如何正确加工小螺距螺纹的综合配合件？

【任务描述】

在规定时间内完成图7-41、图7-42、图7-43和图7-44所示工件的工艺分析、编程与加工，并对加工零件进行自检。

图7-41 综合配合件件一

图7-42 综合配合件件二

图7-43 综合配合件件三

图7-44 综合配合件

【任务目标】

知识目标：正确识读零件图样；掌握综合配合件的加工工艺分析方法；掌握制订一般轴类零件加工方案的方法；正确填写数控加工刀具卡和工序卡等工艺卡片；熟练运用编程指令进行编程。

技能目标：会使用常用工、量、刃具对零件进行加工，同时能保证零件加工精度；会熟练操作FANUC系统数控车床进行零件加工。

情感目标：严格遵守安全文明操作规程，树立安全意识，提高职业素养。

【相关知识】

1.梯形螺纹的加工方法

（1）直进法 即螺纹车刀沿X向间歇进给至牙底处，如图7-45a所示。这种方法在数控车床上可以采用G92指令来实现。采用这种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀的三面刃都参加切削，加工排屑困难，导致切削力和切削热增加，刀尖磨损严重。当进给量过大时，还会产生“扎刀”和“打刀”现象。切削螺距较大的螺纹时，背吃刀量较大，切削刃磨损较快，进而造成螺纹中径产生误差。但是其加工的牙型精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹的加工。

（2）斜进法 即螺纹车刀沿牙型角斜向间歇进给至牙底处，如图7-45b所示。这种方法在数控车床上可采用G76指令来实现。采用这种方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀始终只有一侧刃参加切削，从而使排屑比较顺利，刀尖的受力和受热情况有所改善。由于为单侧刃加工，加工刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，从而造成牙型精度较差。但单侧刃工作刀具负载较小，排屑容易，并且背吃刀量为递减式。因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹的加工。因斜进法加工螺纹排屑容易，切削刃加工工况好，所以在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。

（3）左右切削法 螺纹车刀沿牙型角方向左、右交错进给至牙深，如图7-45c所示。这种方法类同于斜进法，也可在数控车床上采用G92和G76指令实现。从以上对比分析可以看出，只简单利用一个指令进行车削螺纹是不够完善的，采用G92、G76指令混合进行编程，即先用G76指令进行螺纹粗加工，再用G92指令进行精加工的方式在螺纹加工中将有两大优点：一方面可以避免因切削量过大而产生变形，另一方面能够保证螺纹加工的精度。但要注意粗车和精车刀具起始点要一致，否则会产生乱扣，造成零件报废。

（4）粗车槽法 这种方法是先用车槽刀粗车出螺纹槽，如图7-45d所示，再用梯形螺纹车刀加工螺纹两侧面，其编程与加工在数控车床上较难实现。

图7-45 梯形螺纹的几种加工方法

a）直进法 b）斜进法 c）左右切削法 d）粗车槽法

2.螺纹的测量与误差分析

螺纹数控车削加工中，需检测的螺纹各项几何参数有：螺纹中径、螺纹牙型角、牙型半角和螺距等。这些参数直接影响螺纹的使用和配合性能。

（1）用螺纹千分尺测量螺纹中径 螺纹千分尺属于专用的螺旋测微量具，用于测量螺纹中径。螺纹千分尺具有特殊的测量头，测量头的形状做成与螺纹牙型相吻合，即一个是V形测量头，与牙型角凸起部分相吻合；另一个为圆锥形测量头，与牙型沟槽相吻合。千分尺有一套可换测量头，每一对测量头只能用来测量一定螺纹范围的螺纹。螺纹千分尺适用于低精度要求的螺纹工件的测量。

螺纹千分尺的测量步骤如下：

1）根据被测螺纹的螺距，选取一对测量头。

2）装上测量头并校准千分尺的零位。

3）将被测螺纹放入两测量头之间，找正中径部分，如图7-46a所示。

4）分别在同一截面相互垂直的两个方向上测量中径，取它们的平均值作为螺纹的实际中径，如图7-46b所示。

图7-46 用螺纹千分尺测量螺纹中径

a）测量方法 b）测量原理

（2）用三针测量法测量螺纹中径 三针测量法是测量外螺纹中径的一种比较精密的测量方法。测量时，将三根直径相等的测量针放在螺纹相对应的螺旋槽中，用千分尺测量出两边量针顶点之间的距离M，如图7-47所示。

图7-47 用三针测量法测量螺纹中径

1）三针测量法M值的计算。三针测量法测量螺纹中径时M值计算的简化计算公式见表7-29。

表7-29 三针测量法M值计算的简化公式

表7-29公式中各参数的含义如下：

M——三针测量法测量螺纹时的测量值（mm）；

d₂——螺纹中径（mm）；

d_D——量针直径（mm）；

P——螺纹螺距（mm）。

2）三针测量法量针直径的选择。用三针测量法测量螺纹中径时，要合理选择量针直径。如图7-48所示，最小量针直径不能沉没在齿谷中（图7-48a）；最大量针直径不能搁在齿顶上与测量面脱离（图7-48b）；最佳量针直径应使量针与螺纹中径处相切（图7-48c）。量针直径的计算简化公式见表7-30。

图7-48 量针直径的选择

表7-30 三针测量法量针直径计算的简化公式

3）用单针测量法测量螺纹中径。单针测量法是用一根量针放在螺纹的螺旋槽中，另一侧用螺纹大径作为基准测量螺纹中径的方法，如图7-49所示。单针测量法不如三针测量法精确。

3.螺纹加工的注意事项

1）在螺纹切削期间，进给速度倍率无效。

2）在螺纹切削过程中，进给暂停功能无效。如果在螺纹切削期间按了进给暂停按钮，刀具将在执行了非螺纹切削的程序段后停止。

3）在螺纹切削期间，主轴速度倍率功能无效。

4）在螺纹切削期间，不要使用恒切削速度控制，而采用恒转速控制较为合适。因为恒切削速度车削时，随着工件直径的减小，转速会增加，有可能产生乱牙现象。

5）对于循环开始时刀具所到达的位置，可以是任意位置，但要保证刀具能在螺纹切削完成后回退到该位置时不发生刀具碰撞。

4.车偏心工件的相关工艺知识

偏心工件就是零件的外圆和外圆或外圆和内孔的轴线平行而不相重合。这两条平行轴线之间的距离称为偏心距。外圆与外圆偏心的零件称为偏心轴或者偏心盘；外圆与内孔偏心的零件称为偏心套，如图7-50所示。

图7-49 用单针测量法测量螺纹中径

图7-50 偏心件

a）偏心轴 b）偏心盘 c）偏心套

为了保证偏心零件的工作精度，在车削偏心工件时，要特别注意控制轴线间的平行度和偏心距的精度。

（1）在自定心卡盘上车偏心件 长度较短的偏心工件，可以在自定心卡盘上进行车削。先把偏心工件中不是偏心的外圆车好，随后在自定心卡盘的任意一个卡爪与工件接触面之间垫上一块预先选好厚度的垫片，并在相应的卡爪上做好记号，如图7-51所示，然后把工件夹紧，即可进行车削。

（2）在单动卡盘上车偏心工件 一般精度要求不高、偏心距小、工件长度短而简单的偏心工件可在单动卡盘上车削。装夹工件时，必须找正已划好的偏心中心线，使偏心中心线与车床主轴轴线重合。偏心找正以后，还应找正工件外圆侧素线，使侧素线与车床主轴轴线平行。

如图7-52所示为一偏心轴，其划线以及车削操作的步骤如下：

图7-51 在自定心卡盘上车偏心件

1）把工件毛坯车成圆轴，使其直径等于D，长度等于L。在轴的两端面和外圆上涂色，然后将其放在V形铁上进行划线。用划针先在端面上和外圆上划一组与工件中心线等高的水平线，如图7-53a所示。

图7-52 偏心轴

图7-53 偏心轴的划线方法

2）把工件转动90°，用直角尺对齐已划好的端面线，再在端面上和外圆上划另一组水平线，如图7-53b所示。

3）用两脚规以偏心距e为半径，在工件的端面上取偏心距e值，作出偏心点，然后以偏心点为圆心作圆，并用样冲在所划出的线上打好样冲眼。这些样冲眼应打在线上，如图7-54所示，不能歪斜，否则会产生偏心距误差。

4）把划好线的工件装在单动卡盘上。在装夹时，先调节卡盘的两爪，使其呈不对称位置，另外两爪呈对称位置，使工件偏心圆线在卡盘中央，如图7-55所示。

图7-54 划偏心

图7-55 用单动卡盘装夹偏心工件的方法

5）在车床床身上放好小平板和划针盘，针尖对准偏心圆线，找正偏心圆，然后把针尖对准外圆水平线，如图7-56所示，自左向右检查水平线是否水平。把工件转动90o，用同样的方法检查另一条水平线，然后紧固卡脚，复查工件的装夹情况。

6）工件经找正后，把自定心卡盘再拧紧一遍，即可进行车削加工。在初车削时，进给量和背吃刀量要小，等工件车圆后，切削用量可以增加，否则就会损坏车刀或使工件移位。

（3）车削过程中容易产生的问题和注意事项

1）在所划线上打样冲眼时，必须打在线上或线的交点上，一般打四个样冲眼即可。操作时要认真、仔细、准确，否则容易造成偏心距误差。

2）划线平板和划针盘底面要平整、清洁，否则容易产生划线误差。

图7-56 检查水平线

3）划针要经过热处理，以使划针头部的硬度达到要求，划针尖端磨成15°～20°的锥度，头部要保持尖锐，使划出的线条清晰、准确。

4）工件装夹后，为了检查划线误差，可用百分表在外圆上进行测量，即缓慢转动工件，观察其跳动量是否为8mm。

【引导操作】

1.工作准备

（1）机床准备 选用FANUC0iMateC系统数控车床（前置式刀架）。

（2）毛坯准备 选用ϕ60mm×100mm两段45钢，其中一段是用来加工件二和件三的，到时候用外槽车刀车断。

（3）夹具准备 选用数控车床常用夹具——自定心卡盘进行装夹。

（4）工、量具准备

1）0～150mm游标卡尺一把，用于测量内孔和长度尺寸。

2）0～25mm外径千分尺一把，用于测量0～25mm外圆直径尺寸。(https://www.xing528.com)

3）25～50mm外径千分尺一把，用于测量25～50mm外圆直径尺寸。

4）18～35mm内径百分表一把，用于精确测量内孔。

5）杠杆百分表一把，用于测量位置精度。

2.零件图识读

（1）数学处理

1）锥度的计算。

锥度的计算如图7-57所示。

故B点的直径为42.227mm。

2）抛物线方程。如图7-58所示，抛物线开口向左，抛物线标准方程为

X²=-2PZ （1）

已知OD=Z=21mm-8.5mm=12.5mm，将X=5mm代入式（1），得P=1mm，故抛物线标准方程为

X²=-2Z

那么图7-58中的抛物线方程在以外端面中心为原点的工件坐标系中应表示为

（X-15）2=-2Z （2）

图7-57 锥度的计算

图7-58 抛物线方程

为方便编程，将式（2）变换形式，变成以Z为自变量的X的表达式为

X=2×-2Z+30 Z∈[-12.5，0] （直径值）

3）椭圆方程。如图7-59所示，椭圆标准方程为

已知椭圆中心到工件端面中心即工件坐标系的距离为15mm，故椭圆方程为

已知a点处的直径为43mm，故X=21.5mm，将其代入方程式（4），得Z=25.066mm，故a点的坐标为（43，-25.066），将方程（4）变换形式，变成以Z为自变量的X的表达式为

图7-59 椭圆方程

（2）基点的计算

1）件二内轮廓基点的计算。如图7-57所示，各基点坐标分别为A（44，0）；B（42.227，-1）；C（32，-30）；D（32，-43）。

2）件一左端基点的计算。如图7-60所示，各基点坐标分别为1（30，0）；2（40，-12.5）；3（40，-21）；4（56，-21）；5（58，-22）；6（58，-31）。

3）件一右端基点的计算。如图7-61所示，各基点坐标分别为1（23.85，0）；2（26.85，-1.5）；3（26.85，-27）；4（30，-27）；5（32，-28）；6（32，-37）；7（42，-65.356）；8（42，-69）；9（56，-69）；10（60，-71）。

图7-60 件一左端基点的计算

图7-61 件一右端基点的计算

3.加工工艺

1）工艺卡片见表7-31。

表7-31 工艺卡片

（续）

2）刀具卡片见表7-32。

表7-32 刀具卡片

4.程序编制

1）件二外圆、外槽和内孔的加工程序见表7-33。

表7-33 件二外圆、外槽和内孔的加工程序

（续）

（续）

（续）

2）件三左端外圆、内孔和内螺纹的加工程序见表7-34。

表7-34 件三左端外圆、内孔和内螺纹的加工程序

（续）

（续）

3）件二右侧端面槽的加工程序见表7-35。

表7-35 件二右侧端面槽的加工程序

4）件一左端外圆的加工程序见表7-36。

表7-36 件一左端外圆的加工程序

5）件一右端外圆、车槽和外螺纹的加工程序见表7-37。

表7-37 件一右端外圆、车槽和外螺纹的加工程序

（续）

6）件三右端外圆的加工程序见表7-38。

表7-38 件三右端外圆的加工程序

（续）

【应用训练】

在规定时间内完成图7-62、图7-63和图7-64所示工件的工艺分析、编程与加工，并对加工零件进行自检。

图7-62 应用训练（一）

图7-63 应用训练（二）

图7-64 应用训练（三）

1）选用量具，见表7-39。

表7-39 量具选用表

2）选用刀具，见表7-40。

表7-40 刀具选用表

3）填写数控加工工艺卡，见表7-41。

表7-41 数控加工工艺卡