數控車床螺紋修復問題

李恒征，張斌輝

1.宿州學院機械與電子工程學院，安徽宿州，234000；2.國家中小型軸承產品質量監督檢驗中心，浙江紹興，312500

數控車床螺紋修復問題

李恒征1，張斌輝2

1.宿州學院機械與電子工程學院，安徽宿州，234000；2.國家中小型軸承產品質量監督檢驗中心，浙江紹興，312500

為了降低問題螺紋修復的難度，針對傳統修復方法，以FANUC數控系統為例，提出了編寫固定程序模板的解決辦法。利用固定程序段在待修復工件上加工出找正螺紋，通過將找正螺紋起點與待修復螺紋起點重合的方式實現對螺紋的修復。

螺紋修復；數控車床；對刀；程序模板

1 問題的提出

在螺紋實際加工中，常會出現因刀具磨損或損壞造成工件檢測不合格現象。為減少材料的浪費，提高產品合格率，降低生產成本，不合格的螺紋工件需要進行修復。螺紋修復的關鍵問題是如何在主軸旋轉的情況下確定螺紋起點，使螺紋車刀的刀尖點與螺紋起點重合。但在實際修復過程中，往往會因為工件二次裝夾定位誤差及螺紋起刀點定位不準確，導致修復螺旋線與原螺紋螺旋線不重疊的亂牙現象，造成工件的再次報廢[1]。

2 車床螺紋成型的原理

在車床上加工螺紋時，車床主軸旋轉與刀具進給應保持嚴格的運動關系，即車床主軸旋轉一圈，車刀應沿軸向進給一個導程的位移。普通車床通過掛輪帶動進給箱，由進給箱帶動絲杠，絲杠拖動溜板箱的方式將旋轉運動轉變為直線運動，完成刀具的軸向進給運動，實現車床主軸與刀具的運動關系的控制[2]。為了應對機械產品高精度、高復雜度及頻繁換代的生產要求，提高生產效率和生產柔性，數控車床以數字系統控制的方式簡化了普通機床的機械傳動鏈。在螺紋加工方面，機械傳動鏈簡化后的數控車床通過在主軸上設定一個傳動比為1∶1的增量式編碼器的方式來實現運動關系的控制，以滿足螺紋成型的運動要求。

如圖1所示，加工時車床主軸旋轉一圈，帶動編碼器做同步旋轉，編碼器產生一個與主軸旋轉角相對應的同步脈沖信號，當數控系統檢測到主軸同步脈沖信號的零位時，Z軸的交流伺服電機拖動刀具進給一個導程，否則電機處于等待狀態[3]。

圖1 數控車床傳動結構示意圖

在螺紋第一次加工時，先將螺紋車刀運動到系統程序設定的工件起刀點A，當數控系統檢測到同步脈沖信號后，刀具起動，完成一次螺紋軸向進給加工。第一次進給完成后，刀具再次移動到工件的起刀點A,并在工件的徑向進給完成后準備第二次軸向進給，如圖2所示。重復上述過程，直至完成螺紋的加工。此種方法保證了每次切削的起刀點和退刀點都處于同一位置，避免了由于進給起刀點不同造成的螺紋亂牙，實現螺紋準確的切削加工。

圖2 螺紋進給加工示意圖

3 普通車床修復法

普通車床如果通過純機械傳動鏈的方式實現對工件的加工，其進給路線受人為因素影響，操作者在整個加工過程中處于支配地位，主觀可控性比較好[4]。因此，普通車床在螺紋加工過程中如果出現刀具損壞造成的不合格工件，甚至對拆卸后的不合格螺紋工件時，操作者均可以輕松實現修復加工。數控車床在加工時，刀具的運動軌跡是在程序中設定的，整個加工過程中除了裝卸工件外基本不受人為因素的影響，相對于普通車床，數控車床在螺紋修復方面存在較大的不便。

為實現在數控車床上修復不合格的螺紋工件，在數控車床加工螺紋時，通常采用機夾式或可轉位車刀。在加工過程中，若出現因切削力過大造成刀具的損壞或出現刀具磨損無法保證螺紋加工質量時，只需換上新的刀片即可實現繼續加工[5-6]。

圖3 傳統修復方法示意圖

但數控車床對于拆卸后檢測不合格的螺紋工件的修復稍顯困難。針對此類問題，傳統的修復方式是：以原有的定位面裝夾定位，并采用百分表消除工件二次裝夾帶來徑向跳動后進行對刀[7]。對刀時，采取與試切法類似的方式，對刀過程中Z向、X向與刀尖輕觸即可，刀具不能參與切削，以免影響后期的找正精度。完成對刀后，修改原加工程序，使得主軸低速運行，螺紋車刀靠近工件但不碰觸工件，操作者用眼睛觀察車刀刀尖至螺紋螺旋槽的距離。程序結束后再次修改程序參數，重復上述過程，直至車刀準確切入螺旋槽中，如圖3所示。此種修復方法調整過程繁瑣復雜，耗時較長，對工人技術熟練程度要求較高，若稍有偏差則容易出現亂牙現象，造成工件的報廢。

4 編制固定程序模板修復法

針對上述情況，為簡化螺紋工件裝夾后的找正難度，以上調整過程可以通過編制固定程序模板的方法完成。此處以FANUC數控系統為例，編寫了恒螺距圓柱螺紋修復程序的固定模板。具體程序如下：

O1001

N10 G54 F0.1 S300 M03 T__; (工藝設定，T后跟所用螺紋刀刀號及補償代碼)

N20 G00 X100 Z100;(快速進給到中間位置點，防止撞刀)

N30 G00 X__Z2;(快速進給到程序起刀點,X后參數為螺紋小徑)

N40 G32 X__Z-2 F__Q__; (螺紋切削指令)

N50 G00 X100 Z100;(完成加工，快速退刀至中間點)

N60 M30;

(程序結束)

從上面程序可以看出，對刀后工件坐標系原點設定螺紋端面的中心上。程序中N40程序段包含了恒螺距螺紋加工指令G32，G32后所跟參數中X后數值為螺紋的小徑值，F后數值為待修復工件的螺紋導程，Q后數值為周向偏移角度，其大小為360°/N(N為螺紋頭數)。刀具的起刀點位于機床坐標系的(X,2)位置處，程序在執行過程中加工了一個Z軸方向長度為4 mm的螺紋，其中在工件上切削螺紋Z向長度為2 mm。

圖4 起刀點調整示意圖

程序執行結束后先確定工件上修復程序螺紋的切削起點A，并將此起點位置沿軸向對應標記到車床卡盤上。松開卡爪，旋轉工件將需要修復的螺紋起點B旋轉對應到標記點并卡緊再次對刀。對刀完成后，重復上述加工過程進行微調，即可實現對工件的修復,如圖4所示。修復完成后，工件上的修復程序的切削痕跡可通過增大斷面倒角的方法去除。

5 結束語

與傳統的修復方法相比，固定程序模板的修復方式能夠直接簡化螺紋修復找正的定位過程。此過程中只需要根據螺紋的參數不同將程序模板稍作修改即可，因此適用于大多數的螺紋找正。對于小批量的螺紋找正，在第一個工件找正后，后續工件可以直接將螺紋起點對到標記點進行找正，然后稍作調整。但對于大批量的螺紋修復及變螺距螺紋的修復找正問題，此法依舊顯得復雜，精度仍有提高空間，還需要更加便捷精確的解決辦法。

[1]王可,唐宗軍,趙文珍.管螺紋數控加工中的幾個技術問題[J].石油機械,1998,26(11):42-43

[2]高興蘭.如何在數控車床上修復螺紋[J].現代教育科學,2011(7):38

[3]李安國,馬曉波,曹文智.利用數控車床進行圓柱螺紋修復[J].制造技術與機床,2012(2):42-44

[4]洪波.關于數控車床修復螺紋的方法探討[J].中國科技投資,2012(10):44-45

[5]周建穎.反面二次裝夾的精準對刀方法初探[J].職業與教育,2008(8):52-53

[6]劉大維.在數控銑床加工中二次裝夾找正工件的技巧[J].科技傳播,2012(6):133

[7]王建平,黃登紅.數控加工中的對刀方法[J].工具技術,2005,39(2):73-75

(責任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.08.029

2015-03-30

宿州學院煤礦機械與電子工程研究中心開放課題“掘進機掘進巷道斷面自動成形控制技術的研究”(2014YKF15)。

李恒征(1988-)，河南商丘人，碩士，助教，主要研究方向：數控加工技術。

TH162+.1

A

1673-2006(2015)08-0097-03