螺纹加工
―――山东工业技师学院 刘涛
教学目标：
1.了解两种螺纹切削指令的格式；
2.会运用其中一种螺纹切削指令进行程序的编写 教学重点：螺纹切削指令的应用
教学难点：螺纹加工的过程及程序的编写 教具：工件（有螺纹的） 直尺 螺纹刀 教学过程：
1 引入新课：螺纹是日常生活中较常见的，（问题：有那位同学可以举一些有螺纹的日常用品？答：螺丝，螺母，生日蜡烛，削菠萝）那今天这节课我们来看一下螺纹在数控车床上的加工。 1. 螺纹的基础知识 一、 螺纹的形成
1、形成：一个与轴线共面的平面图形（三角形、梯形等），绕圆柱面作螺旋运动，则得到一圆柱螺旋体 ——螺纹
2、螺纹的加工
(a) 车外螺纹 (b)车内螺纹
图2 车削螺纹
二、 螺纹的基本要素
制在圆柱体外表面上的螺纹叫外螺纹。
制在圆柱体内表面上的螺纹叫内螺纹。如图3所示
(a) 外螺纹 (b)内螺纹
图3 外螺纹和内螺纹
螺纹的基本要素有5个，即牙型、直径、螺距（或导程/线数）、线数和旋向。内外螺纹配合时，两者的五要素必须相同。 1、螺纹的牙型
在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹的轮廓形状。如图7-4、7-5所示。图7-4 牙型
三角形
牙型 梯形 锯齿形
常用的有： 2、螺纹的直径
（1） 大径：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱面的直径。
内外螺纹的大径分别用D、d表示。
（2） 小径：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱面的直径。
内外螺纹的大径分别用D1、d1表示。
（3） 中径：一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度
相等的地方。内外螺纹的中径分别用D2、d2表示。（图6所示）
图6 螺纹的要素
3、螺距和导程
螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离P称为螺距。
同一条螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离L称为导程。
螺距= 导程
导程
螺距
单线螺纹： P=L 多线螺纹： P=L/n
图7 螺纹的螺距和导程
4、螺纹的线数n
沿一条螺旋线形成的螺纹叫做单线螺纹；沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹叫做多线螺纹。
单线螺纹 双线螺纹
图8螺纹的线数
螺纹的旋向
图9螺纹的旋向
常见螺纹的种类：恒螺距螺纹和变螺距螺纹，外螺纹和内螺纹，圆柱螺纹（直螺纹）和锥螺纹（圆锥螺纹），右旋和左旋螺纹等。
普通螺纹是应用最为广泛的一种三角形螺纹，牙型角为60°，有圆柱螺纹、圆锥螺纹、端面螺纹等几种形状。
1） 普通螺纹的标记。普通螺纹分粗牙螺纹和细牙螺纹。粗牙普通螺纹采用
标准螺距，其代号用字母“M”及公称直径表示，如M16,M12等。细牙普通螺纹代号用字母“M”及公称直径×螺距表示，如M24×1.5,M27×2等。
普通螺纹有左旋和右旋之分，左旋螺纹应在螺纹标记的末尾处加注“－－LH”字样，如M20×1.5－LH等，未注明的是右旋螺纹。
普通螺纹还有单线与多线螺纹之分，单线普通螺纹标记已标准化，多线圆柱螺纹标记为：螺纹公称直径×导程/线数旋向－精度，例：M30×3/2－7h表示螺纹公称直径是M30,导程是3，线数是2，中径顶径公差为7h的右旋细牙螺纹。 2） 螺纹基本牙型和尺寸。普通圆柱螺纹牙型高度是指在螺纹牙型上，牙顶
到牙底之间垂直于螺纹轴线的距离。
螺距：P 牙型角60° 原始三角形高度H: H=0.866P
削平高度：外螺纹牙顶和内螺纹牙底要削平H/8, 外螺纹牙底和内螺纹牙顶要削平H/4。 牙型高度h1:h1=5H/8=0.5413P 大径：d=D(公称直径)
中径：d2=D2=d-2×3H/8=d-0.95P 小径：d1=D1=d-10H/8=d-1.0825P
3)螺纹加工数据。加工外螺纹大径和内螺纹小径与车削螺纹不在同一工步完成，对于外螺纹要先车好外螺纹大径，倒角，后车外螺纹;对于内螺纹要先钻或镗好内螺纹小径、倒角，后车内螺纹，这样必须确定外螺纹大径，内螺纹小径。原则上，外螺纹大径d编程尺寸在（螺纹公称直径+大径基本偏差）～（螺纹公称直径+大径基本偏差－大径公差）的范围内选择，具体查阅相关手册。实践中可按以下经验公式计算：
外螺纹大径d＝螺纹公称直径－0.12P 外螺纹小径d1=d-1.0825P
内螺纹小径D1=螺纹公称直径－P （当P≤1或加工钢件等扩张量较大时） 内螺纹小径D1≈D-（1.04～1.08）P（当P≤1或加工钢件等扩张量较小时） 内螺纹大径D=螺纹公称直径
内外螺纹配合时，牙顶和牙底间要留有间隙，所以螺纹牙型高度最好不要直接按上表中公式计算，建议牙顶和牙底各削平H/8来计算牙型高度。 牙型高度h1=6H/8≈0.65P 式中P是螺距（mm）,不是导程。
4） 进给次数与背吃刀量
如果螺纹牙型较深或螺距较大，可分几次进给，每次进给的背吃刀量按递减规律分配。
常用米制（公制）螺纹切削的进给次数与背吃刀量关系 螺 距 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 牙 深 0.9 0.974 1.299 1.624 1.949 2.273 2.598 背 吃 刀 量 及 切 削 次 数 1 次 2 次 3 次 4 次 5 次 6 次 7 次 8 次 9 次 0.7 0.4 0.2 0.8 0.6 0.4 0.16 0.9 0.6 0.6 0.4 0.1 1.0 0.7 0.6 0.4 0.4 0.15 1.2 0.7 0.6 0.4 0.4 0.4 0.2 1.5 0.7 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.15 1.5 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.3 0.2 5)主轴转速：
推荐公式：S≤1200/P-k
说明：P为螺纹导程（mm）,S为主轴转速（r/min） K为保险系数，一般取80. 6）空刀导入量和空刀退出量
车螺纹起始时有一个加速过程，结束前有一个减速过程，在这距离中，螺纹不可能保持均匀，所以在车削螺纹之前、后，两端必须设置足够的升速进刀段（空刀导入量）L1和减速退刀段（空刀导出量）L2.一般L1≥2P , L2≥0.5P.( L1 4-6 mm L2 1-3mm )并且螺纹退刀槽的宽度应大于空刀退出量的大小。
7）设备要求：通常螺纹切削时，从粗车到精车需要刀具多次在同一轨迹上进行的，因此，无论进行几次螺纹切削，工件圆周上切削始点都是相同的，螺纹切削轨迹是相同的，但是从粗车到精车主轴的转速是恒定的，如果主轴转速发生变化，螺纹则会产生一些偏差。 注意：（1）车削螺纹时，受车刀挤压后会使螺纹大径尺寸胀大，因此车螺纹前外圆直径，应比螺纹大径小。当螺距为1.5～3.5mm时，外径一般可以小0.2～0.4mm。
（2）车内螺纹时因为车削时的挤压作用，内孔直径会缩小（车削塑性材料较明显），所以车内螺纹前的孔径（D孔）应比内螺纹小径（D1）大些，又由于内螺纹加工后的实际顶径允许大于D1的基本尺寸，所以实际生产中，普通螺纹在车内螺纹前的孔径尺寸，可用下列近似公式计算： 车塑性材料内螺纹：D孔≈d－P 车脆性材料内螺纹：D孔＝d－1.05P
8）四向一置关系：
四向：螺纹左右旋向，主轴转向，刀片安置方向，进给方向 一置：刀架前置还是后置。
螺纹切削分为单行程螺纹切削、单一循环螺纹切削和复合循环螺纹切削。 G32(单行程螺纹切削)
指令格式：G32X(U)____Z(W)_____F______Q_____ 说明：①X(U)____Z(W)_____为螺纹终点坐标；
②F为螺纹导程。对锥螺纹则指定圆锥长轴的导程，即螺纹斜角a≤45°时，长轴为Z轴；斜角a＞45°时，长轴为X轴。 如a≤45°，Z轴为长轴，螺距是Lz; 如a＞45°，X轴为长轴，螺距是Lx.
③Q为螺纹起始角，该值为0°～360°之间不带小数点的非模态值。对于单线螺纹，可以省略不写或取任意值；对于多线螺纹的第一条螺纹线的Q取任意值，以后每条螺纹的Q间隔应为360除以螺纹线数的商。比如，加工三线螺纹时，三条螺纹的Q间隔360/3＝120，若第一条螺纹Q取值30，则第二条螺纹Q取值150，第三条螺纹Q取值270.
在FANUC数控系统中，数控车床螺纹切削循环加工有两种加工指令：G92直进式切削和G76斜进式切削。由于切削刀具进刀方式的不同，使这两种加工方法有所区别，各自的编程方法也不同，工件加工后螺纹段的加工精度也有所不同。 螺纹切削循环指令G92
螺纹切削循坏G92指令执行螺纹切削单一循环，即完成由进刀、切螺纹、退出和返回动作组成的一次走刀切削循环。G92指令可以分多次进刀完成一个螺纹的加工，用此指令可切削锥螺纹和圆柱螺纹，与G32不同的是，螺纹刀的切入、切出和返回不再需要用程序段一一编写，而在G92指令中已包含。 切削锥螺纹（包含圆柱螺纹），刀具从循环起点，按图1所示的走刀路线，最后返回到循环起点。图中虚线表示按R快速移动，实线按F指定的进给速度移动。
在G92螺纹切削循环中，螺纹刀以直进的方式进行螺纹切削。总的螺纹切削深度（牙高）一般以常量值进行分配，螺纹刀双刃参与切削。每次的切削深度一般由编程人员在编程时给出，如图所示。
直进式加工
G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式，由于刀具两侧刃同时切削工件，切削力较大，而且排屑困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差。但由于其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距高精度螺纹的加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长。由于刀刃在加工中易磨损，因此在加工中要经常测量。
指令格式为：G92 X(U)____Z(W)____R____F____； 指令说明
① X、Z表示螺纹终点坐标值；U、W表示螺纹终点相对循环起点的增量坐
标；
② R为考虑空刀导入量和空刀退出量后的螺纹斜度，等于锥螺纹终点半径
与起点半径差，加工圆柱螺纹时R为零，可省略； ③ F表示螺纹导程。螺纹切削退刀角度为45°。
例：试编写图中圆柱螺纹的加工程序。 G00 X35 Z104
G92 X29.2 Z53 F1.5
X28.6 X28.2 X28.04
G00 X200 Z200
螺纹切削多次循环指令G76
G76自动分层车削螺旋线，执行螺纹切削多重复合循环，根据地址参数所给的数据，自动计算中间点坐标，控制刀具进行多次螺纹切削循环直至到达编程尺寸，即完成由进刀、切螺纹、退出和返回动作组成的多次走刀切削循环。G76指令可加工带螺纹退尾的直螺纹和锥螺纹，不能加工端面螺纹。
刀具从循环起点A以G00方式沿X向到达B点（该点X坐标值＝小径+2倍牙型高），然后沿与牙型一侧平行的方向工进△d到达点1后，以螺纹切削方式G32切削至点2，再45°斜向退刀至点3，以G00退刀至F点，后返回A点，如此重复循环切削，完成螺纹加工。每循环一次，B点，1，2，3点下降一个背吃刀量，最后精车路线ACDEFA.
G76循环的背吃刀量是成等比级数递减的，每次的切削深度由数控系统计算给出，粗车时采用斜进法进刀，用一个刀刃单边切削，减小了切削阻力，提高了刀具寿命，而精车时采用直进法加工，以提高表面质量。 切削深度递减公式计算：
； ； ；
每次粗切深：
。
斜进式加工
G76螺纹切削多次循环指令较G32、G92指令简洁，在程序中只需指定一次有关参数，则螺纹加工过程自动进行。
指令格式如下：
G00Xα1Zβ1 G76 P m r a Q△dmin R d ； G76 X(U)α2Z(W)β2 R i Pk QΔd FL；
式中几何参数说明：
①α1,β1为螺纹切削循环起点
A坐标，X向在切削外螺纹
时，应比螺纹大径大1～2mm；在切削内螺纹时，应比螺纹小径小1～2mm；在Z向必须包含空刀切入量。
②m为精加工重复次数， 01-99次，必须用两位数表示，该参数为模态量。
③r为螺纹收尾45°斜向退刀倒角量，00－99个单位，该值大小可设置在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为导程。该参数为模态量。
④a为刀具角度，可从80°、60°、55°、30°、29°和0°六个角度中选择，用两位整数来表示。该参数为模态量。 例m、r和a用地址P同时指定，例如：m=2，r=1.2L，a=60°，表示为P021260。 ⑤△dmin为最小背吃刀量（最小切入量），半径值，单位为um。车削过程中每次的车削深度为(Δdn-Δd n1)，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。 ⑥d为精加工余量，半径值，单位为um。该参数为模态量， ⑦X(U)__、Z(W)___螺纹切削终点坐标（绝对坐标或相对坐标） ⑧i：螺纹锥度，即螺纹部分半径值。当为圆柱螺纹时，i=0，可省略。 ⑨k：螺纹牙型高度，按k＝0.65P进行计算，半径值，单位为um，不带小数点。 ⑩Δd：第一次车削深度（第一次切入量），半径值，单位为um，不带小数点。 ⑩L：螺距。
图3 G76螺纹切削循环路线
G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式，由于单侧刀刃切削工件，刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式，因此，此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为简捷方便。如果需加工高精度、大螺距的螺纹，则可采用G92、G76混用的办法，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进行精加工。需要注意的是粗精加工时的起刀点要相同，以防止螺纹乱扣的产生。 编程举例
例1
上图为零件轴上的一段直螺纹，螺纹高度为3.68mm，螺距为6mm，螺纹尾端倒角为1.1L，刀尖角为60°，第一次车削深度1.8mm，最小车削深度0.1mm。程序为：
„„
N16 G76 P011160 Q100 R200；
N18 G76 X60. Z25.0 P3680 Q1800 F6.0； „„
例2如图所示，分别运用G92、G76螺纹切削循环指令编程。
加工示例零件图
1.G92 编程 N10 G50 X100. Z50. N20 G41 G97 S300 N30 T0101 M03 N40 G00 X35. Z3.
N50 G92 X29.5 Z-21. F1.5 N60 X29.0 N70 X28.5 N80 X28.38 N90 G00 X100. Z50. N100 T0000 M05
N110 M02 N120 M30 2. G76 编程 N10 G50 X100. Z50. N20 G41 G97 S300 N30 T0101 M03
N40 G00 X35. Z3.
N50 G76 P010160 Q200 R0.1 N60 G76 X28.38 Z-21. R0 P812 Q200 F1.5
N70 G00 X100. Z50. N80 T0000 M05 N90 M02 N100 M30
螺纹加工及环规的使用练习 一、 螺纹的测量方法：
（2） 螺纹顶径测量，即外螺纹大径，内螺纹小径 游标卡尺，千分尺 （3） 螺距：
钢直尺，游标卡尺，螺纹样板 前两者使用时应测5－10个。 （4） 牙型角
螺纹样板或牙型角样板 （5） 螺纹中径 螺纹千分尺 二、 综合检验
螺纹量规 螺纹环规（外） 螺纹塞规（内）
分别有止规（Z）和通规（T） 通规能拧入，止规不能拧入为合格。 结束语
以上我们通过实例介绍了G92、G76螺纹切削循环指令的区别以及它们各自不同的编程方式和应用场合。在实际生产过程中应根据工件的加工特点与要求正确灵活地运用这些切削循环指令。
