普通數(shù)控車床加工內(nèi)螺紋工藝方法研究

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司 （西安 710077） 劉立明 孫芳芳

數(shù)控車床按數(shù)控系統(tǒng)的功能和機(jī)械構(gòu)成可分為簡(jiǎn)易數(shù)控車床、多功能數(shù)控車床和數(shù)控車削中心。數(shù)控車削中心是在普通數(shù)控車床刀塔上增加動(dòng)力頭，除了可以車削，還可以進(jìn)行銑、鉆、擴(kuò)、鉸及攻螺紋等加工。利用數(shù)控車削中心進(jìn)行零件加工，只需一次裝夾，就可完成多種加工，加工集成度較高，但缺點(diǎn)是機(jī)床價(jià)格較貴。

1. 問(wèn)題提出

緩速器部件之一花鍵軸，如圖1所示，在初期建立生產(chǎn)線制定加工方案時(shí)，設(shè)計(jì)用數(shù)控車削中心分兩道工序進(jìn)行零件的車、銑和鉆孔攻螺紋加工。加工工序?yàn)榫囈欢恕姴邸嚵硪欢恕@孔攻螺紋。

此生產(chǎn)線加工的產(chǎn)品有花鍵軸、法蘭盤及空心軸等，是一條混合生產(chǎn)線。由于初期設(shè)計(jì)產(chǎn)能較低，因此生產(chǎn)線只訂購(gòu)了一臺(tái)數(shù)控車削中心，并且配備三臺(tái)普通數(shù)控車床，在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）按原有設(shè)計(jì)方案加工花鍵軸時(shí)，兩道車削工序均在數(shù)控車削中心上完成，車削第一端時(shí)，生產(chǎn)線處于停線等待狀態(tài)，生產(chǎn)率極低。

（2）由于兩道工序使用的夾具、刀具不同，工序切換時(shí)需要更換夾具和刀具，需要把主軸夾具由浮動(dòng)三爪和浮動(dòng)頂尖更換為自定心卡盤，并且由于刀塔上刀座數(shù)量有限，需要更換部分刀具，這期間生產(chǎn)線也處于停線等待狀態(tài)。

（3）線上的三臺(tái)普通數(shù)控車床閑置。

（4）精車一端完的產(chǎn)品在數(shù)控車削中心堆積，造成整條生產(chǎn)線物流不暢。

圖1 花鍵軸

2. 解決方案

（1）新方案的提出。基于螺紋孔中心在花鍵軸中心線上，并且數(shù)控車床刀塔的鏜刀座中心在X軸方向移動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)主軸中心，因此可以考慮利用變徑套將鉆頭和絲錐安裝在鏜刀座上，使用普通數(shù)控車床對(duì)花鍵軸一端的中心螺紋孔進(jìn)行鉆孔攻螺紋加工。

三臺(tái)普通數(shù)控車床使用的數(shù)控系統(tǒng)均為FA N U C系統(tǒng)。FANUC系統(tǒng)的G代碼中有用于鉆孔循環(huán)的指令代碼G74/G83，用于攻螺紋循環(huán)的指令代碼G84。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，這三個(gè)代碼都可以用于車床。

對(duì)于此花鍵軸的加工重新制定加工方案，在數(shù)控車削中心上車一端、銑槽，在普通數(shù)控車床上車另一端、鉆孔攻螺紋。

（2）夾具刀具的選擇與安裝。在普通數(shù)控車床上車另一端、鉆孔攻螺紋時(shí)，選用的夾具為軟三爪和尾頂尖。內(nèi)螺紋尺寸為M16×1.5-7H，選擇刀具時(shí)，鉆頭選用直徑14mm的直柄麻花鉆，絲錐選用通用柄機(jī)用絲錐M16×1.5-H3，安裝時(shí)用相應(yīng)直徑的變徑套將鉆頭和絲錐分別固定在鏜孔刀座上，如圖2、圖3所示。

（3）加工程序。鉆孔加工時(shí)，沒(méi)有使用鉆孔循環(huán)G代碼指令G74/G83，而是使用G01直線插補(bǔ)指令，這也是鉆孔加工可用的另一種編程方法，示例程序如下：

圖2 麻花鉆安裝圖

圖3 絲錐安裝圖

M01； （程序選擇性暫停指令，作用是主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)）

T0202； （更換為2號(hào)刀具2號(hào)刀補(bǔ)，本程序2號(hào)刀具對(duì)應(yīng)鉆頭）

M08； （切削液開(kāi)啟）

M03 S1000； （主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速1 000r/min）

G0 X0. Z5. ； （快速定位到坐標(biāo)（0.5））

G01 Z-30. F0.1； （刀具在Z軸方向直線進(jìn)給到－30mm，進(jìn)給速度0.1mm/r）

G04 X1.； （暫停進(jìn)給1s，光整加工）

G0 Z50. （快速退到Z軸方向50mm處）

攻螺紋的加工示例程序如下，使用攻螺紋循環(huán)G84指令代碼進(jìn)行編程：

M01； （程序選擇性暫停指令，作用是主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)）

T0404； （更換為4號(hào)刀具4號(hào)刀補(bǔ)，本程序4號(hào)刀具對(duì)應(yīng)絲錐）

M08； （切削液開(kāi)啟）

M03； （主軸正轉(zhuǎn)）

G0 Z50. ； （快速定位到Z軸方向50mm處）

X0.； （快速定位到X軸方向0mm處）

Z5.； （快速定位到Z軸方向5mm處）

M29 S61； （剛性攻螺紋指令，控制主軸的旋轉(zhuǎn)和Z軸進(jìn)給同步，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速61r/min）

G84 X0. Z-46. F1.48； （攻螺紋到Z軸方向－46mm處，螺距為1.48mm）

G0 Z100.

注意如果是攻左旋螺紋的時(shí)候，要把程序中的M03改成M04。使用G84指令時(shí)，攻螺紋到Z軸設(shè)定位置，主軸會(huì)自己反轉(zhuǎn)退出，主軸的進(jìn)給速度F=S（主軸轉(zhuǎn)速）×P（螺距），由系統(tǒng)計(jì)算得到，系統(tǒng)自動(dòng)控制主軸的旋轉(zhuǎn)和Z軸進(jìn)給同步。

關(guān)于鉆孔循環(huán)的指令代碼G74/G83，我們也做了探索。這兩個(gè)指令除了在加工中心上使用外，在數(shù)控車床上也可以使用，G74指令更適合用于端面深孔鉆削，在鉆孔過(guò)程中可以設(shè)置鉆頭回退量。G83適用于高速深孔鉆削，但要求鉆頭帶中心出水，不然鉆頭在回退后快速進(jìn)給時(shí)容易打刀。

3. 改進(jìn)效果

現(xiàn)場(chǎng)使用上面的程序?qū)ㄦI軸的螺紋孔在普通數(shù)控車床上進(jìn)行加工，使用效果良好，完全能滿足工藝要求。使用此加工方案，主要有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）改進(jìn)后不需要停線等待，兩道車削工序可同時(shí)進(jìn)行。

（2）解決了頻繁更換工裝帶來(lái)的效率低的問(wèn)題 。

（3）提高了線上機(jī)床的利用率，可多利用一臺(tái)普通車床，而在加工此零件時(shí)機(jī)床不會(huì)閑置，可以使生產(chǎn)線產(chǎn)能匹配，可用于批量較大的生產(chǎn)。

4. 車床加工內(nèi)螺紋的其他方法

對(duì)于內(nèi)螺紋的加工，除了采用上面采用的加工方法，還可以使用車削螺紋的加工方法，例如使用G代碼指令中單行程螺紋切削指令G32、螺紋切削多次循環(huán)指令G76、螺紋切削循環(huán)指令G92，選用合適的螺紋車刀來(lái)進(jìn)行加工。但車削內(nèi)螺紋對(duì)于內(nèi)螺紋直徑大小有限制，一般用于內(nèi)螺紋直徑較大的情況，在此我們不做過(guò)多討論。

5. 結(jié)語(yǔ)

此方法具有可推廣性，類似的螺紋孔中心在軸中心線上的零件，都可以使用此方法加工螺紋孔，而不僅局限在鉆床或者加工中心上加工。

另外，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)是我公司使用最廣泛的數(shù)控控制系統(tǒng)，它有很多循環(huán)指令可以簡(jiǎn)化編程，實(shí)現(xiàn)眾多加工功能，合理的使用這些指令，能讓我們的生產(chǎn)加工更高效、更優(yōu)化。在產(chǎn)品加工中，如何用好現(xiàn)有設(shè)備，是節(jié)省成本，保證加工質(zhì)量的重點(diǎn)，盡量選擇簡(jiǎn)便合理的加工方案，有利于加工效率和加工質(zhì)量的提高，同時(shí)可以減少生產(chǎn)成本。