的编程与加工任务7.1知识准备项目七017.1.1螺纹的加工工艺

螺纹是零件上常见的一种结构，在实践中应用非常广泛，一般成对使用。螺纹加工是数控车削中必备的基本技能之一。主要有外螺纹和内螺纹两种。1.螺纹的类型

在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹的轮廓形状称为牙型，常见的有三角形、梯形、锯齿形和矩形等。2.螺纹的要素（1）螺纹的牙型

螺纹的各部分名称及代号如图所示，其中，外螺纹的大径d及内螺纹的小径D1也称为顶径；外螺纹的小径d1及内螺纹的大径D也称为底径。（2）螺纹的直径（a）外螺纹

（b）内螺纹

大径（d、D）

：公称直径，与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。

小径（d1、D1）：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。

中径（d2、D2）：母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的假想圆柱的直径。（a）外螺纹

（b）内螺纹

螺纹有单线与多线之分，如图所示。沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹；沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。（3）螺纹的线数n

（a）单线螺纹

（b）多线螺纹

①螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离P。

②导程是指同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离Ph。（4）螺距P和导程Ph

螺纹的旋转方向称为旋向。螺纹有左旋和右旋之分，常用右旋螺纹，即顺时针旋转时旋入的螺纹；反之，为左旋螺纹。螺纹旋向的判定方法为：将外螺纹轴线垂直放置，螺纹的可见部分左高右低为左旋螺纹（LH）；右高左低为右旋螺纹。（5）

螺纹的旋向3.螺纹的标注（1）普通螺纹（公制螺纹）的标注

普通螺纹是我国应用最广泛的三角螺纹，常用于固定、联接或测量等，牙型角为60°，有粗牙普通螺纹和细牙普通螺纹之分。细螺纹粗螺纹牙型角特征代号标记示例示例说明60°MM30LH-6g-SM——牙型代号：普通螺纹30——公称直径：30㎜LH——旋向：左旋（右旋不标）粗牙普通螺纹6g——外螺纹中径和顶径公差带代号S——旋合长度：短旋合60°MM30×1-6H7H-LM——牙型代号：普通螺纹30——公称直径：30㎜1——螺距：螺距为1㎜的单线细牙普通螺纹6H——内螺纹中径公差带代号7H——内螺纹顶径公差带代号L

——旋合长度：长旋合（2）梯形螺纹的标注牙型角特征代号标记示例示例说明30°TrTr30×6（P3）LH-8e-LTr——牙型代号：梯形螺纹30——公称直径：30㎜6（P3）——导程为6㎜，螺距为3㎜的双线梯形螺纹LH——旋向：左旋（右旋不标）8e——梯形外螺纹中径和顶径公差带代号L——旋合长度：长旋合（3）内、外螺纹旋合的标注

内、外螺纹旋合时，标注公差带代号用斜线分开，左边标内螺纹，右边标外螺纹，旋合长度包括螺纹倒角部分，例如：M30LH-7H/6g。序号进给方法图示特点及应用1直进法

车刀沿X向进给。车刀两侧切削刃同时切削，切削力较大，排屑困难，易“扎刀”，螺纹表面粗糙度值较大，但牙型精度高。一般用于加工小螺距螺纹（P＜3㎜）和精加工大螺距螺纹（P≥3㎜）。2左右切削法

车刀除了沿X向进给外，同时还进行Z向左右的微量进给。切削力小，不易“扎刀”，螺纹表面粗糙度值小，牙型精度较低。适用于粗加工大螺距螺纹（P≥3㎜）。3斜进法

车刀除了沿X向进给外，同时还进行Z向的微量进给。刀具负载较小，排屑容易，不易“扎刀”，单侧刃加工容易损伤和磨损，牙型精度较差。适用于加工大螺距螺纹（P≥3㎜）和无退刀槽的螺纹。4.螺纹车削的进给方法（1）切削速度5.车削螺纹切削用量的选用推荐主轴转速:其中：n

——主轴转速，单位为r/min；

P

——螺距，单位为㎜；

K

——保险系数，一般取80。（2）进给量

车削螺纹时，加工程序段中的F

指螺纹的导程。即单线螺纹中为螺距P，多线螺纹中为导程Ph。

常用螺纹车削的进给次数与背吃刀量（公制螺纹）（单位：㎜）牙型深度（半径值）＝0.6495×P

螺距P1.01.52.02.53.03.54.0进给次数及背吃刀量（直径值）

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（3）普通螺纹车削进刀次数与进给量的确定

常用粗牙普通螺纹螺距

（单位：㎜）公称直径d、D22.5345681012螺距P0.40.450.50.70.811.251.51.75公称直径d、D141618202224303336螺距P222.52.52.533.53.546.三角螺纹的尺寸计算车削三角螺纹的经验公式（单位：㎜）基本参数外螺纹经验公式内螺纹经验公式牙型高度hh实际＝0.65P螺纹大径（d、D）d外圆＝d－0.1P≈d－（0.2～0.4）D实际＝D螺纹小径（d1、D1）d1实际＝d－

2h1实际＝d

－1.3P

塑性材料：D孔＝D－P脆性材料：D孔＝D

－1.05P螺纹中径（d2、D2）d2＝D2＝d－0.65P7.车螺纹时轴向进给距离的分析

车螺纹开始时有一个加速过程，结束前有一个减速过程，在这段距离中螺距不能保持均匀，因而为了在伺服电机正常运转的情况下车削螺纹，两端必须设置足够的引入距离（升速段）δ1和超越距离（减速段）δ2。实际生产中，螺纹的加工长度为：W＝L＋δ1

＋δ2式中：

L

——螺纹的有效长度；

δ1

——引入距离，δ1≥P，一般取2～5㎜；

δ2

——超越距离，一般取退刀槽宽度的1/2左右。8.多线螺纹切削起点位置的确定

通过改变螺纹切削时刀具起始点的Z坐标来确定各线螺纹的位置。加工多线螺纹常用的方法是：车削第二条螺旋线时，为了安全起见，螺纹的切削起点一般是沿Z轴向后移动一个螺距，同理加工第三条螺旋线……程序中的移动次数等于螺纹线数n减1（n－1）。1.轴向分线法

通过改变螺纹切削时主轴在圆周方向起始点的C轴坐标来确定各线螺纹的位置，即每线螺纹起始点的位置在螺纹的端面圆上均匀分布。程序中的移动次数等于360°/n（n为螺纹线数）。这种方法只能在有C轴控制功能的数控车床上使用。2.圆周分线法9.螺纹车刀的安装

螺纹车刀安装的正确与否，直接影响螺纹的牙型和精度。在安装螺纹车刀时，应注意以下几点：1.螺纹车刀的伸出长度

装夹外螺纹车刀时，刀杆伸出长度不宜过长，一般为刀杆厚度的1～1.5倍，以增强刀杆刚度；装夹内螺纹车刀时，一般比被加工孔长5～6㎜

。2.螺纹车刀的刀尖角

车刀的刀尖角等于螺纹的牙型角α，其前角γ0＝0°以保证螺纹的牙型角，否则牙型角将差生误差。3.螺纹车刀的安装角度

安装时可将对刀样板内侧水平靠在精车外圆柱面上，然后将车刀移入样板相应角度缺口中，通过对比车刀两刃与缺口的间隙来调整刀具的安装角度。4.螺纹车刀的刀尖高度

用对刀样板安装刀具，刀尖应与工件回转中心等高，以保证刀尖角的角平分线与工件的轴线垂直，这样车出的螺纹牙型才不会偏斜，为防止硬质合金车刀高速切削时“扎刀”，刀尖允许高于工件轴线百分之一的螺纹大径。5.正确紧固刀架螺栓

至少要用两个螺钉压紧在刀架上，并轮流逐个拧紧，拧紧力要适当。10.螺纹零件常用的量具及检测方法量具种类图样应用螺纹塞规

螺纹塞规和环规是综合检测螺纹的量具，可分为普通粗牙、细牙和管螺纹三种。塞规用于内螺纹的检测，环规用于外螺纹检测，包括通端（T）与止端（Z）。检测时，像正常内、外螺纹旋合一样，若通端能与工件旋合，而止端不能旋合或不完全旋合，则该螺纹合格。反之，不合格。此方法效率高、便于批量检测。但只能评定内外螺纹的合格性，无法提供测量的具体数据。常用于检测一般精度的标准螺纹。螺纹环规量具种类图样应用螺纹牙规

螺纹牙规主要用比较法检验螺纹的螺距和牙型角。一组牙规包括了常用的牙形0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、1.0、1.25、1.5、1.75等，测量时，最好是牙规样板全部与被测螺纹套合。螺纹牙规与螺纹千分尺配合使用，常用于检测一般精度的非标准螺纹。螺纹千分尺螺纹千分尺主要用于测量外螺纹中径。除了测量头以外，其他结构与外径千分尺的结构相同。测量时选用一套与螺纹牙型角相同的锥型和V型测头，锥形测头与牙型沟槽吻合，V型测头与牙型吻合，此时的读数就是螺纹中径的尺寸。量具种类图样应用对刀样板

对刀样板主要用于检验螺纹及螺纹车刀角度和螺纹车刀在安装时校正正确位置，也可检验顶尖的准确性。螺纹中径比较仪单次测量可测出多个参数，测量精度高、速度快、范围广。适用场合适用于测量螺纹的中径。三针测量法三针测量法是一种间接测量外螺纹中径的方法。测量时，将三根直径相等的高精度量针放在被测螺纹的沟槽中，用测量外尺寸的计量器具测得三针外表面的尺寸M。再根据被测螺纹的螺距P、牙形半角α/2和量针直径d0

，计算出螺纹中径d2。三针测量法不受牙型的限制，常用于检测精度要求较高、螺纹升角小于4°的螺纹。

三针测量法检测外螺纹中径的简化计算公式

（单位：㎜）螺纹种类三针直径d0测得值M的计算公式测得中径d2计算公式公制普通螺纹d0＝P/2cos(α/2)≈0.577PM＝d2＋3d0－0.866Pd2＝M－3d0＋0.866P梯形螺纹d0＝P/2cos(α/2)≈0.518PM＝d2＋4.864d0－1.866Pd2＝M－4.864d0＋1.866P智能制造·强国有我谢谢大家项目7螺纹轴的编程与加工项目7螺纹轴的编程与加工任务7.1知识准备项目七027.1.2相关编程指令

(1)指令格式G32X(U)＿

Z(W)＿F＿;(2)参数含义①

X(U)＿

Z(W)＿——螺纹终点的绝对坐标或增量坐标，其中

X(U)为直径量，编程时可以二者混合使用，

不运动的坐标可以省略；②

F——螺纹导程（单头螺纹为螺纹螺距）。1.单一螺纹切削指令G32（a）圆柱螺纹（b）圆锥螺纹

(3)刀具运动轨迹

刀具从刀具起点A开始，按矩形或梯形经过四步完成一次螺纹切削加工，①车刀从刀具起点快速切入；②按给定的导程切削螺纹；③快速退刀；④快速返回。图中R表示快速移动，F表示按默认的工作进给速度移动。（a）圆柱螺纹

（b）圆锥螺纹(4)使用说明①

编程时，螺纹车刀从“进刀-螺纹切削-退刀-返回”四个动作均需要编入程序。②锥螺纹其斜角α＜45°时,导程F以Z轴方向指定；锥螺纹其斜角45°＜

α＜90°时,F以X轴方向指定。③车螺纹时，必须设置引入距离（升速段）δ1和超越距离（降速段）δ2。④螺纹起点与螺纹终点径向尺寸的确定。螺纹加工中的编程大径应根据螺纹尺寸标注及公差要求进行计算，由外圆车削来保证。⑤螺纹加工中的进给次数和背吃刀量（进刀量）会直接影响螺纹的加工质量，车削螺纹时的进给次数与背吃刀量可参考表《常用螺纹车削的进给次数与背吃刀量》。⑥

加工左旋或右旋螺纹，由主轴旋转方向、刀具的安装方向和刀具的移动方向确定。(5)注意事项①

螺纹车削期间，进给速度倍率、主轴速度倍率无效（固定在100%）。②

在螺纹车削加工中，不能使用恒线速控制G96。③执行圆锥螺纹切削时,螺纹切削起点与终点坐标受δ1、δ2影响后，必须取锥度斜面延长线上的点，以保证螺纹锥度的正确性。(6)适用场合用于车削等螺距圆柱螺纹和圆锥螺纹，还可以加工不同锥度的连续螺纹。2.螺纹切削单一固定循环指令G92(1)指令格式G92X(U)＿Z(W)＿R＿F＿;(2)参数含义①

X(U)＿

Z(W)＿——螺纹终点的绝对坐标或增量坐标，其

中X(U)为直径量，编程时可以二者混

合使用，不运动的坐标可以省略；②

R——螺纹部分的半径差，即螺纹切削起点与切削终点的

半径差。加工圆柱螺纹时，R＝0；加工圆锥螺纹时，当X向切削起点坐标小于切削终点坐标时，R为负，反之为正。与G90指令的判断方法相同；③F——螺纹导程（单线螺纹为螺距）；④G92指令为模态指令，F、R均为模态代码。（a）圆柱螺纹（b）圆锥螺纹

(3)刀具运动轨迹

刀具从循环起点A开始，按矩形或梯形进行自动循环，最后又回到循环起点A。图中R表示快速移动，F表示按默认的工作进给速度移动。（a）圆柱螺纹循环

（b）圆锥螺纹循环(4)使用说明①用G92指令编程时，注意循环起点的正确选择。通常情况下，X向取在离外圆表面2～5㎜（直径值）的地方，Z向根据引入距离（升速段）δ1来进行选取。②螺纹加工中的进给次数和背吃刀量（进刀量）会直接影响螺纹的加工质量，车削螺纹时的进给次数与背吃刀量可参考表《常用螺纹车削的进给次数与背吃刀量》。③G92指令为模态指令，当Z轴移动量没有变化时，只需对X轴指定其移动指令即可重复执行固定循环动作。④执行G92循环时，在螺纹切削的退尾处，刀具沿接近45°的方向斜向退刀，Z向退刀距离r＝（0.1－12.7）S（导程），该值由系统参数设定。注意超越距离（降速段）δ2的选用。⑤在单段方式下执行G92指令，每执行一次循环必须按4次循环启动。⑥用G90/G92/G94指令以外的01组指令代码取消固定循环方式。(5)注意事项①

螺纹车削期间，进给速度倍率、主轴速度倍率无效（固定在100%）。②

在螺纹车削加工中，不能使用恒线速控制G96。③执行圆锥螺纹切削时,螺纹切削起点与终点坐标受δ1、δ2影响后，必须取锥度斜面延长线上的点，以保证螺纹锥度的正确性。(6)适用场合可循环车削等螺距圆柱螺纹和圆锥螺纹。3.螺纹切削复合循环指令G76(1)指令格式G76P(m)(r)(α)Q(Δdmin)R(d);G76X(U)＿Z(W)＿R(i)

P(k)

Q(Δd)

F＿;(2)参数含义①m——精加工重复次数（1～99），一般

取1～2次；②r——螺纹尾端倒角量，即螺纹切削退尾处

（45°）的Z向退刀距离。是螺纹导程

的0～9.9倍，系数为0.1的整数倍，用

两位整数00～99表示；③α——刀尖角（螺纹牙型角），可选择80°、60°、55°、30°、29°和0°中的任意一种，用两位数来表示；m、r、α的值均为模态值，用地址P同时指定，每个两位数中的前置0不能省略。例如：若m＝2，r＝1.0S，α＝60°时，则P指定为P021060。④Δdmin——最小切削深度（半径值），单位为μm，该值为模态值。如运动轨迹图（b）所示，第n次循环运行的切削深度为

，当计算深度小于此值时，切削深度锁定在这个值。例如：若Δdmin＝0.1㎜时，指定为Q100；⑤d——精加工余量（半径值），单位为μm，该值为模态值；⑥

X(U)＿Z(W)＿——螺纹终点的绝对坐标或增量坐标，其中X(U)为直径量。

编程时可以二者混合使用，不运动的坐标可以省略；⑦i——螺纹部分的半径差。加工圆柱螺纹时，i＝0；加工圆锥螺纹时，当X

向切削起点坐标小于切削终点坐标时，i为负，反之为正。与G92指令

的判断方法相同；⑧k——螺纹牙型高度（半径值），单位为μm；⑨Δd——第一次的切削深度（半径值）；⑩F

——螺纹导程，单位为㎜。(3)刀具运动轨迹

刀具从循环起点A以G00方式沿X向进给至螺纹牙顶X坐标处B点（X＝小径＋2k），然后沿基本牙型一侧平行的方向进给，如图（b）所示，X向切深为Δd，在以螺纹切削方式切削至离Z向终点距离为r处，倒角退刀至D点，再X向退刀至E点,最后返回A点，准备第二次切削循环，直至循环结束。(a）运动轨迹

（b）单侧刃加工切削参数(4)使用说明①

G76可以在MDI方式下使用。②

G76指令为非模态指令，所以必须每次指定。(5)注意事项在G32指令注意事项的基础上，还应注意以下几点：①

G76指令中，P和Q不能使用小数点输入，必须以最小输入增量μm为单位指定移动量和切深。②循环中不能使用刀尖圆弧半径补偿。③在G76指令执行过程中，可以停止循环而进行手动操作若要重新起动循环，刀具必须返回到循环停止时的位置，否则，后面的轨迹将被移动一个手动操作的移动量。(6)适用场合常用于加工大螺距螺纹、无退刀槽的螺纹以及蜗轮、蜗杆等梯形螺纹的加工。

如图（a）所示圆柱螺纹零件，外轮廓和退刀槽已加工完成，试用G32、G92、G76指令编写螺纹的程序。

例7-1（a）零件图

（b）走刀路线与数值计算点位1工艺分析及数值计算

以圆柱螺纹零件装夹后的右端面与主轴轴线的交点为原点建立工件（编程）坐标系，如图所示。

（1）根据已知条件M30×2，查表

《常用螺纹车削的进给次数与背吃刀量》：螺纹牙型深度为1.3㎜，分五次进给，背吃刀量（直径值）分别为：0.9㎜、0.6㎜、0.6㎜、0.4㎜、0.1㎜。

常用螺纹车削的进给次数与背吃刀量（公制螺纹）（单位：㎜）牙型深度（半径值）＝0.6495×P

螺距P1.01.52.02.53.03.54.0进给次数及背吃刀量（直径值）

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（2）设：升速段δ1＝5㎜，降速段δ2＝2㎜（3）

d外圆＝d－0.2＝30－0.2＝29.8㎜

d1实际＝d－1.3P＝30－1.3×2＝27.4㎜（4）采用绝对值方式编程，加工螺纹坐标及参数的计算如下：编程原点O对刀点O安全点P换刀点HG32切削起点AG92/G76循环起点AX坐标值0.00.0100.0100.032.032.0Z坐标值0.00.0100.0100.05.05.0进刀次数背吃刀量（直径值）螺纹分次进刀X值螺纹起点螺纹终点第一次①0.9㎜X1＝30.0－0.9＝29.1㎜

（29.1，5.0）（29.1，-22.0）第二次②0.6㎜X2＝29.1－0.6＝28.5㎜（28.5，5.0）（28.5，-22.0）第三次③0.6㎜X3＝28.5－0.6＝27.9㎜（27.9，5.0）（27.9，-22.0）第四次④0.4㎜X4＝27.9－0.4＝27.5㎜（27.5，5.0）（27.5，-22.0）第五次⑤0.1㎜X5＝27.5－0.1＝27.4㎜（27.4，5.0）（27.4，-22.0）2编写加工程序程序段号程序程序说明

O0702;程序号

G21G40G97G99;程序初始化

T0101M03S200;换1号刀调用1号刀补，主轴以每分钟200转正转，车M30×2㎜的螺纹

G00X100.0Z100.0;快速移动到1号刀的安全点P

G00Z5.0;快速移动到切削起点A的Z坐标

X32.0;快速移动到切削起点A的X坐标

X29.1;进刀至第一次①螺纹起点

G32Z-22.0F2.0;单一螺纹切削指令G32第一次车螺纹

G00X32.0;第一次沿X方向退刀

Z5.0;第一次沿Z方向返回

X28.5;进刀至第二次②螺纹起点

G32Z-22.0F2.0;第二次车螺纹

G00X32.0;第二次沿X方向退刀

Z5.0;第二次沿Z方向返回X27.9;进刀至第三次③螺纹起点G32程序段号程序程序说明

G32Z-22.0F2.0;第三