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加工中心剛性攻螺紋編程方法的應用

2023-03-16 09:04:52孫耀恒劉正國張寶祖
金屬加工(冷加工) 2023年3期

孫耀恒,劉正國,張寶祖

白銀礦冶職業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為主軸轉速(r/min),P為螺紋螺距(mm)。數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,能實現攻螺紋加工循環。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,使主軸轉速與Z軸進給速度形成位置閉環,可控制主軸轉速與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,主軸轉速與Z軸進給同時減速,當主軸停轉時Z軸進給同時停止。絲錐退出螺紋孔,主軸反轉與Z軸同樣保持同步,直至剛性攻螺紋功能結束。

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加工兩圈,如此循環直至加工到螺紋孔指定深度。但實際加工中發現螺紋孔會出現亂牙的問題,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。考慮到螺紋孔數量較多,在保證加工精度和提高效率的前提下,優先選擇數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

根據該零件的特點,選擇三軸立式加工中心。由于設備控制系統FANUC 0iMate-MB的版本較低,且系統無USB和以太網數據接口,數控程序依靠手工輸入,所以為了便于修改和輸入數控程序,程序應簡化,優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才能實現,但機床參數由機床廠家設定,禁止用戶擅自修改。為實現深孔攻螺紋,通過前期多次嘗試,編寫宏程序以實現斷屑和排屑的功能。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,旋轉加工剩余的300個孔,每次旋轉角度為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。根據加工工藝,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,當刀具退至R平面后,可用壓縮空氣去除絲錐容屑槽和螺紋孔內的切屑,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,在實際加工中未發生爛牙、亂牙和絲錐折斷等現象,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,防止亂牙。

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

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

3 結束語

以剛性攻螺紋為研究對象,經過加工工藝分析、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,相比傳統的修改機床參數的方法有很大的優勢,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。

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