螺纹切削循环指令

2.4.2　螺纹切削指令

1．等螺距螺纹切削指令G32

（1）G32 的指令含义　G32指令的含义是在数控车床上单程切削等螺距螺纹。

（2）G32的程序段格式　G32的程序段格式如下：

G32　Z　F； （等螺距外圆柱螺纹切削）或者采用增量值U、W编程：

G32　W　F； （等螺距外圆柱螺纹切削，W为Z方向目标点的增量值）

这里的F为螺纹导程值的指定。

由于G32为单行程切削螺纹，所以刀尖的当前点必须提前运动到指定的螺纹深度直径位置处，如图2-82所示，本程序段没有X值的变化，所以是用来切圆柱螺纹的。这里的Z是切螺纹行程的终点，也是本程序段的目标点，表明刀尖将沿着Z坐标方向平移以便产生圆柱螺纹。

图2-82　圆柱螺纹切削

切圆锥外螺纹的程序段格式如下：

G32　X　Z　F；（等螺距圆锥螺纹切削）或者用增量值编程：

G32　U　W　F；

该程序段由于在直径方向上产生了增量X或者U，所以产生的螺纹是圆锥螺纹，如图2-83所示。上式中的U、W分别表示X、Z两坐标轴方向上的增量值。

图2-83　圆锥螺纹切削

（3）切削螺纹注意事项　在数控车床上切削螺纹时，需要注意以下几点：

① 螺纹导程F　数控系统在执行G32和其他的螺纹切削指令时，导程参数是由程序段中的F指令指定的，此时，机床主轴的转动与刀具的进给将严格地保证螺纹的导程关系。这一相对运动速比关系是依靠主轴伺服系统与进给伺服系统两者间速度控制的同步运行功能来实现的，此时的主轴速度倍率旋钮和进给速度倍率旋钮均处于失效状态。

② 螺纹切入长度δ1和切出长度δ2　切螺纹过程中，刀具沿Z方向的进给量F是需要一定的时间来达到的，如图2-82所示，当刀尖处于a点位置时，F值的大小等于零，而在刀尖移动到接近工件右端面时，F值应该不断加速以尽快达到预定的1.5mm导程值的要求，如果在刀尖开始切入材料时，F值仍然没有达到所要求的数值，则切出来的前几扣螺纹的导程值将会小于1.5mm的要求，所以需要在螺纹切削行程中预先留出足够大的距离δ1，以便刀具的Z方向进给量及早达到规定的F值的要求。δ1称为螺纹切削行程中的切入长度，或者称为引入长度。

主轴转速越高，对δ1的要求就越长。

螺纹切入长度δ1一般视主轴转速的高低取3～5mm，主轴转速高时取大值，主轴转速低时取小值。

同样道理，刀尖在切完螺纹时，F值需要一段时间进行减速，在到达行程终点b点时，F值应该降为零，同样需要刀尖有个减速运动阶段，如图2-83所示的δ2称为切出长度，或者称为引出长度。

螺纹切出长度δ2的大小一般取δ1的0.25倍，即：

δ2 = 0.25×δ1

③ 车螺纹时的主轴转速限制　螺纹车削时，应有主轴转速的限制，在进行螺纹车削时，为了保证刀尖在δ1的运行时间内，刀具的进给运动量能够由0值加速到程序所规定的导程值F，需要机床具有相当大的动力加速度g。切螺纹时，主轴转速越高，所需要的切入长度就越长，对机床的动力加速度就要求越大。所以，为防止在高速切削螺纹时出现主轴计数丢步和切入长度不足的缺陷，规定在切削螺纹时对主轴的转速有最高限速的要求。

切螺纹时的主轴最高限速大小根据机床的动力性能来具体确定，不同机床有不同的规定。例如BKC2—001型数控车床的数控系统规定主轴的最高转速限制为：

式中，1200表示该机床的主轴脉冲编码器工作频率为每转1200个脉冲；

P为螺纹的导程（mm）；

80为一个转速降低的保险系数。

在不清楚机床的切螺纹最高限速时，一般取较低值比较稳妥。推荐将切螺纹时的主轴转速限制在800 r/min以内。

（4）螺纹切削的进刀次数　如图2-84所示，三角螺纹的牙齿深度h与理论牙高H及螺距P三者间的几何关系如下：

图2-84　三角螺纹的牙型高度

所以，螺纹切削加工中的螺纹小径可以按照上述关系来进行计算。一般情况下，螺纹小径d1可以通过下述关系近似求出：

d1 = d−（1.1～1.3）P　　　　　　（2-5）

式中，d1——螺纹小径；　　　

　d——螺纹大径；　　　　　　　

　P——三角螺纹的螺距。　　　　

系数1.1～1.3在切较高精度螺纹时取小值，切一般螺纹时取大值。

对要求比较高的精密螺纹，其小径值应该按照螺纹公差的要求来精确计算和确定。

一般情况下，牙齿的全齿深是需要分几次走刀切出来的，刀尖向齿槽的进给方式有直进法和斜进法两种，如图2-85所示。进刀方式不同，对刀尖和切削质量的影响也不同。如图2-85（a）为斜进方式，比较有利于刀尖的受力和得到较高的切削加工质量；如图2-85（b）为直进方式，切削质量较差。另外，从第一次和第二次进刀的刀齿受力截面积大小的比较可以看出，越往深处切削，刀齿的承载截面积会成数倍地增加。所以，为了避免最后两刀的螺纹切削时，刀具由于承载过大而引起的振动，进刀的次数和每次进刀的背吃刀量应按照逐次递减的规律来合理地统筹和安排。表2-4给出了常用螺纹车削加工时进刀次数和背吃刀量分配的经验数值可供参考。

图2-85　两种切螺纹的进刀方式

（5）G32切削螺纹程序实例。

【实例2-3】试对如图2-86所示M30螺纹进行车削加工。

图2-86　螺纹切削加工图样

由图样知三角螺纹M30×1.5的螺距P为1.5mm，螺纹的公称直径为30mm。

经查表2-3：牙齿深度为0.974mm。

可以分4次进刀，4次的背吃刀量分别是：第一次0.8mm；第二次0.6mm；第三次0.4mm；第四次0.16mm。

四次进刀量均为直径量。则螺纹的小径为：

d1 =30−（0.8 + 0.6 + 0.4 + 0.16）

　　　=30−1.96　　　　　　　　　　　　

　　　= 28.04　　　　　　　　　　　　　

表2-3　常用三角螺纹切削进刀次数及背吃刀量参考

取主轴主轴转速S为500r/min，切入长度为4mm，切出长度为1mm，螺纹切削加工部分的程序如下：

由以上例题可以看出，刀具每切一次螺纹，都要完成：（1）径向快进；（2）螺纹切削；（3）径向快退；（4）轴向返回，这样的四个分解动作，完成如图2-86所示的abcd图形，下一次切削又要再次完成这样的四个分解动作，每次的abcd图形就形成了一个同样的循环图形和循环动作。在高性能数控系统中，可以将上述的四个动作以及四个程序段复合成为一个程序段，称其为切螺纹循环。

2．普通螺纹切削循环指令G92

在FANUC-0i车削数控系统中，把G92设置成为普通螺纹切削固定循环指令。如图2-87所示，刀尖在对螺纹进行切削时，由一个螺纹切削循环的起点a开始，分别完成1R：径向快进；2F：螺纹切削；3R：径向快退；4R：纵向快退返回到循环的起点位置，这样的四个分解动作，完成一个abcd移动循环过程，这四个动作可由G92一个程序段来表达，称为一个切削循环命令。

图2-87　普通螺纹切削循环G92

① G92螺纹循环指令格式　G92螺纹切削指令格式如下：

G92　X__　Z__　F__；　　（圆柱螺纹切削循环）

用增量值编程格式为：

G92　U__　W__　F__　；

对于圆锥螺纹：

G92　X__　Z__　I__　F__　； （圆锥螺纹切削循环）或者

G92　U__　W__　I__　F__　；（增量值编程）式中，X、Z给出了螺纹切削行程的终点，即上述abcd循环图形中的c点位置的坐标。如果刀尖还有下一刀的径向进刀，再一次G92只要改变X值即可。Z坐标值具有续效作用而被保留着。

在圆锥螺纹切削循环命令中，程序字I给出了螺纹切削行程中刀尖沿着径向方向（X方向）的移动增量，如图2-83所示，所以将完成圆锥螺纹的切削。I值的正负以X方向来判定。

② G92螺纹切削循环实例　对于如图2-82所示的三角螺纹，G92切削循环程序如下：

比较G32和G92两种螺纹切削加工程序，同样的M30×1.5螺纹切削，G92螺纹切削循环使程序简化到原来的三分之一，方便了程序的编写，减少了错误的产生，同时也方便了程序的阅读和检查。

③ G92用于切削圆锥螺纹　用G92来切削圆锥螺纹的刀尖移动路线如图2-88所示，循环起点是a点，刀尖由a点出发，经过abcd图形移动后返回到a点，完成了一个1R、2F、3R、4R的梯形路线循环过程。

图2-88　G92循环用于圆锥螺纹的切削

螺纹切削指令G32和G92都采用直进法进刀，螺纹牙齿的齿槽切削质量较差，对精度要求较高的螺纹切削加工，可以采用精密螺纹加工复合循环指令G76。由于G76指令是一种复合循环指令，将在后面的2.4.3小节复合循环指令部分进行进一步的探讨。

3．变导程螺纹切削指令G33、G34

G32用来切等螺距螺纹，而G33和G34常用来切变螺距的螺纹，习惯上称为增螺距螺纹和减螺距螺纹。这种指令可以在工件每一转中使导程产生一个给定的正值增量或负值增量。