利用數(shù)控車床進行圓柱螺紋修復(fù)

2012-09-26 09:31:26李安國馬曉波曹文智林劍峰

制造技術(shù)與機床 2012年2期

李安國馬曉波曹文智林劍峰

(沈陽機床股份有限公司設(shè)計研究院實驗室，遼寧沈陽110142)

螺紋是機械制造業(yè)中的一種常見形狀。從走向上它依照螺旋形;從運動合成角度看，它由圓周運動和直線運動復(fù)合而成，需要注意的是兩種運動要嚴格地遵守一定的關(guān)系。加工中，圓周運動由主軸回轉(zhuǎn)實現(xiàn)，直線運動由刀具的縱向進給實現(xiàn)。加工螺紋時，主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)(工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))，刀具移動一個導(dǎo)程的距離。生活中，螺紋常用作緊固性聯(lián)接，也可做傳動用。螺紋修復(fù)對于一些特殊工件有可觀的實際意義。本文論述的螺紋修復(fù)針對于數(shù)控車床車削螺紋方式。

數(shù)控系統(tǒng)(以HNC－21T為例)通過脈沖編碼器獲取主軸的零位、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，但是不能實現(xiàn)主軸的定位。然而，通過主軸零位信號(編碼器的Z向脈沖)足以實現(xiàn)螺紋修復(fù)。

1 螺紋修復(fù)原理

1.1 螺紋加工原理

進行螺紋加工，需要滿足下列條件:

(1)遵循螺紋形成原理，即主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具縱向進給一個導(dǎo)程;

(2)進行多次切削時，需保證每次進刀和初始進刀位置一致;

(3)切制多頭螺紋時，應(yīng)能正確分度。

那么如何保證主軸旋轉(zhuǎn)和刀具進給之間的嚴格關(guān)系呢?可以通過顯式或隱式的方法解決。

1.1.1 顯式方法(機械式內(nèi)連接)

通過掛輪實現(xiàn)，這里不詳述。

1.1.2 隱式方法

運動間關(guān)系的保證沒有可見的物理聯(lián)接，而是采用系統(tǒng)控制的方式，顯然控制主體應(yīng)該是數(shù)控系統(tǒng)。加工螺紋時，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)操作者的意圖，分別控制主軸伺服電動機和進給伺服電動機的運動，保證兩者同步，實現(xiàn)聯(lián)動。具體的，需要在主軸尾部安裝一增量編碼器，加工螺紋時，編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的脈沖信號，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)此信號控制刀具的進給。編碼器的安裝同時也滿足了我們修復(fù)螺紋所需的關(guān)鍵條件。

主軸脈沖發(fā)生器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)螺紋導(dǎo)程F和主軸脈沖信號，控制刀具在Z方向進給，以確保主軸轉(zhuǎn)一圈，刀具在Z向進給一個螺紋導(dǎo)程。其原理是將對應(yīng)主軸每轉(zhuǎn)的編碼器A相脈沖數(shù)N與對應(yīng)螺紋導(dǎo)程F所需的進給脈沖當(dāng)量數(shù)L的比值N/L(由數(shù)控系統(tǒng)計算)作為計數(shù)常數(shù)，存入計數(shù)器中。車削螺紋時主軸旋轉(zhuǎn)，數(shù)控系統(tǒng)每接收到主軸編碼器送來的N/L值個A相脈沖，就發(fā)出一個進給脈沖，使刀具沿Z方向進給F/L，這樣就實現(xiàn)了主軸轉(zhuǎn)一圈，螺紋車刀精確地Z向進給一個螺紋導(dǎo)程。

1.2 螺紋修復(fù)原理

加工螺紋時，原始工件上是沒有螺紋的，于是不需要準確確定第一次加工螺紋進刀點的位置，如果需要多次走刀的話，只需保證后續(xù)加工的進刀位置與第一次加工進刀位置相一致，而這是很容易辦到的［2］。

如圖1所示，機床主軸裝有編碼器，刀具位于螺紋加工起始點A。A點的位置需保證刀具有足夠的加速段。第一次進刀時，數(shù)控系統(tǒng)在檢測到主軸零位信號后立即啟動刀具運動，一次走刀完成后，再把刀具移動到第一次螺紋加工的起始點A，刀具仍在數(shù)控系統(tǒng)檢測到主軸零位信號后啟動，這樣就能保證進刀位置的一致性。

但是修復(fù)螺紋時，螺紋已經(jīng)存在了，這樣就必須保證修復(fù)螺紋時初始進刀位置與原有螺紋的進刀位置相一致，這可以通過對刀來保證。螺紋修復(fù)對刀是修復(fù)螺紋最關(guān)鍵的步驟。

1.3 螺紋修復(fù)對刀

如圖2，布局由主視圖和側(cè)視圖構(gòu)成。圖中:A(Xs，Zs)為螺紋修復(fù)起始點;C(Xm，Zm)為螺紋測量點;D為螺紋起始點。

對刀時，先將工件夾緊固定，移動刀具使刀具刀尖對準螺紋螺旋線上的C點(螺紋溝槽的底部，稱為“螺紋測量點”)，然后沿Z軸正向移動螺紋導(dǎo)程整數(shù)n倍的距離nF到達B點，B點的位置要保證螺紋加工有足夠的升速段，然而B點還不滿足螺紋修復(fù)的條件。由于螺紋起始點D的位置相對于螺紋測量點C偏移了角度K(0°≤K＜360°)，因此，需要補償這個角度偏移。我們可以通過沿Z軸移動刀具位移Δ來實現(xiàn)補償(軸向補償方式)，此時刀具到達A點——螺紋修復(fù)起始點，即對刀點。