數(shù)控車削圓柱外螺紋加工工藝及編程分析——以fanuc0i系統(tǒng)為例

蘇兆興，陳之林

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，安徽　淮北　235000)

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數(shù)控車削圓柱外螺紋加工工藝及編程分析——以fanuc0i系統(tǒng)為例

蘇兆興，陳之林

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，安徽淮北235000)

摘要：圓柱形外螺紋是日常生活中常見的一種螺紋，在機械裝備中應(yīng)用比較廣泛。我們通常熟悉的螺紋加工方法很多，但最為常見的就是螺紋車削加工。為了提高零件的加工速度和加工質(zhì)量，現(xiàn)代化機械加工更多采用了數(shù)控車削螺紋的方式進(jìn)行加工。而基于fanuc0i系統(tǒng)的螺紋加工編程指令有G32、G92、G76三種，通過對圓柱外螺紋進(jìn)行工藝分析，通過G32、G92、G76三種不同的編程比較，得出當(dāng)加工螺距<3mm的螺紋，采用G32指令加工的螺紋精度較高，而采用G92指令屬于矩形循環(huán)加工方式，其程序簡化；G76更適用于大螺距螺紋的加工，一般情況加工先采用G76指令粗加工后續(xù)采用G32指令或者G92指令精加工更為合理。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車削；圓柱外螺紋；加工工藝；編程

圓柱形外螺紋是日常生活中常見的一種螺紋，在機械裝備中應(yīng)用比較廣泛。螺紋加工方法很多，如車削螺紋、銑削螺紋、磨削螺紋、研磨螺紋等，鑒于機械零件加工精度和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，最為常見的方法為螺紋車削加工。目前基于fanuc0i系統(tǒng)的螺紋加工編程指令有G32、G92、G76三種，本文將就以上三種螺紋加工編程指令進(jìn)行實例比較，分析其在加工應(yīng)用中的優(yōu)劣。

1車削圓柱外螺紋的加工工藝分析

螺紋加工由于刀具刀尖半徑小，進(jìn)給量大和切削深度小，因此不能一次加工完成，而是需要多次走刀、每次逐漸增加螺紋深度，最后一次走刀加工出合格的螺紋(見圖1)，每次走刀的軌跡相同，由四個基本運動完成一次加工循環(huán)，只是螺紋數(shù)據(jù)有所變化。

螺紋加工運動由P→1→2→3→4→P，完成一次循環(huán)。加工圓柱螺紋時，該循環(huán)軌跡為一矩形。P為螺紋循環(huán)加工的起始點，通常是螺紋X軸和Z軸安全空隙的交點，必須定義在工件外，但又必須靠近工件。也就是說在編制螺紋加工程序時，必須考慮螺紋加工點的深度和起始位置。

螺紋加工運動有以下四種運動構(gòu)成。螺紋加工運動1：使螺紋從起始點P到達(dá)螺紋加工深度。 加工螺紋時， 不能一次性將螺紋加工成型，這樣會產(chǎn)生過大的切削力，損壞刀具或工件?？梢愿鶕?jù)螺紋的牙深(經(jīng)驗公式： 牙深=0.65×螺距)來分配每次切削的深度， 前兩刀切削深度可以選擇大些， 隨著切削的加深和切削力的增大， 切削深度也應(yīng)該相應(yīng)的減少。 建議切削深度按牙深的1/2， 1/4，1/8，1/16…來分配，為了保證螺紋的表面質(zhì)量，最后精車1～2刀(X向尺寸不變)。本例中，螺紋尺寸為M16×1.5，牙深0.65×1.5=0.975 mm，切削深度如表1所示。

表1　螺紋切削深度分配

螺紋加工運動2：確定Z軸方向的間隙需要一些特殊考慮。由于螺紋加工的進(jìn)給量等于螺紋導(dǎo)程，所以在螺紋刀接觸工件之前，其速度必須達(dá)到100%的編程進(jìn)給量，否則會引起導(dǎo)程誤差。因此要在螺紋的起點補償δ1的切入空刀量。便于達(dá)到編程進(jìn)給量。同樣，在螺紋的終點處需補償δ2退出空刀量，以消除導(dǎo)程誤差(見圖1)。編程時δ1和δ2可利用下式進(jìn)行估算：

δ1=3nF/1800，δ2=nF/1800

式中：n為主軸轉(zhuǎn)速，r/min；F為螺紋導(dǎo)程，mm。

本例如圖2所示，螺距F=1.5 mm，主軸轉(zhuǎn)速n=720 r/min。則

δ1=3×720×1.5/1800=2(mm)，

δ2=720×1.5/1800=0.6(mm)，取δ1=2mm(此值即為P點X向坐標(biāo)值)，δ2=1mm，則螺紋終點的Z坐標(biāo)值為-16。

螺紋加工運動3：完成螺紋直徑加工后，刀具快速撤離螺紋并返回X軸安全位置。

螺紋加工運動4：刀具快速返回起始點。

螺紋加工運動1、3和4 可以由G00完成，而運動2是螺紋加工的直線運動，但它不能使用G01，如果使用GO1，則每次螺紋加工的起點將不能與前一次加工的起點保持一致。通常用專用的螺紋切削G指令代碼替代G01。

2加工使用指令及編程

2.1　G32單步切削

功能：加工恒距為F(或K)圓柱螺紋、圓錐螺紋、單線螺紋、多線螺紋以及多段連續(xù)螺紋等內(nèi)外螺紋。

格式：G32X(U)-Z(W)-F-Q-；

X(U)、Z(W)：螺紋終點坐標(biāo)(或螺紋終點相對于循環(huán)起點P的有向距離)

F或K：螺紋的導(dǎo)程，導(dǎo)程=螺距×線數(shù)

Q：多線螺紋切削時螺紋的起始角，增量是0.001。

編程

N20 G00 X16.0 Z2；

N30 G00 X15.2；

N40 G32 Z-16 F1.5；第一刀

N50 G00 X20.0；

N60 Z2；

N70 G00 X14.8；

N80 G32 Z-16 F1.5；第二刀

N90 G00 X20.0；

N100 Z2；

N110 G00 X14.4；

N120 G32 Z-16 F1.5；第三刀

N130 G00 X20.0；

N140 Z2；

N150 G00 X14.2；

N160 G32 Z-16 F1.5；第四刀

N170 G00 X20.0；

N180 Z2；

N190 G00 X14.1；

N200 G32 Z-16 F1.5；第五刀

N210 G00 X20.0；

N220 Z2；

N230 G00 X14.05；

N240 G32 Z-16 F1.5；第六刀

N250 G00 X100.0；

N260 Z100；

N270 M30；

2.2　G92單一切削循環(huán)指令

功能：對圓柱螺紋和圓錐螺紋進(jìn)行循環(huán)切削。每執(zhí)行一次，螺紋切削自動進(jìn)行一次循環(huán)，完成螺紋加工的四個基本運動。

格式：G92X(U)-Z(W)-R-F-

X(U)、Z(W)：螺紋終點坐標(biāo)(或螺紋終點相對于循環(huán)起始點P的有向距離)

F：螺紋導(dǎo)程，導(dǎo)程=螺距×線數(shù)

R：螺紋終點到起點的半徑向量值，符號為差值符號

編程

N20 G00 X16.0 Z2；

N30 G92 X15.2 Z-16 F1.5； 第一刀

N40 G92 X14.8 Z-16 F1.5； 第二刀

N50 G92 X14.4 Z-16 F1.5； 第三刀

N60 G92 X14.2 Z-16 F1.5； 第四刀

N70 G92 X14.1 Z-16 F1.5； 第五刀

N80 G92 X14.05 Z-16 F1.5；第六刀

N90 G00 X100.0；

N100 G00 Z100.0；

N110 M30；

2.3　G76螺紋復(fù)合切削循環(huán)指令

采用G76指令進(jìn)行螺紋切削復(fù)合循環(huán)加工，其加工軌跡如圖3所示。

功能：加工形狀為圓柱或圓錐的內(nèi)外螺紋。只需給出螺紋高度k，第一次切削深度Δd和最小螺紋加工深度Δdmin，切削進(jìn)刀深度可自動設(shè)定。

格式：

G76P(m)(r) (α)Q(dmin)R(d)；

G76X(U)Z(W)R(i)P(k)Q(d)F(L)；

m精加工次數(shù)(模態(tài)值)，必須用兩位數(shù)設(shè)定，范圍01～99，每檔0.1；r螺紋尾部斜向退刀量(模態(tài)值)，范圍00～99；α螺紋角(模態(tài)值)，只能等于80°、60°、55°、30°、29°及0°；Δdmin最小螺紋加工深度(模態(tài)值)，用半徑值表示，μm；d精加工余量(模態(tài)值)，mm。

X(U)、Z(W)絕對編程時，為螺紋終點在工件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，增量編程時，為螺紋終點相對于起點P的有向距離。

i車主螺紋時，螺紋終點到起點的半徑差值。若i=0或省略，則表示車削圓柱螺紋Δd第一切削深度，以正值半徑值表示；k螺紋的牙深，μm；Δd為第一次切深，μm；L螺紋導(dǎo)程等于螺紋加工的進(jìn)給量，mm。

編程

N20 GOOX20.0 Z2；

N30 G76 P011160 Q0.05 P10.05 R0.2；

N40 G76 X14.05 Z-16.0 P0.975 Q0.4 F1.5；

N50 U0 W0 M09；

N60 M30；

2.4　各種螺紋加工指令的特點

G32為單步切削的缺點是程序過長、難以編輯、容易出錯并且占用內(nèi)存，但它的所具有的優(yōu)點是程序員可以控制螺紋編程過程，可以對螺紋的切削次數(shù)和每次的走刀深度進(jìn)行調(diào)整。G92為單一循環(huán)指令加工螺紋，每執(zhí)行一次，螺紋切削自動進(jìn)行一次循環(huán)，完成螺紋加工的四個基本動作，簡化了編程，也可以對螺紋的切削次數(shù)和每次的走刀進(jìn)行調(diào)整。而G76為螺紋復(fù)合循環(huán)指令可以使編程更加優(yōu)化，一條指令就可以完成螺紋的多次循環(huán)，并且不需要選擇螺紋刀每次走刀深度。

3結(jié)論

1) 為了保證切削螺紋的質(zhì)量，采用G32和G92指令編程時，背吃刀量一般應(yīng)隨著切深的增加而減??；

2) 為了克服電動機啟動提速和結(jié)束后的降速引起很大的誤差，所以在螺紋切削之前要留有合理的距離δ1和切削結(jié)束后的距離δ2；

3) G32切削圓柱螺紋時采用的是直進(jìn)式進(jìn)刀，所以刀刃兩側(cè)切削力增大，切屑難排出，切削螺紋時要避免使用恒線速切削，不然會引起螺距誤差，此外，刀具沿X軸和Z軸移動和切削加工都是按照數(shù)控語言編程G代碼相關(guān)命令執(zhí)行的，所以程序較長；但是適合加工螺距P<3 mm的螺紋，其加工的螺紋的牙型精度較高。

4) G92切削圓柱螺紋也是采用直進(jìn)式切削，走刀軌跡也是采用類似于G32編程加工，但是它屬于矩形循環(huán)加工，比起G32指令簡化了程序，實際加工中經(jīng)常采用此種編程方式加工螺距P<

3 mm的螺紋；

5) G76切削圓柱螺紋采用的是單面刃切削加工的方法，切削深度采用遞減式，所以切削力較小，排屑容易，但容易受傷的刀刃可能導(dǎo)致螺紋面不直，牙型精度較差，適合于加工大螺距螺紋，一般小螺距螺紋不推薦使用。

6) 一般情況下，加工圓柱螺紋時，首先采用G76進(jìn)行粗加工，然后再用G32和G92進(jìn)行精加工，不過此時應(yīng)該保證加工起始點有很高的重合度，不然會引起螺距誤差，影響螺紋加工精度。

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Process and Programming Analysis of Cylindrical External Thread Machining in NC Turning ——Taking Fanuc0i System as An Example

SU Zhao-xing, CHEN Zhi-lin

(Department of mechanical and electrical engineering, Huaibei Vocational and Technical College, Huaibei Anhui 235000, China)

Abstract:Cylindrical external thread is a common thread in daily life, and widely used in machinery and equipments. There are a lot of the common thread processing methods, in which the thread turning process is the most common. In order to improve the machining speed and machining quality of parts, in modern mechanical processing the numerical control turning method is more commonly used for thread turning processing. There are 3 thread process programming instructions G32, G92, G76 for fanuc0i system. On the basis of analysis of cylindrical external thread machining process and comparison of the 3 different programming instructions, it was concluded that for processing thread with pitch<3mm, thread machining precision with G32 instructions is better, and machining with G92 instructions belong to the rectangular loop processing method, and its programming is simplified. Machining with G76 is more suitable for the large pitch screw thread processing, generally processing with G76 instruction for rough machining at first, and then finishing with G32 or G92 instructions is more reasonable.

Key words:numerical control turning; cylindrical external thread; processing technology; programming

作者簡介：蘇兆興(1977-)，男，安徽濉溪人，副教授，碩士，研究方向：機械制造及自動化。

基金項目：安徽省質(zhì)量工程基金資助項目(2014jyxm502)；淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊基金資助項目(20131)；淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)研究基金資助項目(201312)

收稿日期：2015-03-30

中圖分類號：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-1098(2015)04-0061-04