數(shù)控車床螺紋修復(fù)問題

李恒征，張斌輝

1.宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州，234000；2.國家中小型軸承產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，浙江紹興，312500

數(shù)控車床螺紋修復(fù)問題

李恒征1，張斌輝2

1.宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州，234000；2.國家中小型軸承產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，浙江紹興，312500

為了降低問題螺紋修復(fù)的難度，針對(duì)傳統(tǒng)修復(fù)方法，以FANUC數(shù)控系統(tǒng)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(fù)工件上加工出找正螺紋，通過將找正螺紋起點(diǎn)與待修復(fù)螺紋起點(diǎn)重合的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)螺紋的修復(fù)。

螺紋修復(fù)；數(shù)控車床；對(duì)刀；程序模板

1 問題的提出

在螺紋實(shí)際加工中，常會(huì)出現(xiàn)因刀具磨損或損壞造成工件檢測(cè)不合格現(xiàn)象。為減少材料的浪費(fèi)，提高產(chǎn)品合格率，降低生產(chǎn)成本，不合格的螺紋工件需要進(jìn)行修復(fù)。螺紋修復(fù)的關(guān)鍵問題是如何在主軸旋轉(zhuǎn)的情況下確定螺紋起點(diǎn)，使螺紋車刀的刀尖點(diǎn)與螺紋起點(diǎn)重合。但在實(shí)際修復(fù)過程中，往往會(huì)因?yàn)楣ぜ窝b夾定位誤差及螺紋起刀點(diǎn)定位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致修復(fù)螺旋線與原螺紋螺旋線不重疊的亂牙現(xiàn)象，造成工件的再次報(bào)廢[1]。

2 車床螺紋成型的原理

在車床上加工螺紋時(shí)，車床主軸旋轉(zhuǎn)與刀具進(jìn)給應(yīng)保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即車床主軸旋轉(zhuǎn)一圈，車刀應(yīng)沿軸向進(jìn)給一個(gè)導(dǎo)程的位移。普通車床通過掛輪帶動(dòng)進(jìn)給箱，由進(jìn)給箱帶動(dòng)絲杠，絲杠拖動(dòng)溜板箱的方式將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，完成刀具的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車床主軸與刀具的運(yùn)動(dòng)關(guān)系的控制[2]。為了應(yīng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品高精度、高復(fù)雜度及頻繁換代的生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)柔性，數(shù)控車床以數(shù)字系統(tǒng)控制的方式簡(jiǎn)化了普通機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)鏈。在螺紋加工方面，機(jī)械傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)化后的數(shù)控車床通過在主軸上設(shè)定一個(gè)傳動(dòng)比為1∶1的增量式編碼器的方式來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的控制，以滿足螺紋成型的運(yùn)動(dòng)要求。

如圖1所示，加工時(shí)車床主軸旋轉(zhuǎn)一圈，帶動(dòng)編碼器做同步旋轉(zhuǎn)，編碼器產(chǎn)生一個(gè)與主軸旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的同步脈沖信號(hào)，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到主軸同步脈沖信號(hào)的零位時(shí)，Z軸的交流伺服電機(jī)拖動(dòng)刀具進(jìn)給一個(gè)導(dǎo)程，否則電機(jī)處于等待狀態(tài)[3]。

圖1 數(shù)控車床傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

在螺紋第一次加工時(shí)，先將螺紋車刀運(yùn)動(dòng)到系統(tǒng)程序設(shè)定的工件起刀點(diǎn)A，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到同步脈沖信號(hào)后，刀具起動(dòng)，完成一次螺紋軸向進(jìn)給加工。第一次進(jìn)給完成后，刀具再次移動(dòng)到工件的起刀點(diǎn)A,并在工件的徑向進(jìn)給完成后準(zhǔn)備第二次軸向進(jìn)給，如圖2所示。重復(fù)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(diǎn)和退刀點(diǎn)都處于同一位置，避免了由于進(jìn)給起刀點(diǎn)不同造成的螺紋亂牙，實(shí)現(xiàn)螺紋準(zhǔn)確的切削加工。

圖2 螺紋進(jìn)給加工示意圖

3 普通車床修復(fù)法

普通車床如果通過純機(jī)械傳動(dòng)鏈的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工，其進(jìn)給路線受人為因素影響，操作者在整個(gè)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(xiàn)刀具損壞造成的不合格工件，甚至對(duì)拆卸后的不合格螺紋工件時(shí)，操作者均可以輕松實(shí)現(xiàn)修復(fù)加工。數(shù)控車床在加工時(shí)，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡是在程序中設(shè)定的，整個(gè)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(duì)于普通車床，數(shù)控車床在螺紋修復(fù)方面存在較大的不便。

為實(shí)現(xiàn)在數(shù)控車床上修復(fù)不合格的螺紋工件，在數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，通常采用機(jī)夾式或可轉(zhuǎn)位車刀。在加工過程中，若出現(xiàn)因切削力過大造成刀具的損壞或出現(xiàn)刀具磨損無法保證螺紋加工質(zhì)量時(shí)，只需換上新的刀片即可實(shí)現(xiàn)繼續(xù)加工[5-6]。

圖3 傳統(tǒng)修復(fù)方法示意圖

但數(shù)控車床對(duì)于拆卸后檢測(cè)不合格的螺紋工件的修復(fù)稍顯困難。針對(duì)此類問題，傳統(tǒng)的修復(fù)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(dòng)后進(jìn)行對(duì)刀[7]。對(duì)刀時(shí)，采取與試切法類似的方式，對(duì)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(duì)刀后，修改原加工程序，使得主軸低速運(yùn)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(jié)束后再次修改程序參數(shù)，重復(fù)上述過程，直至車刀準(zhǔn)確切入螺旋槽中，如圖3所示。此種修復(fù)方法調(diào)整過程繁瑣復(fù)雜，耗時(shí)較長，對(duì)工人技術(shù)熟練程度要求較高，若稍有偏差則容易出現(xiàn)亂牙現(xiàn)象，造成工件的報(bào)廢。

4 編制固定程序模板修復(fù)法

針對(duì)上述情況，為簡(jiǎn)化螺紋工件裝夾后的找正難度，以上調(diào)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(shù)控系統(tǒng)為例，編寫了恒螺距圓柱螺紋修復(fù)程序的固定模板。具體程序如下：

O1001

N10 G54 F0.1 S300 M03 T__; (工藝設(shè)定，T后跟所用螺紋刀刀號(hào)及補(bǔ)償代碼)

N20 G00 X100 Z100;(快速進(jìn)給到中間位置點(diǎn)，防止撞刀)

N30 G00 X__Z2;(快速進(jìn)給到程序起刀點(diǎn),X后參數(shù)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(diǎn))

N60 M30;

(程序結(jié)束)

從上面程序可以看出，對(duì)刀后工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)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(shù)中X后數(shù)值為螺紋的小徑值，F(xiàn)后數(shù)值為待修復(fù)工件的螺紋導(dǎo)程，Q后數(shù)值為周向偏移角度，其大小為360°/N(N為螺紋頭數(shù))。刀具的起刀點(diǎn)位于機(jī)床坐標(biāo)系的(X,2)位置處，程序在執(zhí)行過程中加工了一個(gè)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(diǎn)調(diào)整示意圖

程序執(zhí)行結(jié)束后先確定工件上修復(fù)程序螺紋的切削起點(diǎn)A，并將此起點(diǎn)位置沿軸向?qū)?yīng)標(biāo)記到車床卡盤上。松開卡爪，旋轉(zhuǎn)工件將需要修復(fù)的螺紋起點(diǎn)B旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)到標(biāo)記點(diǎn)并卡緊再次對(duì)刀。對(duì)刀完成后，重復(fù)上述加工過程進(jìn)行微調(diào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的修復(fù),如圖4所示。修復(fù)完成后，工件上的修復(fù)程序的切削痕跡可通過增大斷面倒角的方法去除。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的修復(fù)方法相比，固定程序模板的修復(fù)方式能夠直接簡(jiǎn)化螺紋修復(fù)找正的定位過程。此過程中只需要根據(jù)螺紋的參數(shù)不同將程序模板稍作修改即可，因此適用于大多數(shù)的螺紋找正。對(duì)于小批量的螺紋找正，在第一個(gè)工件找正后，后續(xù)工件可以直接將螺紋起點(diǎn)對(duì)到標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行找正，然后稍作調(diào)整。但對(duì)于大批量的螺紋修復(fù)及變螺距螺紋的修復(fù)找正問題，此法依舊顯得復(fù)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(shù)控加工中的幾個(gè)技術(shù)問題[J].石油機(jī)械,1998,26(11):42-43

[2]高興蘭.如何在數(shù)控車床上修復(fù)螺紋[J].現(xiàn)代教育科學(xué),2011(7):38

[3]李安國,馬曉波,曹文智.利用數(shù)控車床進(jìn)行圓柱螺紋修復(fù)[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2012(2):42-44

[4]洪波.關(guān)于數(shù)控車床修復(fù)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(zhǔn)對(duì)刀方法初探[J].職業(yè)與教育,2008(8):52-53

[6]劉大維.在數(shù)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(shù)控加工中的對(duì)刀方法[J].工具技術(shù),2005,39(2):73-75

(責(zé)任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2015.08.029

2015-03-30

宿州學(xué)院煤礦機(jī)械與電子工程研究中心開放課題“掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巷道斷面自動(dòng)成形控制技術(shù)的研究”(2014YKF15)。

李恒征(1988-)，河南商丘人，碩士，助教，主要研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。

TH162+.1

A

1673-2006(2015)08-0097-03