项目五 三角形螺纹加工

项目五三角形螺纹加工教学目标知识目标：1. 掌握轴向切削固定循环指令G90、螺纹切削固定循环指令G92；2. 了解三角螺纹的尺寸计算方法；3. 会制订螺纹加工工艺及合理选择循环参数，确定切削用量。

能力目标：1. 掌握螺纹车刀的安装及对刀方法；2. 掌握螺纹加工方法及尺寸控制；3. 会使用VNUC数控仿真软件进行练习；4. 完成三角螺纹零件加工。

材料为Q235。

情感目标：1.通过工件制作，学生体验成功的喜悦，感受软件和机器的综合魅力，从而提高学生专业课的学习兴趣；2. 通过任务驱动的方法逐步完成项目，培养学生发现和分析问题的能力；3. 通过分工协作，加强团队合作精神。

教学重点与难点重点：1. 螺纹切削固定循环指令G92及应用；2. 三角形螺纹的尺寸计算方法；3. 三角形螺纹零件加工工艺制定及合理选择循环参数，确定切削用量；4. 三角形螺纹零件的加工工艺分析、程序编制；5. 三角形螺纹零件的加工、尺寸控制及检验方法。

难点：1. 三角形螺纹零件加工工艺制定及合理选择循环参数，确定切削用量；2. 完成三角形螺纹零件加工及其尺寸控制方法。

教学目的通过本次课程的学习，让学生掌握三角螺纹的尺寸计算方法，螺纹加工指令及应用，螺纹车刀的安装及对刀方法，螺纹加工方法及尺寸控制；会制订螺纹加工工艺；使用VNUC 数控仿真软件进行练习；并能进行三角形螺纹零件的加工工艺分析、编程与模拟仿真。

教学方法总体方法：任务驱动法具体方法：讲述法、引导文法、小组讨论法、示范教学法学时、教具和课前准备学时：10学时教具：VNUC仿真软件、动画演示、数控机床、工件和刀具、夹具等。

课前准备：到实训工厂去看看三角形螺纹零件的数控加工。

教学过程一、项目提出图5-1 零件图图5-2 三维效果图引导学生进行该零件的结构及加工工艺分析，引出课题的具体实现方法。

二、项目分析三角螺纹零件加工是学习数控车床编程与操作的最重要一环，因此要掌握如下知识：1.轴向切削固定循环指令G90、径向切削固定循环指令G94、螺纹切削固定循环指令G92、螺纹加工指令G32；2. 三角螺纹零件加工工艺制定及循环参数选择；3. 三角螺纹零件加工、尺寸控制及检验方法；4. 三角螺纹零件的加工工艺分析、编程和加工操作。

三、知识学习（一）编程指令——固定循环切削指令G90、G94、G92前面介绍的G指令，如G00、G01、G02、G03等，都是基本切削指令，即一个指令只使刀具产生一个动作。

但一个切削循环指令可使刀具产生四个动作，即可将刀具“切入→切削→退刀→返回”，用一个循环指令完成。

故使用循环指令可简化编程。

1. 轴向（内、外径）切削固定循环指令G90指令格式：G90 X（U）＿Z（W）＿ F＿；（圆柱切削）G90 X（U）＿Z（W）＿ R＿ F＿；（圆锥切削）功能：该指令可使刀具从循环始点A开始走矩形（直线）轨迹，经B、C、D点后，回到A点，进刀后，再按直线轨迹循环，依此类推，最终完成圆柱（圆锥）面车削。

刀具路径如图5-3、5-4所示。

图5-3图5-4说明：（1）执行该指令时，刀具刀尖从循环始点A开始，经A→B→C→D→A四段轨迹，其中AB和DA段按快速R移动；BC和CD段按指令进给速度F移动。

（2）F值是进给速度。

（3）R值为切削始点B与切削终点C的半径差，即R＝r始-r终。

注意：使用循环切削指令时，刀具必须先定位至循环起点，再执行循环切削指令，且完成一循环切削指令后，刀具仍回到此循环起点。

循环切削指令为模态指令。

2．径向切削固定循环G94指令格式：G94 X（U）＿Z（W）＿ R＿ F＿；功能：该指令可使刀具从循环始点A开始走矩形（直线）轨迹，经B、C、D点后，回到A点，进刀后，再按直线轨迹循环，依此类推，最终完成圆柱（圆锥）面车削。

刀具路径如图5-5、5-6所示。

图5-5图5-6说明：（1）执行该指令时，刀具刀尖从循环始点A开始，经A→B→C→D→A四段轨迹，其中AB和DA段按快速R移动；BC和CD段按指令进给速度F移动。

（2）F值是进给速度。

（3）R值为切削始点B相对于切削终点C在Z轴的相对坐标，即R＝Z B－Z C。

3．螺纹切削固定循环G92指令格式：G92 X（U）＿Z（W）＿ R＿ F＿；功能：该指令可完成螺纹加工的四个动作。

刀具路径如图5-7、5-8所示。

图5-7图5-8说明：（1）执行该指令时，刀具刀尖从循环始点A开始，经A→B→C→D→A四段轨迹，其中AB和DA段按快速R移动；BC和CD段按指令进给速度F移动。

（2）F值是螺纹导程。

（3）R值为螺纹始点B与螺纹终点C的半径差，即R＝r始－r终。

（二）螺纹加工指令G32功能：G32为等距圆柱螺纹或圆锥螺纹车削指令，只需一个指令便可完成螺纹全部车削。

指令格式：G32 X＿Z＿R＿ F＿；其中：（1）X，Z值为螺纹加工轨迹终点的坐标值。

（2）R表示螺纹切削的退尾量，R的符号表示回退方向。

R为正表示沿X轴正向退回；R为负表示沿X轴负向退回。

使用R可免除退刀槽。

R可以省略，表示不用系统的回退功能。

（3）F为螺纹的导程。

即主轴每转一周，伺服轴的进给值。

当加工锥螺纹时，斜角α在45°以下为Z轴方向的螺纹导程；斜角α在45°以上为X轴方向的螺纹导程。

指令使用说明：（1）使用螺纹切削指令时，进给倍率无效。

（2）螺纹切削指令为续效指令，一经使用便一直有效，直到被同组的G代码取代为止。

（3）加工螺纹时，刀具应处于螺纹起点位置。

（4）在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段δ和降速退刀段δ’，以消除伺服滞后造成的螺距误差。

（5）从螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一常数。

（二）车削三角外螺纹尺寸计算1．三角型外螺纹主要参数及计算公式表5-1 三角形外螺纹主要参数及计算公式2．车螺纹前圆柱面及螺纹实际小径的确定车塑性材料螺纹，在车刀的挤压作用下，会使外径胀大，故车螺纹前，圆柱面直径应比螺纹公称直径小0.1～0.2mm，一般取d计＝d－0.1p。

螺纹实际牙型高度考虑刀尖圆弧半径等因素的影响，一般取h1实＝0.65p；螺纹实际小径d1实＝d-2h1实＝d-1.3p。

四、制定计划1. 轴向切削固定循环指令G90、径向切削固定循环指令G94、螺纹切削固定循环指令G92、螺纹加工指令G32；2. 车削三角外螺纹尺寸计算；3. 三角螺纹零件加工工艺分析及循环参数选择；3. 编制参考加工程序；4. 完成三角螺纹零件加工、尺寸控制方法及检验。

五、项目实施（一）加工工艺分析1．工、量、刃具选择（1）工具选择圆钢装夹在三爪自定心卡盘上，用划线盘校正。

其它工具见表5-2。

（2）量具选择长度尺寸选用游标卡尺测量；外圆选用外径千分尺测量；螺纹用螺纹环规测量。

（3）刀具选择加工材料为Q235，选用90°硬质合金外圆车刀进行粗、精车，并分别置于T01、T02号刀位；切槽和切断用切槽刀T03，并置于T03号刀位；选用60°外螺纹车刀T04车螺纹，并置于T04号刀位。

表5-2 加工三角形外螺纹工、量、刃具选择2．制定加工工艺路线先用外圆车刀T01粗车，再外圆车刀T02精车，然后用切槽刀T03切槽，用60°螺纹刀T04车螺纹，最后用用切槽刀T03切断工件。

3．合理选择切削用量加工材料为Q 235，硬度不高，切削力不大，切削用量选择如下表。

表5-3 车削普通三角形外螺纹加工工艺（二）编制参考加工程序1．建立工件坐标系根据工件坐标系建立原则，工件原点设在右端面与主轴轴线的交点上，如图5-1所示。

2．计算基点坐标基点P1～P5点坐标按各点极限尺寸平均值为准作为编程尺寸。

具体坐标见表5-4。

表5-4 基点坐标3．参考程序（见表5-5）FANUC系统程序名为“O9404”。

表5-5 车削普通三角形外螺纹零件参考程序（三）VNUC仿真操作先在VNUC仿真软件上加工，所用毛坯为Φ22的圆钢。

步骤如下：（1）打开仿真软件，选择机床和系统。

（2）开机、手动、回参考点。

（3）设置毛坯、装夹工件。

（4）选择安装刀具。

（5）新建或调入程序。

（6）对刀。

（7）程序校验。

（8）自动加工。

（四）加工准备（1）检查坯料尺寸。

（2）开机、回参考点。

（3）刀具装夹。

将外圆粗车刀T01、外圆精车刀T02、切槽刀T03、60°螺纹刀T04分别装在刀架的1、2、3、4号刀位，并按要求夹紧。

其中安装切断刀T03时应注意使刀杆垂直于工件轴线。

（4）工件装夹。

将Φ22的棒料装夹在三爪自定心卡盘上，伸出50mm，找正并夹紧。

（5）程序输入。

把已经仿真的程序通过数控机床MDI键盘输入数控机床，或拷贝到计算机后再调出。

（五）对刀四把刀依次采用试切法（车端面、车外圆）进行对刀，并把操作得到的数据输入到各自的刀具补偿中。

切断刀仍取左侧刀尖为刀位点，螺纹车刀取刀尖为刀位点。

螺纹车刀对刀步骤如下：1．Z轴对刀主轴正转，使螺纹车刀刀尖与工件右端面对齐，采用目测法或借助于金属直尺对齐。

把此时刀尖相对于工件原点的Z向坐标输入到试切长度中。

2．X轴对刀主轴正转，移动螺纹车刀，使刀尖轻轻碰至工件外圆表面或车一段外圆面，Z方向退出刀具；停车，测量外圆直径。

把所得值输入到工件的试切直径中。

（六）空运行及仿真对输入的程序进行空运行或仿真。

（七）零件自动加工及尺寸控制1．零件自动加工打开程序，选择MEM（自动）工作方式，调好进给倍率，按循环启动键，进行自动加工。

2．零件加工过程中尺寸控制外圆及长度尺寸控制同前。

螺纹尺寸控制是将螺纹车刀设置一定磨损量，当程序运行到N300时，停车用螺纹环规检测。

根据螺纹旋合松紧程度调小刀具磨损量，重新运行螺纹加工程序段，直至尺寸符合要求为止（螺纹通规能通过，止规通不过为合格）。

（八）零件检测与评分零件加工结束后进行检测。

检测结果写在表5-6中。

表5-6 三角形圆柱外螺纹加工评分表（九）加工结束，清理机床六、项目评价操作注意事项1．螺纹切削时必须采用专用的螺纹车刀。

螺纹车刀角度的选取由螺纹牙型确定。

2．螺纹车刀安装时，刀尖应与工件旋转轴线等高，刀具两侧刃角平分线必须垂直于工件轴线。

3．螺纹加工时应保持主轴转速不变。

4．首次切削尽可能采用单段加工，熟练以后再采用自动加工。

5．空刀退出量的设置不能过大，预防螺纹车刀退出时撞到台阶面。

思考与练习1．螺纹加工为何要设置进刀升速段与退刀降速段？2．M8、M10、M12、M16、M20粗牙螺纹的螺距分别为多少？3．螺纹车刀安装有何要求？4．编写图示零件的加工程序并加工练习，材料为Q235。

图5-9 练习零件图。