浅析梯形螺纹在数控车床上的加工.doc

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1、学院 技师论文浅析梯形螺纹在数控车床上的加工 目录摘 要. . . . . .2关键词. . . . .2引 言. . . . . .2一、梯形螺纹的相关工艺知识21梯形螺纹的用途22梯形螺纹车刀及其几何角度23梯形螺纹车刀的装夹44. 梯形螺纹的加工方法55梯形螺纹的参数66. 梯形螺纹的检测67梯形螺纹的编程指令9二、结合典型零件分析121梯形螺纹加工工艺分析及参数设定122梯形螺纹的编程143内外梯形螺纹配合16三、加工梯形螺纹的几点注意事项17四、总结17五、参考文献17六、致谢18浅析梯形螺纹的数控加工【摘要】：阐述数控车床加工梯形螺纹的方法,简要介绍工艺参数选择、刀具设计、程序编制

2、、加工过程处理、检验方法和误差补偿与修正，从而提高生产效率。【关键词】：梯形螺纹;数控加工;刀具设计;程序编制引言梯形螺纹通常用于传动,精度要求较高,与三角形螺纹相比,螺纹牙形深度大,牙形角度小,并且与梯形螺母之间还有一定的配合精度,因此加工较为困难。数控车床加工梯形螺纹,其精度主要由车床精度保证,由于数控车床本身定位精度(可达0.101mm) ,和重复定位精度(可达0.1005mm)高,加工出的梯形螺纹精度高、尺寸一致性好、质量稳定,而且生产效率高、大大减轻工人劳动强度。一、梯形螺纹的相关工艺知识1梯形螺纹的用途梯形螺纹是应用广泛的一种螺纹，如车床上的长丝杠和中、小滑板丝杠都是梯形螺纹。梯形

3、螺纹分米制和英制两种，米制梯形螺纹的牙型角30，英制梯形螺纹的牙型角29。我国常用的是米制梯形螺纹。2梯形螺纹车刀及其几何角度(1)梯形外螺纹车刀a、高速钢车梯形外螺纹时，径向切削力较大，为减小切削力，螺纹车刀分粗车刀和精车刀。粗车刀：如图1所示： 图1 粗车刀几何角度图刀尖角应略小于螺纹的牙型角，一般取29刀尖宽度应小于牙型槽宽W，一般取2/3W径向前角取1015,径向后角取68两侧后角进刀方向(35)+ 其中: 为螺纹升角。背进刀方向为(35)-精车刀：如图2所示： 图2 精车刀几何角度图刀尖角应等于螺纹的牙型角，一般取30刀尖宽度应小于牙型槽宽W，一般取W-0.05径向前角取0,径向后角

4、取68两侧后角进刀方向为(58)+ 其中: 为螺纹升角背进刀方向为(58)-b、 硬质合金：如图3所示： 图3 硬质合金几何几何角度刀尖角应等于螺纹的牙型角，一般取30刀尖宽度应小于牙型槽宽W，一般取W径向前角取0,径向后角取56两侧后角进刀方向为(35)+ 其中: 为螺纹升角背进刀方向为(35)-(2)梯形内螺纹车刀梯形内螺纹车刀与三角形内螺纹车刀基本相同，只是刀尖角等于30。如图4所示：图4 内梯形车刀几何角度为了增加刀头强度、减小振动，梯形内螺纹车刀的前面应适当磨得低一些。注意： (1)车削一般精度的梯形螺纹时，可使用硬质合金梯形螺纹车刀进行高速车削，以提高生产效率。(2)数控上我们选用

5、硬质合金梯形螺纹车刀加工。梯形螺纹车刀刃磨的参数：螺纹的牙型角和牙底槽宽度3梯形螺纹车刀的装夹梯形螺纹车刀对刀示意图图5所示：图5 应满足：(1)螺纹车刀刀尖应与工件轴线等高。(2)两切削刃夹角（刀尖角）的平分线应垂直与工件轴线，装夹时用对刀样板校正，以免产生螺纹半角误差。4. 梯形螺纹的加工方法梯形螺纹的加工方法有很多种如直进法，斜进法，交错切削法，切槽刀粗切槽法等如图6所示。(a)直进法 （b）斜进法 （c）交错切削法 （d）切槽刀粗切槽法图6 梯形螺纹几种加工方法示意图 （1）直进法 螺纹车刀X向间歇进给至牙深处（如图a）。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀的三面都参加切削，导致加工排

6、屑困难，切削力和切削热增加，刀尖磨损严重。当进刀量过大时，还可能产生“扎刀”和“爆刀”现象。这种方法数控车床可采用指令G92来实现，但是很显然，这种方法是不可取的。（2）斜进法 螺纹车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处（如图b）。采用此种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削，从而使排屑比较顺利，刀尖的受力和受热情况有所改善，在车削中不易引起“扎刀”现象。该方法在数控车床上可采用G76指令来实现。（3）交错切削法 螺纹车刀沿牙型角方向交错间隙进给至牙深（如图c）。该方法类同于斜进法，也可在数控车床上采用G76指令来实现。（4）切槽刀粗切槽法 该方法先用切槽刀粗切出螺纹槽（如图d）

7、，再用梯形螺纹车刀加工螺纹两侧面。这种方法的编程与加工在数控车床上较难实现。5梯形螺纹的参数梯形螺纹的牙型如图7所示： 图7 梯形螺纹牙型示意图各基本尺寸计算如下表1所示。表1：名称代号计算公式牙顶间隙acP1.556121444ac0.250.51大径d、D4d=公称直径，D4=d+ac中径d2、D2d2=d-0.5P, D2=d2小径d3、D1d3=d-2h3, D1=d-p牙高h3、H4h3=0.5P+ac,H4=h3牙顶宽f、ff=f=0.366p牙槽底宽W、WW=W=0.366p-0.536ac6. 梯形螺纹的检测 (1) 综合测量 a、梯形外螺纹对于精度要求不高的梯形外螺纹，一般采

8、用标准的梯形螺纹量规螺纹环规进行综合检测。如图8所示：图8 螺纹环规检测前，应先检查螺纹的大径、牙型角和牙型半角、螺距和表面粗糙度，然后用螺纹环规检测。如果螺纹环规通规能顺利拧入工件螺纹，而止规不能拧入，则说明螺纹精度符合要求。b、梯形内螺纹内梯形螺纹通常使用标准的梯形螺纹量规螺纹塞规和小径塞规进行综合检测。如图9所示： 图9 螺纹塞规检测时，先用小径塞规检测内梯形螺纹小径；合格后用螺纹塞规检测螺纹，通端能顺利拧入工件，止端拧不进，说明螺纹合格。(2)三针测量三针测量是一种比较精密的检验方法，适合测量精度要求较高、螺纹升角小于4的梯形螺纹的中径尺寸。如图10所示： 图10 三针测量示意图测量时

9、，将3根直径相等、尺寸合适的量针放置在螺纹两侧相对应的螺旋槽中，用千分尺测量两边量针顶点之间的距离M，由M值换算出螺纹中径的实际尺寸。对于梯形螺纹（30），M值的计算公式： M=d2+4.864dD-1.866P 其中：d2为螺纹中径尺寸 dD为量针的直径 P为螺纹的螺距 如图11为三针测量数值选择示意图所示： 图11 三针测量数值选择示意图三针测量用的量针直径dD不能太大，必须保证量针截面与螺纹牙侧相切。也不能太小，否则量针将陷入牙槽中，其顶点低于螺纹牙顶而无法测量。最佳的量针直径是指量针横截面与螺纹牙侧相切于螺纹中径处的量针直径。因此对于梯形螺纹（30），量针直径的取值范围：最小值为0.4

10、86P最佳值为0.518P最大值为0.656P(3)单针测量 如图12单针测量示意图所示： 图12 单针测量示意图在测量螺距直径和螺距较大的螺纹中径时，用单针测量比用三针测量方便、简单。测量时，将一根量针放入螺旋槽中，另一侧则以螺纹的大径为基准，用千分尺测量出量针顶点与另一侧螺纹大径之间的距离A。由A值换算出螺纹中径的实际尺寸。量针的选择与三针测量相同。A值的计算公式：A=1/2(M+dO)其中：d0为螺纹大径的实际尺寸M为三针测量时计算出的M值7梯形螺纹的编程指令(1)Fanuc-0i数控系统G76螺纹切削循环指令：图13 Fanuc-0i系统指令轨迹示意图格式：G76 P（m）(r) (a

11、) Q(dmin）R（d）；G76 X(U)_Z(W)_R(i)P(k) Q(d)F(f)其中： m为精加工重复次数0199；r为螺纹尾部倒角量，即螺纹切削退尾处（45）的Z向退刀距离。导程（螺距）由S表示时，可以从0.1S(两位数：从0099)；为刀尖角度）(如图13所示)。可以选择80、60、55、30、29和 0共6种中的任意一种；dmin为最小切削深度，单位：um；D为精加工余量,单位：mm；X(U)_Z(W)_为螺纹终点坐标；i为螺纹部分的半径差，i=0则为圆柱螺纹；k为螺纹牙高，单位：um；d为第一次切削的切削深度，单位：um；f 为导程，如果是单线螺纹，则该值为螺距；(2)Sie

12、mens802D数控系统 螺纹切削循环指令：CYCLE97（PIT，MPIT，SPL，FPL，DM1，DM2，APP，ROP，TDEP，FAL，IANG，NSP，NRC，NID，VARI，NUMT）PIT：螺纹导程MPIT：用螺纹大径表示螺距，范围M3M60SPL：螺纹起始点纵向（Z轴）坐标值FPL：螺纹终点纵向（Z轴）坐标值DM1：螺纹起始点直径DM2：螺纹终点直径APP：空刀导入量ROP：空刀导出量TDEP：螺纹切削深度(半径量)FAL：精加工余量(半径量)IANG：切入进给角 图14 螺纹车刀进刀说明当切入进给角IANG为0时，螺纹进刀方式为直进法进刀；当切入进给角IANG为刀尖角度的一

13、半时，刀具始终沿牙型同一侧（即斜向）进刀；当切入进给角IANG为负的刀尖角度的一半时，刀具分别沿牙型两侧交错进刀； （如图14所示。）NSP：首圈螺纹起始点偏移NRC：粗加工切削次数NID：停顿次数VARI：螺纹加工类型如图15所示： 图15 螺纹加工类型说明1外螺纹 恒切深进刀 3外螺纹 恒切深截面进刀2内螺纹 恒切深进刀 4内螺纹 恒切深截面进刀NUMT：螺纹头数二、结合典型零件分析如图16,17为件1，件2的零件图所示： 图16 件1 图17 件21梯形螺纹加工工艺分析及参数设定由于图中毛坯料为45号钢的梯形螺纹Tr40x7-7e，所以车内外梯形螺纹选择高速钢车刀且径向切削力较大，为减小

14、切削力，螺纹车刀分粗车刀和精车刀。同时考虑到由于梯形螺纹的牙型较深，车削时如果三条刃同时参与切削，切削力很大，很容易引起振动。因此对此零件采用斜进法加工。并针对此梯形螺纹加工工艺具体分析及根据查表和计算出以下参数：(1) 外梯形螺纹如图18所示：图18 外梯形几何参数示意图牙顶间隙ac=0.5大径d =公称直径=40.0-0.425mm (取39.7mm)中径d2=d-0.5p=40-0.5x7=36.5mm小径d3=d-2h3=40-2x4=32.0-0.569mm (取31.7mm) 牙高h3=0.5p+ac=0.5x7+0.5=4mm牙顶宽f=0.366p=0.366x7=2.562mm

15、牙槽底宽W=0.366p-0.536ac=0.366x7-0.536x0.5=2.294mm量针的取值范围：3.4024.592mm（通常选用4mm量针）三针测量M值：M=d2+4.864dD-1.866p =36.5+4.864x4-1.866x7=42.894-0.125-0.425mm即三针测量的范围为42.36942.769mm外梯形螺纹车刀的牙顶宽为W=2.294mm(2) 内梯形螺纹如图19内梯形几何参数示意图所示： 图19 牙顶间隙ac=0.5大径D4 =d+2ac=41 mm (取41mm)中径D2=d2=36.5+0.475=36.975mm小径D1=d-p=40-7=33

16、+0.56=33.56mm (取33.3mm) 牙高H4=h3=4mm牙顶宽f=0.366p=0.366x7=2.562mm牙槽底宽W=0.366p-0.536ac=0.366x7-0.536x0.5=2.294mm内梯形螺纹车刀的牙顶宽为f=2.562mm2梯形螺纹的编程 如表2,3所示(1) 外梯形螺纹表2：外梯形螺纹的程序及说明刀具T05为外梯形螺纹车刀 程序段号FANUC 0i 系统SIEMENS 802D系统程序说明O0002；SK2.MPF加工外梯形螺纹程序N10G99 F0.5; G95F0.3;程序开始部分N20T0505；T5D1;N30M3S400；主轴转速400r/min

17、N40G0 X50 Z5 M8;快速定位至循坏起点N50G76 P020030 Q100 R0.05;CYCLE97(7,0,0,-25,40,40,10,7,4,0.1,15,0,40,5, 1,1）粗车外梯形螺纹N60G76 X31.7 Z-30 P4000 Q400 F7; N70G1X200M9；退 刀N80Z300 M5；N90M0；程序暂停N100T0505；T5D1;换梯形螺纹车刀N120M3S400；主轴转速400r/minN130G0 X50 Z5 M8;快速定位至循坏起点N140G76 P020030 Q100 R0.05;CYCLE97(7,0,0,-25,40,40,1

18、0,7,4,0 ,15,0, 5 , 3, 1,1）精车外梯形螺纹N150G76 X31.7 Z-30 P4000 Q3600 F7; N160G1X200M9；退 刀N170Z300 M5；N180M2；程序停止(2) 内梯形螺纹 表3：内梯形螺纹的程序及说明刀具T06为内梯形螺纹车刀 程序段号FANUC 0i 系统SIEMENS 802D系统程序说明O0002；SK2.MPF加工外梯形螺纹程序N10G99 F0.5; G95F0.3;程序开始部分N20T0606；T6D1;N30M3S400；主轴转速400r/minN40G0 X28 Z5 M8;快速定位至循坏起点N50G76 P0200

19、30 Q100 R-0.05;CYCLE97(7,0,0,-25,33,33,10,7,4,0.1,15,0,40,5, 2,1）粗车内梯形螺纹N60G76 X41 Z-30 P4000 Q400 F7; N70G1X200M9；退 刀N80Z300 M5；N90M0；程序暂停N100T0606；T6D1;换梯形螺纹车刀N120M3S400；主轴转速400r/minN130G0 X28 Z5 M8;快速定位至循坏起点N140G76 P020030 Q100 R-0.05;CYCLE97(7,0,0,-25,33,33,10,7,4,0 ,15,0,5 , 3, 2,1）精车内梯形螺纹N150G

20、76 X41 Z-30 P4000 Q3600 F7; N160G1X200M9；退 刀N170Z300 M5；N180M2；程序停止3内外梯形螺纹配合 如图20内外梯形螺纹配合示意图所示： 图20 内外梯形螺纹配合示意图(1) 梯形螺纹加工的一般技术要求：a、内外梯形螺纹的中径必须与基准轴同轴，其大径尺寸小于基本尺寸。b、内外梯形螺纹的配合以中径定心，因此车削梯形螺纹时必须保证中径尺寸公差。c、内外梯形螺纹车刀的牙型角要正确。d、梯形螺纹牙型两侧面的表面粗糙度值要小。(2) 加工步骤：a 、加工件一的外梯形螺纹，采用三针进行检测合格。修调方法： 将螺纹小径做到尺寸31.8mm（以零件端面处的

21、15倒角做参考）刀具表磨耗X负方向修调（减去修调量）采用4mm量针，三针测量中径尺寸，M值的合格范围42.36942.769mm刀具表磨耗Z的正方向或者负方向修调b、加工件一内梯形螺纹修调方法： 将螺纹大径做到尺寸41mm（以零件端面处的15倒角做参考）刀具表磨耗X正方向修调（加上修调量）将件二的外螺纹与件一的内螺纹相配，直至全部拧进配合为止。刀具表磨耗Z的正方向或者负方向修调注意：Z的正负方向的确定：往螺旋槽侧表面粗糙的一方修调。每次修调量确定为0.05mm-0.10mm尽量保持朝一个方向修调三、加工梯形螺纹的几点注意事项(1)车梯形螺纹时，一定要仔细认真，坚决不能马虎(2)梯形螺纹精粗车刀

22、的刀头宽度不能相差太大了，不然换刀后会使切削余量到过大，发生崩刀等问题。(3)对与一些大螺距的螺纹，车削时主轴转速不能过高，需参考机床的最高进给速度，否则会出现让刀现象。四、总结通过以上的介绍及典型实例分析我们可以得出结论, 在数控机床上能方便地加工出梯形螺纹,且取得了很好的加工结果，也大大地提高加工效率，同时也使我们掌握了有关梯形螺纹加工的知识，也使我们的技术水平有了一个新的起点。五、参考文献1顾雪艳等编著. 机械工业出版社. 数控机床编程与操作2陈亚岗，范为军编著.数控机床结构编程与操作 3李清新主编. 机械工业出版社. 伺服系统与机床电气控制4雷学东主编. 南京工程学院. 数控编程与CA

23、M5彭德荫,艾军主编.车工工艺与技能训练.中国劳动社会保障出社,2001.6张超英,罗学科主编.数控机床加工工艺及编程.高等教育出版社,2003.7冯小平主编.数控机床编程与操作.机械工业出版社,2004.8陈海魁主编.机械基础M.中国劳动社会保障出版社,2001.9顾颂虞数控机床编程与操作（技师） 苏州技师学院 机电工程系六、致谢感谢我的指导老师赵淳老师。从论文的选题、研究思路、技术路线、研究手段、论文的开题，撰文和修改等过程，无不无不浸透着赵老师的心血和汗水，也蕴含着赵老师对我的深切的关怀。论文所取得的成果渗透着导师的辛苦，也凝聚着导师的智慧。在此向他表示真诚的师恩之情。同时这是我第一次独立的完成一项机械课程设计任务，既让我巩固了理论知识，又锻炼了实际操作能力。通过这次的课程设计我学到了以下几点:(1) 这次课题设计锻炼了我的理论知识与实际相结合的能力，让我们学会了运用机械设计课程和其他选修课程的理论，结合实际设计中遇到的一般工艺加工问题，将所知识活学活用，并进一步巩固。(2)掌握了一般机械课程的设计以及常用零部件绘制的方法。(3)学会了如何运用参考资料，如何进行计算，编程，如何正确使用参考文献、手册标准和规范等。 word文档 可自由复制编辑