加工中心剛性攻螺紋編程方法的應用

孫耀恒，劉正國，張寶祖

白銀礦冶職業(yè)技術學院機電工程學院 甘肅白銀 730900

1 序言

理論上，剛性攻螺紋時，主軸旋轉(zhuǎn)一周，刀具沿軸向移動一個螺距，即：P=F/S，其中F為進給速度（mm/min），S為主軸轉(zhuǎn)速（r/min），P為螺紋螺距（mm）。數(shù)控加工中心主軸頂端安裝了位置編碼器，主軸具有準停功能，能實現(xiàn)攻螺紋加工循環(huán)。剛性攻螺紋時，主軸頂端的位置編碼器把主軸的角度位置反饋給控制系統(tǒng)，使主軸轉(zhuǎn)速與Z軸進給速度形成位置閉環(huán)，可控制主軸轉(zhuǎn)速與Z向進給始終保持同步，以保證剛性攻螺紋孔精度[1，2]。實際加工時，當絲錐加工到指定深度后，主軸轉(zhuǎn)速與Z軸進給同時減速，當主軸停轉(zhuǎn)時Z軸進給同時停止。絲錐退出螺紋孔，主軸反轉(zhuǎn)與Z軸同樣保持同步，直至剛性攻螺紋功能結(jié)束。

深孔螺紋加工思路是加工兩圈后，絲錐退出到達R平面，在上次加工的深度上繼續(xù)加工兩圈，如此循環(huán)直至加工到螺紋孔指定深度。但實際加工中發(fā)現(xiàn)螺紋孔會出現(xiàn)亂牙的問題，分析得出，當分次加工時，絲錐每次切入的角度不同，會導致亂牙。使用主軸定向功能，即可保證絲錐每次切入的角度都相同[3，4]。

2 剛性攻螺紋實際加工

螺紋孔板加工圖樣如圖1所示，零件材質(zhì)為2A12鋁合金，需加工400個M8-6H的螺紋通孔，螺紋有效深度為30mm，屬于深孔螺紋加工。考慮到螺紋孔數(shù)量較多，在保證加工精度和提高效率的前提下，優(yōu)先選擇數(shù)控加工中心剛性攻螺紋。實際加工中，剛性攻螺紋首先要解決斷屑的問題，防止切屑纏繞影響螺紋精度，以免導致絲錐折斷或亂牙，甚至導致零件報廢。鑒于以上情況，實際加工時需注意以下幾個方面。

圖1 螺紋孔板加工圖樣

2.1 剛性攻螺紋加工工藝

根據(jù)該零件的特點，選擇三軸立式加工中心。由于設備控制系統(tǒng)FANUC 0iMate-MB的版本較低，且系統(tǒng)無USB和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口，數(shù)控程序依靠手工輸入，所以為了便于修改和輸入數(shù)控程序，程序應簡化，優(yōu)先選擇用戶宏程序編程。M8螺紋孔深為30mm，屬于深孔螺紋加工，需要斷屑和排屑方可保證加工精度。攻螺紋選擇油性切削液，目的是減少摩擦。裝夾方式為螺栓壓板，工件安裝在工作臺合理位置，打表找正防止超程。選擇普通刀柄和普通直排屑槽絲錐，即可滿足加工要求。直排屑槽絲錐具有良好的剛性和足夠的容屑空間，在剛性攻螺紋時絲錐不易折斷[5，6]。

2.2 剛性攻螺紋編程

剛性攻螺紋編程有兩種方式：一種是淺孔攻螺紋，另一種是深孔攻螺紋。前者一次完成加工，后者需要多次斷屑和排屑，深孔加工需要修改機床參數(shù)才能實現(xiàn)，但機床參數(shù)由機床廠家設定，禁止用戶擅自修改。為實現(xiàn)深孔攻螺紋，通過前期多次嘗試，編寫宏程序以實現(xiàn)斷屑和排屑的功能。以工件的對稱中心為編程原點，先加工左下角100個螺紋孔，再以坐標系原點為中心，旋轉(zhuǎn)加工剩余的300個孔，每次旋轉(zhuǎn)角度為90°。宏程序需要四級嵌套，程序具有短小精悍、方便修改的特點，具體見表1。

表1 剛性攻螺紋數(shù)控程序

2.3 剛性攻螺紋加工

在實際加工之前，先完成M8螺紋底孔和孔口倒角加工，為剛性攻螺紋做好準備。為驗證程序的正確性，可將Z向坐標偏移一段距離，以便于觀察剛性攻螺紋刀具的運動狀態(tài)。根據(jù)加工工藝，編程思路為刀具（絲錐）加工2.5mm，移動至R平面，其目的是為了斷屑與排屑，當?shù)毒咄酥罵平面后，可用壓縮空氣去除絲錐容屑槽和螺紋孔內(nèi)的切屑，防止切屑纏繞影響螺紋精度[7，8]，實際加工的部分螺紋孔如圖2所示。通過用戶宏程序編寫的剛性攻螺紋程序，在實際加工中未發(fā)生爛牙、亂牙和絲錐折斷等現(xiàn)象，整體加工實物如圖3所示。

圖2 部分螺紋孔

圖3 螺紋孔板加工實物

2.4 注意事項

1）剛性攻螺紋時，主軸轉(zhuǎn)速和進給速度有嚴格的比值關系，選擇的進給速度應為整數(shù)，防止亂牙。

2）剛性攻螺紋時，不能出現(xiàn)輔助功能報警，例如：機床軟超程、冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)報警時進給功能停止，但主軸還在旋轉(zhuǎn)，就會發(fā)生亂牙。

3）剛性攻螺紋時，主軸修調(diào)和進給修調(diào)應調(diào)至100%，在加工過程中禁止隨意調(diào)整主軸和進給，防止亂牙。

3 結(jié)束語

以剛性攻螺紋為研究對象，經(jīng)過加工工藝分析、宏程序編寫和實際切削驗證，證明宏程序編寫的剛性攻螺紋程序能滿足加工精度要求。該編程方法正確合理，解決了剛性攻螺紋斷屑和排屑的難題，相比傳統(tǒng)的修改機床參數(shù)的方法有很大的優(yōu)勢，提高了編程效率和螺紋精度，為實際應用提供了可行的方案。