项目五 螺杆的加工（实训教学设计）-《数控车床编程与操作》同步教学(机工版)

授课章节 项目五 螺杆的加工 授课日期 年 月 日 授课课时 2 年 月 日 教学目标 1.掌握典型螺纹类零件的加工工艺，提高手工编程技巧 2.提高数控加工的操作技能 3.提高加工工件的尺寸精度 教学内容 基本内容： 1.掌握固定循环指令G92、G76的用法及其数值设置 2.综合各指令功能的用法并运用于编程练习 3.合理设定切削用量 重点： 灵活运用各指令功能，提高手工编程技巧；加工工件的尺寸精度；固定循环指令的用法（如：G92、G76） 难点： 加工零件的尺寸精度；固定循环指令的应用（如：G92、G76） 教学方法 复 习：5分钟； 教师讲解：10分钟； 思考讨论：5 分钟； 学生讲解：5分钟； 学生练习：150分钟； 布置作业：10 分钟； 布置下次课预习内容：5分钟； 教学手段 多媒体√ 模 型□ 实 物□ 挂 图□ 音 像□ 实 训√ 其 他□ 教 学 过 程 任务1 分发图纸 制定加工工艺 20 任务2 G92、G76 程序的编辑 100 任务3 现场解答 选刀、装刀、装夹 10 任务4 总结 小结 20 作业 综合运用练习----编程与加工 课后体会 授 课 主 要 内 容 项目五 螺杆的加工 该零件材料为塑料棒，零件如图。 螺杆 比例 数量 材料 图号：06 1：1 1 塑胶棒 姓名 日期 中山火炬职业技术学院 评分 一、编程基本知识（相关G功能指令） 螺纹切削分为单行程螺纹切削、简单螺纹切削循环和复合螺纹切削循环。 1. 螺纹切削时的几个问题 （1） 螺纹牙型高度（螺纹总切深）。对于三角形普通螺纹，牙型高度按下式计算： h=0.6495P (P为螺距) （2） 螺纹起点与终点轴向尺寸。由于车螺纹起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，螺距不可能保持均匀，因此车螺纹时，两端必须设置足够的升速进刀段δ1 和减速退刀段δ2。一般按下式选取： δ1≥2X导程 δ2≥（1～1.5）X导程 （3） 分层切削深度。 表5-1 进给次数与背吃刀量参考表 米制螺纹（直径值，单位：mm） 螺 距 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 牙 深 0.649 0.974 1.299 1.624 1.949 2.273 2.598 背 吃 刀 量 及 切 削 次 数 1次 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 1.5 2次 0.4 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.8 3次 0.2 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 4次 0.16 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 5次 0.1 0.4 0.4 0.4 0.4 6次 0.15 0.4 0.4 0.4 7次 0.2 0.2 0.4 8次 0.15 0.3 9次 0.2 2. 单行程螺纹切削循环指令G32 代码格式：G32 X(U)_ Z(W)_ F(I)_ J_ K_ Q_ 代码功能：刀具的运动轨迹是从起点到终点的一条直线，如图3-33；从起点到终点位移量（X轴按半径值）较 大的坐标轴称为长轴，另一个坐标轴称为短轴，运动过程中主轴每转一圈长轴移动一个导程，短 轴与长轴作直线插补，刀具切削工件时，在工件表面形成一条等螺距的螺旋切槽，实现等螺距螺 纹的加工。F、I代码字分别用于给定公制、英制螺纹的螺距，执行G32代码可以加工公制或英制等 螺距的直螺纹、锥螺纹和端面螺纹和连续的多段螺纹加工： 代码说明：G32为模态G代码； 螺纹的螺距是指主轴转一圈长轴的位移量（X轴位移量则按半径值）； 起点和终点的X坐标值相同（不输入X或U）时，进行直螺纹切削； 起点和终点的Z坐标值相同（不输入Z或W）时，进行端面螺纹切削； 起点和终点X、Z坐标值都不相同时，进行锥螺纹切削。 F：公制螺纹螺距，为主轴转一圈长轴的移动量，取值范围0＜ F ≤500 mm，F代码值执行后保持有效， 直至再次执行给定螺纹螺距的F代码字。 I：每英寸螺纹的牙数，为长轴方向1英寸（25.4 mm）长度上螺纹的牙数，也可理解为长轴移动1英寸（25.4 mm）时主轴旋转的圈数。取值范围0.06～25400牙/英寸，I代码值执行后保持有效，直至再次执行给 定螺纹螺距的I代码字。 J：螺纹退尾时在短轴方向的移动量(退尾量)，取值范围-9999.999~9999.999(单位：mm)，带正负方向； 如果短轴是 X 轴，该值为半径指定；J 值是模态参数。 K：螺纹退尾时在长轴方向的长度。取值范围0～9999.999(单位：mm)，如果长轴是X轴，则该值为半径指 定；不带方向；K值是模态参数。 Q：起始角，指主轴一转信号与螺纹切削起点的偏移角度。取值范围 0～360000(单位：0.001 度)。Q 值 是非模态参数，每次使用都必须指定，如果不指定就认为是 0 度。 Q使用规则： 1）、如果不指定 Q，即默认为起始角 0 度； 第一篇 编程说明 2）、对于连续螺纹切削，除第一段的Q有效外，后面螺纹切削段指定的Q无效，即使定义了Q也被忽略； 3）、由起始角定义分度形成的多头螺纹总头数不超过 65535 头。 4）、Q 的单位为 0.001 度，若与主轴一转信号偏移 180 度，程序中需输入 Q180000，如果输入的为 Q180 或 Q180.0，均认为是 0.18 度。 长轴、短轴的判断方法： 图5-1 注意事项： ● J、K是模态代码，连续螺纹切削时下一程序段省略J、K时，按前面的J、K值进行退尾，在执行非螺纹 切削代码时取消J、K模态； ● 省略J或J、K时，无退尾；省略K时，按K=J退尾； ● J=0或J=0、K=0时，无退尾； ● J≠0，K=0时，按J=K退尾； ● J=0，K≠0时，无退尾； ● 当前程序段为螺纹切削，下一程序段也为螺纹切削，在下一程序段切削开始时不检测主轴位置编码器 的一转信号，直接开始螺纹加工，此功能可实现连续螺纹加工。 ● 执行进给保持操作后，系统显示“暂停”、螺纹切削不停止，直到当前程序段执行完才停止运动；如 为连续螺纹加工则执行完螺纹切削程序段才停止运动，程序运行暂停。 ● 在单段运行，执行完当前程序段停止运动，如为连续螺纹加工则执行完螺纹切削程序段才停止运动。 ● 系统复位、急停或驱动报警时，螺纹切削减速停止。 3、螺纹切削循环 G92 代码格式：G92 X（U）_ Z（W）_ F_ J_ K_ L ； （公制直螺纹切削循环） G92 X（U）_ Z（W）_ I_ J_ K_ L ； （英制直螺纹切削循环） G92 X（U）_ Z（W）_ R_ F_ J_ K_ L ； （公制锥螺纹切削循环） G92 X（U）_ Z（W）_ R_ I_ J_ K_ L ； （英制锥螺纹切削循环） 代码功能：从切削起点开始，进行径向（X 轴）进刀、轴向（Z 轴或 X、Z 轴同时）切削，实现等螺距的 直螺纹、锥螺纹切削循环。执行 G92 代码，在螺纹加工未端有螺纹退尾过程：在距离螺纹切 削终点固定长度（称为螺纹的退尾长度）处，在 Z 轴继续进行螺纹插补的同时，X 轴沿退刀 方向指数或线性（由参数设置）加速退出，Z 轴到达切削终点后，X 轴再以快速移动速度退 刀，如图 3-40 所示。 代码说明：G92 为模态 G 代码； 切削起点：螺纹插补的起始位置； 切削终点：螺纹插补的结束位置； X：切削终点 X 轴绝对坐标，单位：mm； U：切削终点与起点 X 轴绝对坐标的差值，单位：mm； Z：切削终点 Z 轴绝对坐标，单位：mm； W：切削终点与起点 Z 轴绝对坐标的差值，单位：mm； R：切削起点与切削终点 X 轴绝对坐标的差值（半径值），当 R 与 U 的符号不一致时，要求 | R│≤│U/2│，单位：mm； F 公制螺纹螺距，取值范围 0＜ F ≤500 mm，F 代码值执行后保持，可省略输入； I 英制螺纹每英寸牙数，取值范围 0.06～25400 牙/英寸，I 代码值执行后保持，可省略输入； J：螺纹退尾时在短轴方向的移动量，取值范围 0~9999.999(单位：mm)，不带方向（根据程 序起点位置自动确定退尾方向），模态参数，如果短轴是 X 轴，则该值为半径指定； K：螺纹退尾时在长轴方向的长度，取值范围 0~9999.999(单位：mm)，。不带方向，模态参数，如长轴是 X轴，该值为半径指定； L：多头螺纹的头数，该值的范围是：1～99，模态参数。（省略 L 时默认为单头螺纹） 图5-2 图5-3 G92 代码可以分多次进刀完成一个螺纹的加工，但不能实现 2 个连续螺纹的加工，也不能加工端面 螺纹。G92 代码螺纹螺距的定义与 G32 一致，螺距是指主轴转一圈长轴的位移量（X 轴位移量按半径值）。 锥螺纹的螺距是指主轴转一圈长轴的位移量（X 轴位移量按半径值），B 点与 C 点 Z 轴坐标差的绝 对值大于 X 轴（半径值）坐标差的绝对值时，Z 轴为长轴；反之，X 轴为长轴。 循环过程：直螺纹如图 3-38，锥度螺纹如图 3-39。 ①X 轴从起点快速移动到切削起点； ②从切削起点螺纹插补到切削终点； ③X 轴以快速移动速度退刀（与①方向相反），返回到 X 轴绝对坐标与起点相同处； ④Z 轴快速移动返回到起点，循环结束。 注意事项： ● 省略J、K时，按NO.19号参数设定值退尾； ● 省略J时，长轴方向按K退尾，短轴方向按NO.19号参数设定值退尾； ● 省略K时，按J=K退尾； ● J=0或J=0、K=0时，无退尾； ● J≠0，K=0时，按J=K退尾； ● J=0，K≠0时，无退尾； ● 螺纹切削过程中执行进给保持操作后，系统仍进行螺纹切削，螺纹切削完毕，显示“暂停”，程序 运行暂停； ● 螺纹切削过程中执行单程序段操作后，在返回起点后（一次螺纹切削循环动作完成）运行停止； ● J、K输入负值时，按正值处理； ● 系统复位、急停或驱动报警时，螺纹切削减速停止。 代码轨迹：U、W、R 反应螺纹切削终点与起点的相对位置，U、W、R 在符号不同时组合的刀具轨迹与退尾 方向，如图 5-4： 图5-4 示例：如图5-5 图5-5 4、复合螺纹切削循环G76（选 修） 代码格式：G76 P（m）（r）（a） Q（△dmin） R（d）； G76 X（U） Z（W） R（i） P（k） Q（△d） F（I） ； 代码功能：通过多次螺纹粗车、螺纹精车完成规定牙高（总切深）的螺纹加工，如果定义的螺纹角度不 为 0°，螺纹粗车的切入点由螺纹牙顶逐步移至螺纹牙底，使得相邻两牙螺纹的夹角为规定 的螺纹角度。G76 代码可加工带螺纹退尾的直螺纹和锥螺纹，可实现单侧刀刃螺纹切削，吃 刀量逐渐减少，有利于保护刀具、提高螺纹精度。G76 代码不能加工端面螺纹。加工轨迹如 图 5-6（a）所示。 相关定义： 起点（终点）：程序段运行前和运行结束时的位置，表示为 A 点； 螺纹终点：由 X（U） Z（W） 定义的螺纹切削终点，表示为 D 点。如果有螺纹退尾，切削终点 长轴方向为螺纹切削终点，短轴方向退尾后的位置。 螺纹起点：Z 轴绝对坐标与 A 点相同、X 轴绝对坐标与 D 点 X 轴绝对坐标的差值为 i（螺纹锥度、 半径值），表示为 C 点。如果定义的螺纹角度不为 0°，切削时并不能到达 C 点； 螺纹切深参考点：Z 轴绝对坐标与 A 点相同、X 轴绝对坐标与 C 点 X 轴绝对坐标的差值为 k（螺纹 的总切削深度、半径值），表示为 B 点。B 点的螺纹切深为 0，是系统计算每一次螺纹切削深 度的参考点； 螺纹切深：每一次螺纹切削循环的切削深度。每一次螺纹切削轨迹的反向延伸线与直线 BC 的交点， 该点与 B 点 X 轴绝对坐标的差值（无符号、半径值）为螺纹切深。每一次粗车的螺纹切深为×△d，n 为当前的粗车循环次数，△d 为第一次粗车的螺纹切深； 螺纹切削量：本次螺纹切深与上一次螺纹切深的差值：（）×△d； 退刀终点：每一次螺纹粗车循环、精车循环中螺纹切削结束后，径向（X 轴）退刀的终点位置，表 示为 E 点； 螺纹切入点：每一次螺纹粗车循环、精车循环中实际开始螺纹切削的点，表示为Bn点（n为切削循 环次数），B1为第一次螺纹粗车切入点，Bf为最后一次螺纹粗车切入点，Be为螺纹精车切入点。 Bn点相对于B点X轴和Z轴的位移符合公式： X：螺纹终点 X 轴绝对坐标（单位：mm）； U：螺纹终点与起点 X 轴绝对坐标的差值（单位：mm）； Z：螺纹终点 Z 轴的绝对坐标值（单位：mm）； W：螺纹终点与起点 Z 轴绝对坐标的差值（单位：mm）； P(m)：螺纹精车次数 00～99 (单位：次) ，m 代码值执行后保持有效，并把系统数据参数 NO.057 的值修改为 m。未输入 m 时，以系统数据参数 NO.057 的值作为精车次数。在螺纹精车时，每次 的进给的切削量等于螺纹精车的切削量 d 除以精车次数 m。 P(r)：螺纹退尾长度 00～99（单位：0.1×L，L 为螺纹螺距），r 代码值执行后保持有效，并把系统 数据参数 NO.019 的值修改为 r。未输入 r 时，以系统数据参数 NO.019 的值作为螺纹退尾宽度。 螺纹退尾功能可实现无退刀槽的螺纹加工，系统参数 NO.019 定义的螺纹退尾宽度对 G92、G76 代码有效； P(a)：相邻两牙螺纹的夹角，取值范围为 00～99，单位：度（°），a 代码值执行后保持有效，并 把系统数据参数 NO.058 的值修改为 a。未输入 a 时，以系统数据参数 NO.058 的值作为螺纹牙的 角度。实际螺纹的角度由刀具角度决定，因此 a 应与刀具角度相同； Q(△dmin)：螺纹粗车时的最小切削量，取值范围为 00～99999，(单位：0.001mm，无符号，半径值)。当（）×△d＜△dmin 时，以△dmin 作为本次粗车的切削量，即：本次螺纹 切深为（×△d+△dmin）。设置△dmin 是为了避免由于螺纹粗车切削量递减造成粗车切 削量过小、粗车次数过多。Q（△dmin）执行后，代码值△dmin 保持有效，并把系统数据参数 NO.059 的值修改为△dmin（单位：0.001 mm）。未输入 Q（△dmin）时，以系统数据参数 NO.059 的值作为最小切削量； R(d)：螺纹精车的切削量，取值范围为 00～99.999，（单位：mm，无符号，半径值），半径值等于螺 纹精车切入点Be与最后一次螺纹粗车切入点Bf的X轴绝对坐标的差值。R（d）执行后，代码值d保 持有效，并把系统数据参数NO.060 的值修改为d×1000（单位：0.001 mm）。未输入R（d）时， 以系统数据参数NO.060 的值作为螺纹精车切削量； R(i)：螺纹锥度，螺纹起点与螺纹终点 X 轴绝对坐标的差值, 取值范围为-9999.999～9999.999（单 位：mm，半径值）。未输入 R(i)时，系统按 R(i)=0（直螺纹）处理； P(k)：螺纹牙高，螺纹总切削深度, 取值范围为 1～999999999（单位：0.001mm，半径值、无符号）。 未输入 P(k)时，系统报警； Q(△d)：第一次螺纹切削深度, 取值范围为 1～999999999（单位：0.001mm，半径值、无符号）。未 输入△d 时，系统报警； F：公制螺纹螺距, 取值范围为 0＜ F ≤500 mm； I：英制螺纹每英寸的螺纹牙数, 取值范围为 0.06～25400 牙/英寸； 图5-6 图5-7 螺纹螺距指主轴转一圈长轴的位移量（X 轴位移量按半径值），C 点与 D 点 Z 轴坐标差的绝对值大 于 X 轴坐标差的绝对值（半径值，等于 i 的绝对值）时，Z 轴为长轴；反之，X 轴为长轴。 代码执行过程： ① 从起点快速移动到B1，螺纹切深为△d。如果a=0，仅移动X轴；如果a≠0，X轴和Z轴同时移动， 移动方向与A→D的方向相同； ② 沿平行于 C→D 的方向螺纹切削到与 D→E 相交处（r≠0 时有退尾过程）； ③ X 轴快速移动到 E 点； ④ Z 轴快速移动到 A 点，单次粗车循环完成； ⑤ 再次快速移动进刀到Bn（n为粗车次数），切深取（×△d）、（）中的较大值，如果切深小于（k-d），转②执行；如果切深大于或等于（k-d），按切深（k-d）进刀到Bf 点，转⑥执行最后一次螺纹粗车； ⑥ 沿平行于 C→D 的方向螺纹切削到与 D→E 相交处（r≠0 时有退尾过程）； ⑦ X 轴快速移动到 E 点； ⑧ Z 轴快速移动到 A点，螺纹粗车循环完成，开始螺纹精车； ⑨ 快速移动到Be点（螺纹切深为k、切削量为d）后，进行螺纹精车，最后返回A点，完成一次螺纹 精车循环； ⑩ 如果精车循环次数小于 m，转⑨进行下一次精车循环，螺纹切深仍为 k，切削量为 0；如果精车 循环次数等于 m，G76 复合螺纹加工循环结束。 示例：图5-8 螺纹为M68X6。 图6-8 二、确定数控加工工艺及工装方案 （一）零件结构及技术要求分析 1.零件的毛坯尺寸为Φ30mmX60 （二）数控切削工艺工装分析 1.用卡盘装夹，至少伸出5mm，以免加工中车到卡盘。 2.加工方法：第一次装夹中完成所有图形加工。 3.提供刀具：外圆刀、切槽刀、螺纹刀。 （三）数控加工工序卡片如表2-1所示 数控加工工序卡片： 表2-1 数控加工工序卡片 工序号 工序内容 1 螺杆加工 中山火炬职业技术学院 零件名称 材料 夹具名称 使用设备 螺杆加工 塑胶棒 卡盘 数控车床 工步号 程序号 工步内容 刀具号 刀具规格/mm 主轴转速/（r.min-1） 进给速度/(mm.min-1) 背吃刀量/mm 备注 1 O0001 粗精加工外圆 1 自选 700 0.2 1 2 O0002 切槽 2 自选 600 0.07 4 3 O0003 加工螺纹 3 自选 600 2.5 自选 编制 审核 第 页 共 页 二、编写基于GSK980TD数控系统的数控加工程序（由学生自己完成） 三、上机操作完成工件的加工 (1)数控车床开机和返回参考点。 (2)装夹工件。 (3)安装刀具、对刀。 (4)验证程序：（图形模拟验证） (5)程序优化。根据验证程序结果，对刀具运动轨迹进行优化。 (6)先单段试加工，后自动加工。加工时，随时注意观察加工运行情况，适当调整主轴速度和进给速度，保证加工正常。 (7)尺寸测量。 (8)加工结束。松开卡盘，卸下零件，去毛刺倒钝，打扫清理数控机床。 小结： 1． 刀具的进刀点应选择适当，避免进刀时因位置不当造成过切 2． 加工前应注意对工件加工程序的检查 3．作为操作者应努力学好数控技能，认真细致地完成各项操作工作，尽可能减少人为因素对加工精度的影响。 四、实地操作加工 在数控车床上示范该工件的加工过程 五、学生练习 学生练习，老师巡回指导 六、附加题：P95 � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� 学科网（北京）股份有限公司 $$