攻丝工艺编程.doc

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6．5 攻丝工艺编程
6．5．1 攻丝加工的内容、 要求

图6-5-1需要攻丝加工的工件图样
用丝锥在工件孔中切削出内螺纹的加工方法称为攻螺纹;
攻丝加工的螺纹多为三角螺纹, 为零件间连接结构, 常见的攻丝加工的螺纹有; 牙型角为60°的公制螺纹, 也叫普通螺纹; 牙型角为55°的英制螺纹; 用于管道连接的英制管螺纹和圆锥管螺纹。本节主要涉及的攻丝加工的是公制内螺纹, 熟悉有关螺纹结构尺寸、 技术要求的常识, 是学习攻丝工艺的重要基础。
普通螺纹的基本尺寸如下:
(1)螺纹大径: d＝D (螺纹大径的基本尺寸与公称直径相同)
(2)中径: d2＝D2＝d－0.6495P
(3)牙型高度: H＝O.5413P
(4)螺纹小径: d1＝D1＝d－1.0825P
如图6-5-1中M10-7H的螺纹, 为普通右旋内螺纹。查表得螺距P＝1.5, 其基本尺寸:
螺纹大径: D＝10;
螺纹中径: D2＝D－0.6495P＝9.02
图6-5-2丝锥基本结构
螺纹小径: D1＝D－1.0825P＝8.36
中径公差带代号7H
小径公差带代号7H
牙型高度: H＝O.5413P＝0.82
螺纹有效长度: L＝20.0
螺纹孔口倒角: C1.5
6．5．2 丝锥及选用
丝锥加工内螺纹的一种常见刀具, 其基本结构是一个轴向开槽的外螺纹, 如图6-5-2所示。螺纹部分可分为切削锥部分和校准部分。切削锥磨出锥角, 以便逐渐切去全部余量; 校准部分有完整齿形, 起修光、 校准和导向作用。工具尾部经过夹头和标准锥柄与机床主轴锥孔联接。
攻丝加工的实质是用丝锥进行成型加工, 丝锥的牙型、 螺距、 螺旋槽形状、 倒角类型、 丝锥的材料、 切削的材料和刀套等因素, 影响内螺纹孔加工质量。
根据丝锥倒角长度的不同, 丝锥分为: 平底丝锥; 插丝丝锥; 锥形丝锥。丝锥倒角长度影响CNC加工中的编程深度数据。

图6-5-3刚性丝锥 图6-5-4浮动丝锥
丝锥的倒角长度能够用螺纹线数表示, 锥形丝锥的常见线数为8～10, 插丝丝锥为3～5, 平底丝锥为1～1.5。各种丝锥的倒角角度也不一样, 一般锥形丝锥为4°～5°, 插丝丝锥为8°～13°, 平底丝锥为25°～35°。
盲孔加工一般需要使用平底丝锥, 通孔加工大多数情况下选用插丝丝锥, 极少数情况下也使用锥形丝锥。总地说来, 倒角越长, 钻孔留下的深度间隙就越大。
与不同的丝锥刀套连接, 丝锥分两种类型: 刚性丝锥, 见图6-5-3; 浮动丝锥( 张力补偿型丝锥, 见图6-5-4。
浮动型丝锥刀套的设计给丝锥一个和手动攻丝所需的类似的”感觉”, 这种类型的刀套允许丝锥在一定的范围缩进或伸出, 而且, 浮动刀套的可调扭矩, 用以改变丝锥张紧力。
使用刚性丝锥则要求CNC机床控制器具有同步运行功能, 攻丝时, 必须保持丝锥导程和主轴转速之间的同步关系: 进给速度＝导程×转速。
除非CNC机床具有同步运行功能, 支持刚性攻丝, 否则应选用浮动丝锥, 但浮动型丝锥较为昂贵。
浮动丝锥攻丝时, 可将进给率适当下调5％, 将有更好的攻丝效果, 当给定的Z向进给速度略小于螺旋运动的轴向速度时, 锥丝切入孔中几牙后, 丝锥将被螺旋运动向下引拉到攻丝深度, 有利于保护浮动丝锥, 一般, 攻丝刀套的拉伸要比刀套的压缩更为灵活。
数控机床有时还使用一种叫成组丝锥的刀具, 其工作部分相当于2～3把丝锥串联起来, 依次分别承担着粗精加工。这种结构适用于高强度、 高硬度材料或大尺寸、 高精度的螺纹加工。
6．5．3 CNC机床攻丝工艺与编程的要点

图6-5-5加工右旋螺纹G84循环和加工左旋螺纹G 74循环
1．攻螺纹动作过程
攻丝是CNC铣床和CNC加工中心上常见的孔加工内容, 首先把选定的丝锥安装在专用攻丝刀套上, 最好是具有拉伸和压缩特征的浮动刀套。攻丝步骤如下:
第1步: X、 Y定位。
第2步: 选择主轴转速和旋转方向。
第3步: 快速移动至R点
第4步: 进给运动至指定深度。
第5步: 主轴停止。
第6步: 主轴反向旋转。
第7步: 进给运动返回。
第8步: 主轴停止。
第9步: 快速返回初始位置。
第10步: 重新开始主轴正常旋转。
2．攻丝循环G84、 G74格式
⑴ 指令格式:
攻左旋螺纹: G74 X～Y～Z～R～P～F～;
攻右旋螺纹: G84 X～Y～Z～R～P～F～;
⑵ 孔加工动作:
如图6-5-5所示, G 74循环用于加工左旋螺纹, 执行该循环时, 主轴反转, 在XY平面快速定位后快速移动到R点, 执行攻螺纹到达孔底后, 主轴正转退回到R点, 主轴恢复反转, 完成攻螺纹动作。
G84动作与G74基本类似, 只是G84用于加工右旋螺纹。执行该循环时, 主轴正转, 在G17平面快速定位后快速移动到R点, 执行攻螺纹到达孔底后, 主轴反转退回到R点, 主轴恢复正转, 完成攻螺纹动作。
攻螺纹时进给率根据不同的进给模式指定。当采用G94模式时, 进给速度＝导程×转速。当采用G95模式时, 进给量 ＝导程。在G74与G84攻螺纹期间, 进给倍率、 进给保持均被忽略。
⑶ 攻内螺纹程序例
图6-5-6工件中两螺纹孔
试用攻螺纹循环编写如图6-5-6中两螺纹孔的加工程序。
O6500;
……
N050 G95 G90 G00 X0 Y0;
( 加工右旋螺纹M12)
M03 S100
G99 G84 X-25.0 Y0 Z-24 R10.0 F1.75;
………
(换左旋螺纹丝锥, 加工左旋螺纹M12LH)
M04 S100;
G98 G74 X25.0 Y0 Z-24.0 R10.0 F1.75;
G80 G94 G91 G28 Z0;
3．攻丝工艺数据的确定
⑴ 底孔直径大小
丝锥攻内螺纹前, 先要有螺纹底孔, 理论上, 底孔直径就是螺纹的小径, 底孔直径大小确定, 要考虑到工件材料塑性大小及钻孔扩张量等因素。
丝锥攻螺纹时, 伴随较强的挤压作用。因此, 金属产生塑性变形形成凸起并挤向牙尖, 攻出螺纹的小径小于底孔直径, 因此, 攻螺纹前的底孔直径应稍大于螺纹小径, 否则攻螺纹时因挤压作用, 使螺纹牙顶与丝锥牙底之间没有足够的容屑空间, 将丝锥箍住, 甚至折断丝锥。此种现象在攻塑性较大的材料时将更为严重。可是底孔不宜过大, 否则会使螺纹牙型高度不够, 降低连接强度。
底孔直径大小, 要根据工件材料塑性大小及钻孔扩张量考虑, 按经验公式计算得出:
①在加工钢和塑性较大的材料及扩张量中等的条件下:
D钻＝D－P
式中: D钻—攻螺纹钻螺纹底孔用钻头直径, mm;
D—螺纹大径, mm;
P—螺距, mm。
②在加工铸铁和塑性较小的材料及扩张量较小的条件下:
D钻＝D－(1.05～1.1)P
⑵ 攻螺纹底孔深度的确定
丝锥攻丝的编程深度与丝锥的切削锥角形状有关, 为了正确地加工一个螺纹孔, 必须根据所加工孔的结构特征和规格来选择丝锥, 丝锥的切削锥角形状或锥角的长度不但影响丝锥攻丝的编程深度, 而且影响预加工孔的编程深度。
攻不通孔螺纹时, 由于丝锥切削部分有锥角, 端部不能切出完整的牙型, 因此钻孔深度要大于螺纹的有效深度。一般取:
H钻＝h有效+0．7D
式中: H钻—底孔深度, mm;
h有效—螺纹有效深度, mm;
D—螺纹大径, mm。
⑶ 工艺计算例:
分别计算在钢件和铸铁件上攻M10螺纹时的底孔直径各为多少?若攻不通孔螺纹, 其螺纹有效深度为30mm, 求底孔深度为多少?
解: M10 , P＝1.5mm。
钢件攻螺纹底孔直径:
D钻＝D－P＝10—1.5—8.5(mm)
铸铁件攻螺纹底孔直径:
D钻＝D－(1.05～1.1)P
＝10－(1.05～1.1)1.5
＝10－(1.575～1.65)
＝8.425～8.35(mm)。
取D钻＝8．4(mm)(按钻头直径标准系列取一位小数)
底孔深度: H钻＝ h有效+0.7D＝20+0.7 ×10＝27(mm)
⑷ 孔口倒角
用锪钻或钻头在孔口倒角, 其直径应大于螺纹大径尺寸。这样, 可使丝锥开始时容易切入, 并可防止孔口的螺纹牙崩裂。
⑸ R平面的值
观察如下的攻丝程序:
G90 G54 G00 X100.0 Y 150.0 S500 M03 T06
G 43 Z50.0 H05 M08
G99 Q84 R10.0 Z-20.0 F750.0
G80…
例中的螺纹螺距1.5㎜。一般R平面是攻螺纹的起点位置, Z向深度是螺纹绝对值深度。例中攻丝加工时, R平面的高度值为R10㎜, 一般要比钻孔、 铰孔、 单点镗以及其它孔加工循环中使用的R值要高一些, 而且其进给率一般也很大。但这些值的选择都是有原因的, 因为设计的攻丝加工运动要符合CNC同步运行控制特点。当主轴处于特定转速时, 进给运动的速度必须达到相应的定值才能正确加工螺纹。
如, 当主轴500r/min时, 加工螺距为1.5mm的螺纹, 进给速度必须达到1.5×500＝750(mm/min)的速度时加工的螺纹才是正确的。
因此, 数控机床的螺纹加工时, 无论是车削螺纹还是攻内螺纹, 在拟定螺纹加工路线时, 须设置足够长的进给运动的升速段和降速段。
6．5．4 攻内螺纹工艺编程实例
如图6-5-1零件, 毛坯是钢件, 材料为 (45钢), 上表面及槽已加工, 本课题加工4×M10-7H的四个螺纹孔, 4-M10—7H为普通右旋内螺纹, 螺距P＝1．5, 其大径10; 中径7H、 小径公差带代号7H; 螺纹有效长度: L＝15.0; 螺纹孔口倒角: C1.5。
1．实例工艺分析
⑴ 螺纹孔加工过程分析:
加工4×M10螺纹的方法是, 先用φ18 mm点钻( 钻头角900) 加工4×M10的引正孔并同时完成C1.5孔口倒角, 再钻4×M10底孔, 最后攻丝4×M10。
⑵ 孔加工循环的选择:
φ18 mm点钻加工引正孔、 孔倒角应用G82孔加工循环, 4×M10底孔加工用G81孔加工循环, 4×M10是右旋螺纹, 攻丝理应用G84孔加工循环。
⑶ 坐标系及螺纹孔XY位置值:
坐标系设定如图6-5-1, 4×M10的XY坐标分别是1#( 33, 30) ; 2#-( -33, 30) ; 3#( -33, -30) ; 4#( 33, -30) 。
⑷ 孔加工循环的高度平面选择
Z向R面高度: 对G81、 G82为螺纹孔上表面上方3㎜, 对G84应大一点, 为螺纹孔上表面上方10㎜比较保险。
初始平面高度: 为螺纹孔上表面上方20㎜。
孔底面高度:
①钻φ8.5底孔孔底面高度: 考虑到钻头角以及通孔的因素, 取下表面下方3mm。
②φ18 mm点钻加工孔倒角
钻头角为900, 倒角C1, 则深度位置在上表面下方: 1㎜+0.5 D＝1+0.5×10＝6㎜。
③对丝锥深度位置: 取: Z-27。
⑸ 攻螺纹底孔直径的确定
攻螺纹底孔直径: D钻＝D－P＝10－1.5＝8.5 (mm)
⑹ 钻削用量的计算
设零件材料为灰口铸铁(HT200), 攻4-M10螺纹丝锥刀具材料为高速钢。
f＝1.5㎜/r, 取v＝12m／min
主轴转速, S＝1 000 V/πD≈318×12÷10≈380r/min
则F＝1.5×S＝1.5×380＝570㎜/min
浮动刀套可下调5%, 则修改F＝570×0.95≈540㎜/min
2．孔加工编程

加工程序编制如下:
O6501
(T01—18mm直径的点钻)
G21 G17 G40 G80 T01
T01 M06
G90 G54 G00 X33Y30 S350 M03 T02
G43 Z50.0 H01 M08
G99 G82 R5.0 Z-6.5 P100 F35
M98 P6502
G80 Z50.0 M09
G49 G28 Z10.0 M05
M01
(T02—8.5mm直径钻头加工底孔)
T02M06
G90 G54 G00 X33 Y30 S600 M03
G43 Z50.0 H02 M08
G99 G81R5.0 Z-35.0 F50
M98 P6502
G80 Z50.0 M09
G28 Z50.0 M05
M01
(T03攻螺纹)
T03M06
G90 G54 G00 X33 Y30 S380 M03 T03
G43 Z50.0 H03 M08
G99 G84 R10.0 Z-27.0 P100 F540
M98 P6502
G80 Z50.0 M09
G49 G28 M05
M30
2#3#4#孔定位子程序:
O6502
X-33 Y30
X-33 Y-30
X33 Y-30
M99;