螺纹循环指令

第二节　G92、G76螺纹循环指令

【工作任务】

图4-14　梯形螺纹轴

制订如图4-14所示零件（内孔已钻直径为20mm、深23mm的预孔）的加工工艺方案，应用外圆加工循环和螺纹加工循环指令编写程序并加工，毛坯选用φ50mm×80mm的钢料。

【相关理论】

一、螺纹切削单一固定循环（G92）

1.圆柱螺纹切削循环

（1）指令格式　G92 X（U）　Z（W）　F　；

X（U）　Z（W）　：螺纹切削终点处的坐标，U和W后面数值的符号取决于轨迹AB和BC的方向（图4-15）；

F：螺纹导程的大小，如果是单线螺纹，则为螺距的大小。

例　G92 X30.0 Z-30.0 F2.0；

（2）指令的运动轨迹及工艺说明　G92圆柱螺纹切削轨迹如图4-15所示，与G90循环相似，运动轨迹也是一个矩形轨迹。刀具从循环起点A沿X向快速移动至B点，然后以导程/转的进给速度沿Z向切削进给至C点，再从X向快速退刀至D点，最后返回循环起点A点，准备下一次循环。

在G92循环编程中，仍应注意循环起点的正确选择。通常情况下，X向循环起点取在离外圆表面1～2mm（直径量）的地方，Z向的循环起点根据导入值的大小来进行选取。

图4-15　圆柱螺纹循环切削轨迹图

（3）编程实例

例1　在后置刀架式数控车床上，试用G92指令编写图4-15所示工件的螺纹加工程序。在螺纹加工前，其外圆已加工好，直径为23.75mm。

螺纹加工程序如下：

O0304；

G99 G40 G21；

T0202；　　　　　　　　（螺纹车刀的前刀面向下）

G00 X100.0 Z100.0；

M04 S600；　　　　　　　（主轴反转）

M08；

G00 X25.0 Z3.0；　　　　（螺纹切削循环起点）

G92 X22.9 Z-31.0 F1.5； （多刀切削螺纹，背吃刀量分别为1.1、0.5、0.1和0.1）

　　X22.4；　　　　　　 （模态指令，只需指令X，其余值不变）

　　X22.3；

　　X22.2；

G00 X150.0；　　　　　　 （有顶尖时的退刀，应先退X，再退Z）

　　Z20.0；

M30；

例2　在前置刀架式数控车床上，试用G92指令编写图4-16所示左旋双线螺纹的加工程序。在螺纹加工前，其螺纹外圆直径已加工至φ29.8mm。

图4-16　左旋双线螺纹

O0305；

G99 G40 G21；

T0202；

M03 S600；

G00 X31.0 Z-34.0；

G92 X28.9 Z3.0 F3.0；

　　X28.4；

　　X28.15；

　　X28.05；

G01 Z-32.5 F0.2；　　（Z向平移一个螺距）

G92 X28.9 Z4.5 F3.0；（加工第2条螺旋线）

　　X28.4；

　　X28.15；

　　X28.05；

G00 X100.0 Z100.0；

M30；

2.圆锥螺纹切削循环

（1）指令格式　G92 X（U）　Z（W）　F　R　；

R的大小为圆锥螺纹切削起点（图4-17中B点）处的X坐标减其终点（编程终点）处的X坐标之值的1/2。

R的方向规定为，当切削起点处的半径小于终点处的半径（即顺圆锥外表面）时，R取负值。

图4-17　圆锥螺纹循环切削的轨迹图

其余参数参照圆柱螺纹的G92规定。

例　G92 X30.0 Z-30.0 F2.0 R-5.0；

（2）本指令的运动轨迹及工艺说明　G92圆锥螺纹切削循环轨迹与G92直螺纹切削循环轨迹相似（即原BC水平直线改为倾斜直线）。

对于圆锥螺纹中的R值，在编程时除要注意有正、负值之分外，还要根据不同长度来确定R值的大小，图4-17中，用于确定R值的长度为30+δ₁+δ₂，其R值的大小应按该计算，以保证螺纹锥度的正确性。

圆锥螺纹的牙型角为55°，其余尺寸参数（如牙型高度、大径、中径、小径等）通过查表确定。

（3）编程实例　用G92圆锥螺纹编制图4-17的程序，后置刀架。起始端直径d₂=φ20，螺纹大径d₁=φ30，P=1.5，δ₁=3.0，δ₂=1.0。锥螺纹小径=考虑空刀退出量的螺纹大径-1.3×螺纹导程，得：锥螺纹小径=30.33-1.3×1.5=28.38（mm）。

螺纹加工程序如下：

O0304；

G99 G40 G21；

T0202；　　　　　　　　 （螺纹车刀的前刀面向下）

G00 X100.0 Z100.0；

M04 S600；　　　　　　　（主轴反转）

M08；

G00 X32.0 Z3.0；　　　　（螺纹切削循环起点）

G92 X29.23 Z-31.0 F1.5；（多刀切削螺纹）

　　X28.73；　　　　　　（模态指令，只需指令X，其余值不变）

　　X28.48；

　　X28.38；

G00 X150.0；　　　　　　（有顶尖时的退刀，应要先退X，再退Z）

　　Z20.0；

M30；

3.使用螺纹切削单一固定循环（G92）时的注意事项

①在螺纹切削过程中，按下循环暂停键时，刀具立即按斜线回退，然后先回到X轴的起点，再回到Z轴的起点。在回退期间，不能进行另外的暂停。

②如果在单段方式下执行G92循环，则每执行一次循环必须按4次循环启动按钮。

③G92指令是模态指令，当Z轴移动量没有变化时，只需对X轴指定其移动指令即可重复执行固定循环动作。

④执行G92循环时，在螺纹切削的退尾处，刀具沿接近45°的方向斜向退刀，Z向退刀距离r=0.1～12.7S（导程），如图4-17所示，该值由系统参数设定。

⑤在G92指令执行过程中，进给速度倍率和主轴速度倍率均无效。

4.提高切削质量的方法

（1）连续递减　可获得不变的切屑面积，如图4-18所示。

这包括相对较大的初始值（0.2～0.35mm）并且与螺纹牙型的具体深度有关。此值会逐渐降低且以0.09～0.02mm的进给进行精加工，最后一次走刀可以是不进刀的空走刀，这时用于消除切削过程中的反弹。这种走刀方式是现代CNC机床上最常用的方法。

（2）恒定的走刀量　可获得最佳的切屑控制和长的刀具寿命，如图4-19所示。

这是在新型机床上正变得越来越通用的加工方法。通过固定螺纹切削周期中的某一个参数，而使切屑厚度恒定，进而形成最佳化的切屑。初始值为0.18～0.12mm，实际值应由上一次走刀（至少应为0.08mm）的具体值确定。

图4-18　连续递减

图4-19　恒定的走刀量

例　公制外螺纹：螺距2.0mm

总的进刀量=1.28-0.08=1.20=10次走刀+1（0.08）=0.12（mm）进给/走刀

二、螺纹切削复合固定循环（G76）

1．螺纹复合循环指令

（1）指令格式　G76 P（m）（r）（a）Q（△d_min）R（d）；

G76 X（U）　Z（W）　R（i）P（k）Q（△d）F　；

m：精加工重复次数01～99；

r：倒角量，即螺纹切削退尾处（45°）的Z向退刀距离。当导程（螺距）由S表示时，可以从0.1S到9.9S设定，单位为0.1S（两位数：从00～99）；

a：刀尖角度（螺纹牙型角）。可以选择80°、60°、55°、30°、29°和0°共6种中的任意一种。该值由2位数规定；

△d_min：最小切深，该值用不带小数点的半径量表示；

d：精加工余量，该值用带小数点的半径量表示；

X（U）　Z（W）　：螺纹切削终点处的坐标；

i：螺纹半径差。如果i=0，则进行圆柱螺纹切削；

k：牙型编程高度。该值用不带小数点的半径量表示；

Δd：第一刀切削深度，该值用不带小数点的半径量表示；

F：导程。如果是单线螺纹，则该值为螺距。

例　G76 P011030 Q50 R0.05；

　　G76 X27.6 Z-30.0 R0 P1 200 Q400 F2.0；

（2）指令的运动轨迹及工艺说明　G76螺纹切削复合循环的运动轨迹如图4-20所示。以圆柱外螺纹（i值为零）为例，刀具从循环起点A处，以G00方式沿X向进给至螺纹牙顶X坐标处（B点，该点的X坐标值=小径+2k），然后沿基本牙型一侧平行的方向进给（如图3-27b），X向切深为Δd，再以螺纹切削方式切削至离Z向终点距离为r处，倒角退刀至D点，再X向退刀至E点，最后返回A点，准备第二刀切削循环。

第一刀切削循环时，背吃刀量为Δd（如图4-21），第二刀的背吃刀量为1）Δd，第n刀的背吃刀量为（因此，执行G76循环的背吃刀量是逐步递减的。

图4-20　G76循环的运动轨迹

图4-21　G76循环的进刀轨迹

图4-21所示为：螺纹车刀向深度方向并沿基本牙型一侧的平行方向进刀，从而保证了螺纹粗车过程中始终用一个刀刃进行切削，减小了切削阻力，提高了刀具寿命，为螺纹的精车质量提供了保证。

在G76循环指令中，m、r、a用地址符P及后面各两位数字指定，每个两位数中的前置0不能省略。这些数字的具体含义及指定方法如下：

例　P001560

该例的具体含义为：精加工次数“00”即m=0；倒角量“15”即r=15×0.1S=1.5S（S是导程）；螺纹牙型角“60”即α=60°。

（3）编程示例

例1　在前置刀架式数控车床上，试用G76指令编写图4-22所示外螺纹的加工程序（未考虑各直径的尺寸公差）。

O0307；

G99 G40 G21；

T0202；

M03 S600；

G00 X32.0 Z6.0；

G76 P021060 Q50 R0.1；

G76 X27.6 Z-30.0 P1300 Q500 F2.0；

G00 X100.0 Z100.0；

M30；

例2　在前置刀架式数控车床上，试用G76指令编写图4-23所示内螺纹的加工程序（未考虑各直径的尺寸公差）。

图4-22　外螺纹加工的示例件

图4-23　内螺纹加工的示例件

O0306；

G99 G40 G21；

T0404；

M03 S400；

G00 X26.0 Z6.0；　　　　　（螺纹切削循环起点）

G76 P021060 Q50 R-0.08；　（设定精加工两次，精加工余量为0.08mm，倒角量等于螺距S，牙型角为60°，最小切深为0.05mm）

G76 X30.0 Z-30.0 P1200 Q300 F2.0；　（设定牙型高为1.2mm，第一刀切深为0.5mm）

G00 X100.0 Z100.0；

M30；

2. G76指令加工梯形螺纹

（1）梯形螺纹测量　梯形螺纹的测量分综合测量、三针测量和单针测量三种。这三种测量方法及其计算后叙。

（2）计算Z向刀具偏置值　在梯形螺纹的实际加工中，由于刀尖宽度并不等于槽底宽，因此，通过一次螺纹复合循环切削无法正确控制螺纹中径等各项尺寸。为此可采用刀具Z向偏置后再次进行螺纹复合循环加工来解决以上问题，为了提高加工效率，最好只进行一次偏置加工，因此，必须精确计算Z向的偏置量，Z向偏置量的计算方法如图4-24所示，计算如下：

图4-24　Z向刀具偏置值的计算

设M实测-M理论=2AO₁=δ，则AO₁=δ/2

在图4-24中，四边形O₁O₂CE为平行四边形，则ΔAO₁O₂≌ΔBCE，AO₂=EB。ΔCEF为等腰三角形，则EF=2EB=2AO₂。

AO₂=AO₁×tan（∠AO₁O₂）=tan15°×δ/2

Z向偏置量EF=2AO₂=δ×tan15°=0.268δ

实际加工时，在一次循环结束后，用三针测量实测M值，计算出刀具Z向偏置量，然后在刀长补偿或磨耗存储器中设置Z向刀偏量，再次用G76循环加工就能一次性精确控制中径等螺纹参数值。

梯形螺纹的代号　梯形螺纹的代号用字母“Tr”及公称直径×螺距表示，单位均为mm。左旋螺纹需在其标记的末尾处加注“LH”，右旋则不用标注。例如Tr36×6，Tr44×8LH等。

国标规定，公制梯形螺纹的牙型角为30°。梯形螺纹的牙型如图4-25，各基本尺寸计算公式见表4-7。

图4-25　梯形螺纹的牙型

表4-7　梯形螺纹各部分名称、代号及计算公式

（3）梯形螺纹编程实例

例　在前置刀架式数控车床上，试用G76指令编写图4-26所示梯形螺纹的加工程序。

图4-26　梯形螺纹加工示例件

①计算梯形螺纹尺寸并查表确定其公差。

大径d=

中径d₂=d-0.5P=36-3=33，查表确定其公差，故d₂=；

牙高h₃=0.5P+a _c=3.5；

小径d₃=d-2h₃=29；查表确定其公差，故d₃=

牙顶宽f=0.366P=2.196

牙底宽W=0.366P-0.536a _c=2.196-0.268=1.928

用φ3.1mm的测量棒测量中径，则其测量尺寸M=d₂+4.864d _D-1.866P=32.88；根据中径公差带（7e）确定其公差，则M=其中d为测量棒直径，最佳值为 _D 0.518P。

②编写数控加工程序。

O0308；

G99 G40 G21；

G28 U0 W0；

T0202；

M03 S400；

G00 X37.0 Z12.0；

G76 P020530 Q50 R0.08；　　（设定精加工两次，精加工余量为0.08mm，倒角量等于0.5倍螺距，牙型角为30°，最小切深为0.05mm）

G76 X28.75 Z-40.0 P3500 Q600 F6.0；　（设定螺纹牙型高为3.5mm，第1刀切深为0.6mm）

G00 X150.0；

M30；

在梯形螺纹的实际加工中，由于刀尖宽度并不等于槽底宽，在经过一次G76切削循环后，仍无法正确控制螺纹中径等各项尺寸。为此，可经刀具Z向偏置后，再次进行G76循环加工，即可解决以上问题。

3.使用螺纹复合循环指令（G76）时的注意事项

①G76可以在MDI方式下使用。

②在执行G76循环时，如按下循环暂停键，则刀具在螺纹切削后的程序段暂停。

③G76指令为非模态指令，所以必须每次指定。

④在执行G76时，如要进行手动操作，刀具应返回到循环操作停止的位置。如果没有返回到循环停止位置就重新启动循环操作，手动操作的位移将叠加在该条程序段停止时的位置上，刀具轨迹就多移动了一个手动操作的位移量。

三、螺纹切削疑难解析

螺纹切削疑难解析见表4-8。

表4-8　螺纹切削疑难解析

【手工编程】

1.选择机床与夹具

选择FANUC 0i系统、前置刀架式数控车床加工，夹具采用通用三爪卡盘，编程原点设在工件左、右端面与主轴轴线的交点上。

2.加工步骤

①用G71、G70指令粗、精加工左端外形轮廓。

②用G90指令粗、精加工内孔轮廓。

③用G75指令加工内沟槽。

④用G92指令加工内螺纹。

⑤调头后，用G71、G70粗、精加工外形轮廓。

⑥用G75指令加工外沟槽，并加工沟槽处倒角。

⑦用G76指令加工梯形螺纹。

3.基点计算（略）

4.刀具、切削用量选择

（1）加工工件左端轮廓

①1号刀为90°外圆车刀。切削用量：粗车为S600、f0.2、a _p1.5；精车为S1200、f0.1、a _p0.15。

②2号刀为内孔车刀。切削用量为S800、f0.1、a _p0.6。

③3号刀为内切槽刀，刀宽为3mm。切削用量为S400、f0.1。

④4号刀为内螺纹车刀。切削用量为S800、f2。

（2）加工工件右端轮廓

①1号刀为90°外圆车刀。切削用量：粗车为S600、f0.2、a _p1.5；精车为S1200、f0.1、a _p0.15。

②2号刀为外切槽刀，刀宽为3mm。切削用量为S500、f0.1。

③3号刀为梯形螺纹车刀。切削用量为S400、f3。

④转1号刀，车右端面及修整C1并保证总长尺寸及公差要示（程序省略）。

5.编写加工程序

数控车参考加工程序见表4-9。

表4-9　梯形螺纹轴实例参考程序

续表

续表

续表

说明：加工梯形螺纹使用单独的程序较为合适，以便于修改Z向刀具偏置后重新进行G76加工。

【拓展练习】

完成图4-27所示零件的加工方案和工艺规程的编制，并进行程序编制和加工。毛坯选用φ50mm×42mm圆钢，钻出φ20mm预孔。

图4-27　内梯形螺纹轴