骨釘接螺紋的數控車削

李尚波 李景龍

（濟南工程職業技術學院，濟南 250200）

骨釘接螺紋的數控車削

李尚波 李景龍

（濟南工程職業技術學院，濟南 250200）

本文利用FANUC系統的G32連續螺紋切削功能，解決了接螺紋車削的切入切出問題，從加工程序和機床參數兩方面入手，解決了相鄰兩段螺紋之間的接刀痕問題，從而車削出合格的骨釘。

骨釘 接螺紋 編程指令 加工程序 機床參數

1 骨釘及其車削加工方法

骨釘是目前醫院對發生骨折的個例進行斷骨接續手術用到的起連接和固定作用的螺釘，其特點是細長（長徑比一般都大于10），主要材料是特殊鈦合金。基于這樣的特點，再加上批量生產的限制，制造標準件采用的高效率的螺紋加工方法如搓絲等不能有效使用。目前，普遍采用的加工方法是在縱切數控車床上用接螺紋的方法車削骨釘。

圖1 縱切車床上車削棒料的工序示意圖

縱切數控車床的主軸后端配自動送料器。棒料送入前端導套且其前端與導套前端齊平時送料完成，此時，棒料夾頭處于松開狀態。然后，夾頭隨著主軸部件向-Z方向移動，直到夾頭前方的棒料長度略大于骨釘長度。移動到位后，夾頭夾緊。棒料前端由導套定心導向，排刀刀架布置于導套前端上方。上下進刀方向為X方向，排刀前后分布方向為Y方向。圖1為縱切車床上車削棒料的工序示意圖。車削時，+Z向進給即夾頭夾緊棒料向導套外伸出。車削外圓特別是車削螺紋時，要經過多次走刀，即棒料在導套內要經過多次進退。必須保證棒料退到最后，即車刀回到上次走刀的起始點，留在導套內未被車去的棒料外圓有足夠的導向長度，故每次走刀所能車削的長度就不可避免地受導套長度的限制。因骨釘是細長件，一次車削的長度遠小于骨釘長度，故只能逐段車削。以長度40mm的骨釘M4x1的車削為例，每段螺紋車削長度6mm，前后引導長度各2mm，安全距離2mm。每段車削時，先車出長度8mm的螺紋外徑Φ4mm，再換刀車削該段螺紋M4x1。這樣逐段車出的螺紋依次相接形成完整的骨釘。這就是接螺紋車削的總體過程。

接螺紋車削必須解決兩個關鍵問題。一是接螺紋的切入切出問題。第二段及其后螺紋段車削的起始點和收尾點，一定要安排在工件實體之外，一方面避免切入時向著工件快速扎刀，另一方面避開起始加速段和收尾減速段螺紋插補的不準確性。二是消除相鄰兩段螺紋之間的接痕。接痕的實質是前后兩段螺紋切出角和切入角之間的誤差，Z向定位誤差及動態跟蹤誤差等，反映到螺紋上就是續接處的牙形過切或欠切。如果方法不當，這種接痕將無法避免。為此，有廠商（如臺灣信代公司）在其車床的數控系統中開發出專門針對接螺紋的軟件，車削時使用專用的指令，解決了上述兩個問題。然而，在普遍使用的FANUC Oi-TD系統上能否車削出合格的接螺紋呢？答案是肯定的。我們幫助山東新安凱科控科技有限公司在其配備Oi-TD的縱切車床上解決了該問題，本文給出解決問題的方法。

2 接螺紋車削的切入切出及其編程指令

慣用的螺紋車削循環指令G92、G76是不能用于接螺紋車削的。原因是這些循環的第一步入刀動作都是快速移動，單段螺紋車削編程時，總是把車螺紋的起始點安排在工件被加工表面之外，如圖2所示，而接螺紋時無法做到這一點，造成向著工件表面快速扎刀，這是不允許的。故G92、G76不適合用來進行接螺紋的車削。

圖2 單段螺紋車削編程圖

適合于接螺紋車削的指令是G32。通過指令G32，可以車削直線螺紋、錐度螺紋以及漩渦形螺紋。而最重要的是可以用G32連續指令螺紋切削的程序段，在這些程序段的連接處，進給控制始終保持與主軸的同步，從而規避了中間段螺紋車削時的起始和收尾問題。且連續指令的螺紋形式可以不同，可以是直線螺紋，也可以是錐螺紋。這就是FANUC系統的G32連續螺紋切削功能，如圖3所示。利用這一功能，我們就可以在接螺紋時，在中間段螺紋的首尾各加一段錐螺紋作為接螺紋的切入和切出段（它們在長度方向與與前段螺紋和后續螺紋重合），把中間段接螺紋車削時的起始點和收尾點充分安排在工件被加工表面之外，從而保證切入時不會向工件表面快速扎刀，同時消除了起始加速和收尾減速對螺紋車削的影響。必須注意的是，切入切出的錐螺紋要采用和接螺紋要求相同的螺距，其長度應大于錐度，否則錐螺紋會變成漩渦（端面）螺紋而無法與前后段螺紋續接。這樣，接螺紋車削的切入切出問題便迎刃而解。

圖3 G32連續螺紋切削

3 消除接螺紋的接刀痕

如前所述，接痕出現的根本原因是前后兩段螺紋切出切入角之間的誤差、Z向定位誤差及螺紋插補時的跟蹤誤差等。在數控加工中這類誤差是不可避免的，但應該減小到加工精度允許的范圍內，在接螺紋車削中不能有明顯的接刀痕。我們從加工程序和機床參數兩方面入手解決該問題。

3.1 程序中采取的措施

（1）在螺紋車削之前的程序段和螺紋收尾的程序段加入準確停止方式指令（G61），使系統在相應的程序段結束后進行到位檢測，以確保刀具準確到達螺紋車削的起始點和螺紋收尾的結束點。在螺紋車削開始的程序段加入攻絲方式指令（G63），以避免連續螺紋車削中出現加速和減速。

（2）每次都從正向到達螺紋車削的起始點，以消除反向間隙對接螺紋的影響。

3.2 機床參數設置如下

（1）GQS[3451#0]設為1，就可以在程序中規定螺紋車削的起始角度，以確保螺紋車削從主軸的0°角開始。

（2）各軸加減速類型[1610]應一致，統一采用鈴型加減速。

（3）各軸到位寬度[1826]盡可能精確，設為20μm，以達到準確停止方式指令的效果。

（4）各軸位置環增益[1825]盡可能提高，設為12 000，以最大程度減小螺紋插補時的跟蹤誤差。

4 結語

經過多次反復試驗、改進和總結，終于在Oi-TD縱切數控車床上車生產出合格的接螺紋。

Bone Stitch Thread CNC Turning

LI Shangbo, LI Jinglong
(Jinan Engineering Vocational College,Jinan 250200)

Bone screw is used to fix and link the broken pieces of a bone in hospital surgery. It is made by joint screw turning on numerical controlled vertical cutting lathes. Smoothly cutting in and cutting out and eliminating miss connecting are the key points in joint screw turning. Smoothly cutting in and cutting out can be obtained with the continuous sc rew cutting of G32 function in FANUC NC system. And s crew miss connecting can be s ettled by particular NC programming and machine parameter setting

pegs, then threaded programming instructions, processing program, machine parameters