项目三螺纹销轴的数控车削加工.docx

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项目三螺纹销轴的数控车削加工

项目三螺纹销轴的数控车削加工

该零件是我校数控实训中心接下的订单——上海亨远船舶设备公司的螺纹销轴，主要起到连接和定位的作用。

该零件是数控车削加工的典型零件（定位孔暂不考虑）。

这种典型的轴类零件作为项目来引领这个课堂教学，从中分解出来的典型知识与技能与上海市教委制定的数控专业标准和上海市劳动局职业技能鉴定——数控中级工的要求进行整合，参考零件加工过程设计学生的课堂学习过程。

项目零件图

项目目标与要求

1、能分析零件图，并制定比较合理的数控加工工艺。

2、能比较熟练地完成数控程序的编制和校验。

3、复习外圆车刀的安装、对刀及加工的方法，了解加工时的注意事项。

4、掌握车槽刀的安装、对刀及加工的方法，了解加工时的注意事项。

5、掌握外螺纹车刀的安装、对刀及加工的方法，了解加工时容易出现的问题。

6、学会用螺纹环规检验加工的外螺纹，了解利用磨耗修正螺纹的方法。

项目工作任务

1、制订零件的加工工艺

2、编制、校验数控程序

3、加工零件

4、检测零件

项目任务书

项目模块

工作任务

所涉及的知识点

所涉及的技能点

课时

模块1

制订零件的加工工艺

任务1：

识读、分析零件图

1、销轴类零件零件图的识读。

（轴类零件的特殊画法、尺寸标注要求、表面粗糙度标注要求、尺寸公差的标注、技术要求的解读。

）

1、能用CAD绘制简单的轴类零件。

2、能计算出螺纹的大径、小径和牙高。

2

任务2：

确定加工工艺

2、退刀槽的作用。

3、螺纹的相关参数的计算。

4、螺纹加工的工艺设置。

5、割槽刀、螺纹刀的使用方法、切削用量的选择。

3、能制订螺纹销轴的数控加工的工艺。

4、能合理选择割槽刀、螺纹刀的使用方法、切削用量。

4

模块2

编制、校验数控程序

任务1：

手工编程

1、理解切槽的加工过程，及G04的使用方法。

2、掌握G32\G92\G76编制螺纹加工程序的方法。

1、熟练掌握零件的轮廓的编程。

2、能熟练地编制退刀槽加工的程序。

3、能熟练编制螺纹加工的程序。

4

任务2：

仿真加工

1、在仿真环境下，切槽刀的对刀和加工的方法。

2、在仿真环境下，螺纹刀的对刀和加工的方法。

能利用数控仿真系统车床完成程序检验和仿真加工。

4

模块3

加工零件

任务1：

数控机床的基本操作

2

任务2：

工件的裝夹与对刀

1、理解车槽刀的安装、对刀的方法。

2、理解外螺纹车刀的安装、直接对刀法

1、能独立完成车槽刀的安装、对刀和加工。

2、能独立完成螺纹刀的安装、对刀和加工。

2

任务3：

数控加工

1、了解加工时的注意事项。

2、了解加工时容易出现的问题。

3、理解用螺纹环规检验加工的外螺纹的方法，掌握磨耗修正螺纹的方法。

1、能利用环规检验螺纹，并能通过修改磨耗修正螺纹。

4

模块4

检验零件及评价

任务1：

零件的检验

1、掌握利用螺纹环规检验螺纹的方法。

2、了解螺纹检验的其他方法。

能熟练使用游标卡尺、千分尺、螺纹环规等测量工具。

1.5

任务2：

多维评价

能运用QC工程表和工作过程记录表对同伴的工作产品和过程作出评价。

0.5

模块一制订零件的加工工艺

学习目标：

1、销轴类零件零件图的识读。

（轴类零件的特殊画法、尺寸标注要求、表面粗糙度标注要求、尺寸公差的标注、技术要求的解读。

）

2、退刀槽的作用。

3、螺纹的相关参数的计算。

4、螺纹加工的工艺设置。

5、割槽刀、螺纹刀的使用方法、切削用量的选择。

工作任务：

1、能用CAD绘制简单的轴类零件。

2、能计算出螺纹的大径、小径和牙高。

3、能制订螺纹销轴的数控加工的工艺。

4、能合理选择割槽刀、螺纹刀的使用方法、切削用量。

任务1：

识读、分析零件图

做一做

要求：

认真识读项目零件图，完成下列填空题。

1、该螺纹销轴零件图中的两个图形的名称分别是和。

2、图中

外圆最大可以加工到，最小可以加工成。

该圆柱表面的粗糙度要求是。

3、

表示公称直径为，螺距为。

旋向为的（粗、细）牙螺纹。

其中，螺纹的大径为，小径为，牙高为。

4、螺纹左端的槽的宽度为，它的作用是。

想一想

你能利用AUTOCAD绘制出这个零件的零件图吗？

任务2：

确定加工工艺

做一做

要求：

请结合自己以往学过的知识和操作的经验制订出螺纹销轴的加工工艺。

加工工艺单

日期

姓名

设备

数控车床

图号

零件名

销轴

数量

材料

45

工序号

程序名

刀具

刀补号

操作说明

1

2

3

4

议一议

退刀槽的加工和螺纹的加工工艺设置是否正确？

读一读

[知识解析]

1、常见的外沟槽：

见图3-1

图3-1

2、外沟槽的作用

（1）退刀作用：

用作加工内外螺纹、镗内孔和磨内孔等退刀时使用。

（2）密封作用：

用作在内沟槽里面嵌入油毛毡等密封软介质，可防止设备内油液溢出。

（3）通道作用：

可用作液压和气压滑阀中通油和通气的导槽。

3、车槽刀切削用量的选择

（1）背吃刀量

：

横向切削时，切断刀（槽刀）的背吃刀量等于刀的主切削刃宽度（

），所以只需确定切削速度和进给量。

（2）进给量

：

由于刀具刚性、强度及散热条件较差，所以要适当地减小进给量。

（3）切削速度

：

切断时的实际切削速度随刀具的切入越来越低，因此，切断时的切削速度可选得高些。

说明：

切断时，由于切断刀伸入工件被切的槽内，周围被工件和切屑包围，散热情况极为不利。

为了降低切削区域的温度，应在切削时加充分的冷却润滑液进行冷却。

4、外螺纹参数的计算

螺纹加工中主要用到的参数有螺纹的大径、小径和牙深。

要学会根据螺纹的标注，进行相关参数的计算。

例如：

如图3-2螺纹

所示，请计算出螺纹的大径、小径和牙深。

解：

计算螺纹的大径

、小径

和牙深

图3-1

6、螺纹加工常用切削循环方式

螺纹的车削有两种不同的方法：

直进法（G32、G92）和斜进法（G76），如图3-3所示。

图3-3

一般应用：

直进法：

导程小于3mm的螺纹加工。

斜进法：

导程大于3mm的螺纹加工，斜进法使刀具单侧刃加工减径负载。

5、常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量（米制、双边）（mm）

螺纹车削当螺纹牙型深度较深、螺距较大时，可分次数进给，切深的分配方式有常量式和递减式，如图3-4所示。

图3-4

例如：

螺纹

，按照递减式分配螺纹车削余量，可以分做以下几次来加工。

第一刀车至Φ17.35mm（直径方向切深0.5mm）；第二刀车至Φ16.9mm（直径方向切深0.45mm）；第三刀车至Φ16.5mm（直径方向切深0.4mm）；第四刀车至Φ16.3mm（直径方向切深0.2mm）；第五刀车至Φ16.2mm（直径方向切深0.1mm）；第六刀车至Φ16.1mm（直径方向切深0.1mm）；第七刀车至Φ16.05mm（直径方向切深0.05mm）。

最后三刀可以看作是螺纹的精加工。

螺纹车削加工为成型车削，且切削进给量较大，刀具强度较差，一般要求分数次进给加工。

常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量（米制、双边），可参看表3-1。

表3-1常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量

做一做

要求：

请结合自己以往学过的知识和操作的经验，结合老师的讲解，修订出螺纹销轴的加工工艺。

加工工艺单

日期

姓名

设备

数控车床

图号

零件名

销轴

数量

1

材料

工序号

程序名

刀具

刀补号

操作说明

1

落料

2

O0001

外圆车刀

T0101

工步一：

用卡盘夹住

mm毛坯，夹持长度约为

。

平端面。

粗车图样坐端轮廓

。

以外端面中心点建立工件坐标系。

工步二：

调整粗车误差、修正刀具补偿，精车图样坐端轮廓

。

以外端面中心点建立工件坐标系。

3

O0002

外圆车刀

T0101

掉头，用三爪卡盘夹

处，夹持长度约

，校正。

保证总长。

粗车零件右端轮廓

外径、

外圆面、

圆弧面。

以外端面中心点建立工件坐标系。

调整粗车误差，修正磨耗，精车零件右端轮廓

外径、

外圆面、

圆弧面。

以外端面中心点建立工件坐标系。

外槽车刀

宽度

T0202

车槽。

以外端面中心点建立工件坐标系。

外螺纹车刀

T0303

粗车外螺纹

。

以外端面中心点建立工件坐标系。

调整粗车误差，修正刀具补偿，精车

外螺纹。

以外端面中心点建立工件坐标系。

注：

这里只讨论数控车床上加工的内容。

模块二编制、校验数控程序

学习目标：

1、理解切槽的加工过程，及G04的使用方法。

2、掌握G32\G92\G76编制螺纹加工程序的方法。

3、在仿真环境下，切槽刀的对刀和加工的方法。

4、在仿真环境下，螺纹刀的对刀和加工的方法。

工作任务：

1、熟练掌握零件的轮廓的编程。

2、能熟练地编制退刀槽加工的程序。

3、能熟练编制螺纹加工的程序。

4、能利用数控仿真系统车床完成程序检验和仿真加工。

任务1：

手工编程

做一做

要求：

能否根据你的以往的学习经验编制一下退刀槽的加工程序。

读一读

[知识解析]

1、暂停指令（G04）

功能：

该指令可使刀具做短时间的停顿。

格式：

G04X（U）或G04P

说明：

（１）X、U指定时间，允许小数点；

（２）P指定时间，不允许小数点。

应用场合：

（１）车削沟槽或钻孔时，为使槽底或孔底得到准确的尺寸精度及光滑的加工表面，在加工到槽底或孔底时，应暂停适当时间；

（２）使用G96车削工件轮廓后，改成G97车削螺纹时，可暂停适当时间，使主轴转速稳定后再执行车螺纹，以保证螺距加工精度要求。

2、车螺纹（G32）

该指令用于车削等螺距直螺纹、锥螺纹。

格式：

G32X（U）__Z（W）__F__

说明：

（1）X（U）、Z（W）是螺纹终点坐标；

（2）F是螺纹螺距。

注意：

（1）在车螺纹期间进给速度倍率、主轴速度倍率无效（固定100%）；

（2）车螺纹期间不要使用恒表面切削速度控制，而要使用G97；

（3）车螺纹时，必须设置升速段L1和降速段L2，这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定，如图3-5所示。

通常L1、L2按下面公式计算：

L1=n×P/400，L2=n×P/1800

式中，n是主轴转速；P是螺纹螺距。

由于以上公式所计算的L1、L2是理论上所需的进退刀量，实际应用时一般取值比计算值略大。

（4）因受机床结构及数控系统的影响，车螺纹时主轴的转速有一定的限制。

（5）螺纹加工中的走刀次数和进刀量（背吃刀量）会直接影响螺纹的加工质量，车削螺纹时的走刀次数和背吃刀量可参考表3-1。

升、降速段示例

图3-5

4、螺纹切削单一循环G92

适用于对直螺纹和锥螺纹进行循环切削，每指定一次，螺纹切削自动进行一次循环。

（1）直螺纹切削

格式：

G92X（U）Z（W）F

其中F为螺纹螺距，其轨迹如图3-6所示。

用G92车直螺纹示意图

图3-6

5、车螺纹复合循环G76

该指令用于多次自动循环车螺纹，数控加工程序中只需指定一次，并在指令中定义好有关参数，则能自动进行加工，车削过程中，除第一次车削深度外，其余各次车削深度自动计算，该指令的执行过程如图3-7所示。

螺纹车削循环G76指令

G76的编程需要同时用两条指令定义，其格式为：

G76PmraQdminRd

G76X（u）Z（W）RiPkQdFL

图3-7

说明：

（1）m是精车重复次数，从1～99，该参数为模态量；

（2）r是螺纹尾端倒角值，该值的大小可设置在0.0L～9.9L之间，系数应为0.1的整数倍，用00～99之间的两位整数来表示，其中L为螺距。

该参数为模态量；

（3）a是刀具角度，可从80o、60o、55o、30o、29o、0o六个角度中选择，用两位整数来表示，该参数为模态量；

m、r、a用地址P同时指定，例如，m=2，r=1.2L，a=60o，表示为P021260。

（4）dmin是最小车削深度，用半径值编程。

车削过程中每次的车削深度为（d－d），当计算深度小于这个极限值时，车削深度锁定在这个值。

该参数为模态量；

（5）d是精车余量，用半径值编程，该参数为模态量；

（6）X（U）、Z（W）是螺纹终点坐标值；

（7）i是螺纹锥度值，用半径值编程。

若R=0，则为直螺纹；

（8）k是螺纹高度，用半径值编程；

（9）d是第一次车削深度，用半径值编程；i、k、d的数值应以无小数点形式表示。

（10）L是螺距。

做一做

要求：

根据制订的加工工艺，编制零件的数控加工程序。

以零件右端的程序为例。

O0002;

G21G97G99;

T0101;

M03S800;

M08;

G00X41.Z1.;

G73U15.W0.R10;

G73P10Q20U0.5W0F0.2;

N10G00X9.825Z1.;

G01X11.825Z-1.F0.1;

Z-22.;

X25.;

Z-35.1;

G02W-21.8R25.;

G01W-13.1;

N20X41.;

M05;

M00;

T0101;

M03S1000;

G00X41.Z1.;

G70P10Q20;

G00X60.;

Z50.;

M00;

T0202;

M03S1000;

G00X50.;

Z-22.;

G01X9.5F0.1;

G04P3000;

G00X50.;

Z-20.5;

G01X9.5;

G04P3000;

G00X50.;

Z50.;

M05;

M00;

T0303;

M03S500;

M08;

G00X34.Z5.;

G92X11.825Z-20.F0.1;

X11.025;

X10.425;

X9.925;

X9.825;

X9.725;

G00X50.;

Z50.;

M30;

议一议

你自己编制的程序和老师编制的程序一样吗？

对比一下？

任务2：

仿真加工

[技能点连接]

仿真操作系统中，车槽刀的对刀

（1）选刀，如图3-8

图3-8

（2）建立工件坐标系

X方向：

“试切法”。

与外圆车刀对刀方法相同，只是车削量尽量少一点。

如图3-9、3-10。

图3-9图3-10

Z方向：

“触碰法”。

略微触碰一下端面即可，因为外圆车刀在对刀时已经保证好了总长，如图3-11。

图3-11图3-12

1、仿真操作系统中，螺纹刀的对刀

（1）选刀：

如图3-12。

（2）建立工件坐标系

X方向：

“试切法”。

与外圆车刀的方法相似，但车削深度要尽量少。

也可“触碰法”。

先测量外圆的尺寸

，再略微触碰一下外圆面即可，在OFFSETSETTING的形状中输入X

，测量即可。

如图3-13。

图3-13图3-14

Z方向：

目测，如图3-14。

想一想

为什么螺纹刀Z方向对刀时可以目测呢？

试一试

请在数控仿真系统中，校验编好的程序并进行仿真加工。

模块三加工零件

学习目标：

1、理解车槽刀的安装、对刀的方法。

2、理解外螺纹车刀的安装、直接对刀法

3、了解加工时的注意事项。

4、了解加工时容易出现的问题。

5、理解用螺纹环规检验加工的外螺纹的方法，掌握磨耗修正螺纹的方法。

工作任务：

1、能独立完成车槽刀的安装、对刀和加工。

2、能独立完成螺纹刀的安装、对刀和加工。

3、能利用环规检验螺纹，并能通过修改磨耗修正螺纹。

任务1：

数控机床的基本操作

做一做

准备工作：

开机、回零、程序输入、模拟校验程序。

任务2：

工件的裝夹与对刀

读一读

1、车槽刀（切断刀）的安装:

（现场操作示范）

（1）安装车刀时，车槽刀（切断刀）不宜伸出过长，同时车槽刀（切断刀）的中心线必须装得与工件中心线垂直，以保证两个副偏角对称。

如图3、15。

图3-15

（2）车槽刀（切断刀）的主切削刃必须装得与工件中心等到高，否则不能车到中心，而且容易崩刀，甚至折断车刀。

如图3-16。

图3-16

（3）车槽刀的底平面应平整，以保证两个副后角对称。

如图3-17。

图3-17

2、车槽的方法：

（现场操作示范）

（1）直进法。

（2）左右车削法。

（3）车槽与切断一般是最低转速到200r/min左右。

（4）车槽与切断的过程必须要放冷却液直行冷却车削。

（以上这两种方法是我们实训用到最多的车削方法）

3、防止刀体折断的方法，如图3-18。

（1）增强刀体强度，切刀的副后角或副偏角不要过大。

（2）切刀应安装正确，不得歪斜或高于，低于工件中心太多。

（3）切断毛坯工件前，应先车圆再切断或开始时尽量减小进给量。

图3-18

4、车槽刀对刀的方法

与外圆车刀相似，现场操作示范）。

5、螺纹车刀的安装

（1）装夹车刀时，刀尖位置应对准工件中心。

（2）车刀刀尖角的对称中心线必须与工件轴线垂直，装刀时可用样板来对刀，如果车刀装歪，就会产生牙形歪斜。

如图3-19，3-20。

图3-19

图3-20

（3）刀头伸出不要过长，一般为20-25mm（约为刀杆厚度的1.5倍）

6、螺纹的旋向与刀的进给方向

车右螺纹，螺纹车刀从右往左进行切削，主轴必须正转。

对于螺纹刀安装在主轴下方的，此时，车螺纹程序中的X轴坐标均取负值。

否则，螺纹刀要方向安装。

7、注意：

（1）从螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一常数；

（2）在没有停止主轴的情况下，停止螺纹的切削将非常危险；因此螺纹切削时进给保持功能无效，如果按下进给保持按键，刀具在加工完螺纹后停止运动；

（3）在螺纹加工中不使用恒定线速度控制功能；

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

8、车削螺纹常见故障分析

（1）螺纹刀安装得过低或过高

（2）工件装夹不牢

（3）刀安装倾斜

（4）对刀有较大的偏差

做一做

请根据学习任务单，完成外圆车刀、车槽刀和螺纹刀的安装和对刀。

任务3：

数控加工

做一做

根据加工工艺，一边操作一边完成一下学习任务单。

学习任务单

工序一：

零件左端的加工

工序二：

掉头加工零件右端

工步一：

利用外圆车刀加工轮廓。

工步二：

利用车槽刀加工退刀槽

1、车槽刀的安装。

应注意：

（1）主切削刃要与工件回转中心。

（2）主切削刃要与工件轴线。

2、对刀，建立工件坐标系。

步骤：

（1）测量并记录零件右端圆柱面的直径：

（2）Z方向对刀，记录下刀补T0202中，Z的坐标

（3）X方向对刀，记录下刀补T0202中，X的坐标

3、检查工件坐标系。

检查结果：

4、调出程序，自动加工。

注意：

在车槽的过程中，不能中途停止车削。

5、你们加工过程中有没有遇到问题？

有的话，请简单记录。

工步三：

利用螺纹刀加工外螺纹

1、螺纹刀的安装。

应注意：

（1）刀尖高：

刀尖位置一般应与车床主轴轴线。

（2）用校对刀型与工件垂直。

（3）刀头伸出长度：

约为刀杆厚度的倍。

2、对刀，建立工件坐标系。

步骤：

（1）测量并记录零件右端圆柱面的直径：

（2）X方向对刀，记录下刀补T0303中，X的坐标

（3）Z方向对刀，记录下刀补T0303中，Z的坐标

3、检查工件坐标系。

检查结果：

4、调出程序，自动加工。

注意：

（1）螺纹切削过程中，进给速度倍率无效，速度被限制在100%。

（2）螺纹加工过程中，不能停止进给，一旦停止，切深会急剧增加，非常危险。

（3）如果改变主轴转速倍率，则不能切出正确的螺纹。

5、检查螺纹

利用螺纹环规检查螺纹是否合格。

合格标准：

通规旋合通过，螺纹止规不完全旋合通过。

你们的检查结果是

如果不合格，还能进行修正吗？

你们是怎样做的？

想一想

1、在车槽的过程中，为什么切削过程给与充分的冷却？

2、除了通规旋合通过，且与螺纹止规不完全旋合通过外，还可能有什么结果？

议一议

1、你加工的螺纹合格吗？

2、加工过程中有没有遇到什么问题？

怎样解决的？

3、如果加工出的螺纹如图3-21，请问什么原因造成的？

怎么解决？

图3-21

4、如何利用磨耗来修正通规、止规都不通过的螺纹？

还有别的办法吗？

模块四检验零件及评价

学习目标：

1、掌握利用螺纹环规检验螺纹的方法。

2、了解螺纹检验的其他方法。

工作任务：

1、能熟练使用游标卡尺、千分尺、螺纹环规等测量工具。

2、能运用QC工程表和工作过程记录表对同伴的工作产品和过程作出评价。

任务1：

零件的检验

读一读

[知识连接]

1、螺纹的检查：

批量生产，一般用螺纹量规（综合测量），如图3-22。

图3-22

利用螺纹量规可能出现的检查结果：

通规

止规

检验结果

通过

不通过

合格

通过

通过

不合格，报废

不通过

不通过

利用磨耗，进行修正

不通过

通过

不合格

[拓展]

1、螺纹尺寸的测量

（1）螺纹测量的主要内容：

螺距、牙型角、螺纹中径

（2）测量工具：

螺距规、螺纹千分尺，如图3-23。

图3-23

2、螺纹的测量和检查

（1）大径的测量：

可用游标卡尺或千分尺测量

（2）螺距的测量：

①用钢直尺量10个螺距的长度，用长度除以10得出一个螺距的尺寸。

②用螺距规测量。

（3）中径的测量：

精度较高的三角形螺纹，可用螺纹千分尺测量。

（4）综合测量：

用螺纹环规综合检查，应通规进，止规不进为合格，其次检查Ra。

对有退刀槽的螺纹，通规应拧到底。

想一想

如果零件批量生产，怎样提高效率？

任务2：

多维评价

评一评

1、请根据下面的QC工程表，完成对加工零件的互评。

客户

上海亨远船舶设备公司

QC工程表

制定

品号

销轴

校对

图号

HY623-07

审核

材料

AL5051

批准

质量控制点

误差与质量分析

1

外圆尺寸

2

螺纹

3

表面质量

操作者评价者

2、请组长对根据自己组内的工作过程情况，完成对组员的评价。

工作过程记录评价表

班组长

姓名

评价要素

A

B

C

A

B

C

A

B

C

工

作

习

惯

1、工作衣帽穿戴整齐。

2、工具量具合理排放。

3、自动加工不忘关门。

4、运动部位不用手碰。

5、机床用完清洁保养。

工

作

态

度

1、操作（记录）认真。

2、小组内互相协作。

工

作

纪

律

1、服从实训安排。