步進(jìn)式振動攻絲扭矩監(jiān)控研究

鞏樹奇，張鵬，鞏富曉，鄭春華，劉振明（.山東交通學(xué)院， 山東 濟(jì)南 50357；.中國船級社，山西 太原 03000）

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步進(jìn)式振動攻絲扭矩監(jiān)控研究

鞏樹奇1，張鵬1，鞏富曉2，鄭春華1，劉振明1
（1.山東交通學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250357；2.中國船級社，山西 太原 030002）

摘要：在小螺孔的加工處理中，攻絲是一個(gè)非常重要的工藝，因在對攻絲進(jìn)行加工處理時(shí)，通常是在半封閉的條件下完成切削，這種方式使得切削液無法深入到切削區(qū)域內(nèi)，并且因此加大了排屑的難度，造成了較為惡劣的切削條件。難加工材料小孔攻絲，由于攻絲扭矩大，絲錐易崩齒和折斷導(dǎo)致攻絲無法進(jìn)行。本文通過步進(jìn)式振動攻絲攻絲，來提升切削的瞬時(shí)速度，在未出現(xiàn)塑性變形傳播時(shí)就迅速將其切下，這樣一來大大降低了切屑變形現(xiàn)象，并且也實(shí)現(xiàn)了對磨擦系數(shù)的控制，因此減少了絲錐的扭矩。同時(shí)通過扭矩監(jiān)控測量進(jìn)行監(jiān)控，起到不會因?yàn)榕ぞ伢E然增大，絲錐斷裂使加工件廢棄。

關(guān)鍵詞：振動攻絲；攻絲扭矩；扭矩監(jiān)控

伴隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，其對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也隨之越來越高，這使得越來越多的機(jī)械制造人員投身到新型內(nèi)螺紋加工和傳統(tǒng)內(nèi)螺紋加工改進(jìn)行列中。攻絲是一種以半封閉來實(shí)施加工的工藝，在進(jìn)行加工時(shí)，由于切削液很難進(jìn)入到切削區(qū)域，從而引起排屑困難、斷屑等一系列問題，同時(shí)加大了切削扭矩，非常容易折斷絲錐，從而給產(chǎn)品加工效率與質(zhì)量造成影響。本研究對—步進(jìn)式振動攻絲進(jìn)行分析探討，了解其在扭矩監(jiān)控中的應(yīng)用[1]。

1　步進(jìn)式振動切削

1.1振動切削

振動切削是一種脈沖切削，是一種基于傳統(tǒng)切削流程中，對工件或者刀具實(shí)施某種參數(shù)可控制的具有較高規(guī)律的振動。振動切削的參數(shù)主要包括了振幅、振動頻率。振動鉆削是一種基于切削理論和振動理論等基礎(chǔ)理論上，發(fā)展起來的一種新穎的鉆削加工處理辦法，可以說是一種振動切削的分支，相較于普通鉆削的根本所在，是在實(shí)施鉆孔處理期間，經(jīng)由振動裝置來實(shí)現(xiàn)對工件與鉆頭之間相對運(yùn)動的有效控制[2]。

1.2步進(jìn)式振動切削

步進(jìn)式振動切削法并非是直接采用刀具來促使其產(chǎn)生振動，而是通過在刀具的后方，設(shè)置相應(yīng)的工具打擊裝置來促使其產(chǎn)生振動，從而保證刀具能夠進(jìn)行有效的振動切削。這種方式的切削原理主要是間斷性實(shí)施，切削力也屬于脈沖狀，為此，相較于普通的振動切削，這種方式的切削效果更佳。同時(shí)在進(jìn)行切削期間，步進(jìn)式振動切削刀具所表現(xiàn)出的狀態(tài)，與普通振動切削也有非常明顯的差異，其在不進(jìn)行切削時(shí)，通常情況是處于接觸的情況下。

因此，普通振動切削時(shí)，由于刀具與工件脫離后退，后刀面的摩擦造成刀具劇烈磨損，于此同時(shí)，還因?yàn)榈毒吲c被切材料之間重復(fù)性地沖擊（切入時(shí)）和分離，從而容易造成刃口的崩刃。而在步進(jìn)式振動切削時(shí)，這種現(xiàn)象卻減少或消除了。步進(jìn)式振動攻絲是建立在振動理論和切削理論等相關(guān)理論基礎(chǔ)上的新穎的攻絲方法，是對難加工材料或小直徑孔進(jìn)行攻絲加工的有效方法之一，屬于步進(jìn)式振動切削的一個(gè)分支。

一般來說，產(chǎn)生螺旋線方向的振動方式有兩種，一種是采用螺紋靠模方式，由圓周方向的振動通過螺紋靠模產(chǎn)生沿螺旋線方向的振動，這種方式所加工出的螺紋精度較高，但針對不同的螺紋將采用不同的螺紋靠模，實(shí)現(xiàn)起來較復(fù)雜，一般用于螺紋加工精度要求高的場合另一種是采用絲錐的自導(dǎo)向原理，通過絲錐自身的螺紋導(dǎo)向，將圓周方向的振動變?yōu)檠芈菪€方向的振動，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

1.3步進(jìn)式振動攻絲的運(yùn)動特點(diǎn)

振動攻絲最初源自振動切削，其實(shí)質(zhì)就是除絲錐圓周運(yùn)動之外，再以絲錐或者工件一個(gè)軸向或者圓周方向來進(jìn)行振動，以此來實(shí)現(xiàn)脈沖切削。

步進(jìn)式振動攻絲在一個(gè)振動周期時(shí)間內(nèi)，只有一個(gè)運(yùn)動段投入到切削，最新的切削區(qū)域和刀具會表現(xiàn)出明顯的時(shí)切時(shí)停，這樣一來可促使金屬趨向朝著脆性狀態(tài)發(fā)展，更利于塑性變形的有效控制，同時(shí)還可達(dá)到降低摩擦系數(shù)的目的，并對切削力也實(shí)現(xiàn)了較大程度的控制。與此同時(shí)，切削刃在對最新切削區(qū)實(shí)施進(jìn)行間斷性切削，這使得切削層塑性流動呈現(xiàn)為非常明顯的周期性流動變化，并且使得斷屑問題也得到了有效解決。根據(jù)上面的分析結(jié)果來看，不難發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)式振動攻絲中同樣存在諸多工藝因素，都均有助于對切削力和切削熱的有效控制，且可對刀具磨損等問題進(jìn)行有效改善，從而可更好的促使攻絲加工效率的提升，并且可對絲錐的壽命進(jìn)行提升，從而確保加工質(zhì)量得到有效保護(hù)。

2　扭矩監(jiān)控測量

步進(jìn)式振動攻絲是一種新型的內(nèi)螺紋加工工藝，攻絲采用“脫離一切削一脫離’，方式對工件進(jìn)行振動切削，可以降低攻絲扭矩，不能有效地解決小孔攻絲的難題。但振動攻絲仍屬于切削攻絲范疇，絲錐刀齒的側(cè)后面及齒頂后面有很大的法向力，從而造成很大的摩擦扭矩，并且也存在著排屑等問題。由此在步進(jìn)式振動切削的基礎(chǔ)上添加扭矩測量系統(tǒng)，來監(jiān)測扭矩大小，使鉆削不會出現(xiàn)扭矩驟然增大絲錐斷裂的情況[6-8]。

現(xiàn)有攻絲扭矩的測量主要通過兩個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)，扭矩傳感器以及機(jī)床電機(jī)電流監(jiān)測法。

2.1扭矩傳感器

在扭矩測試過程中，傳感器是其中非常重要的組成部分，它主要是對各種轉(zhuǎn)速、扭矩和機(jī)械功率實(shí)施測量，它可將扭力的變化轉(zhuǎn)化為電信號，并且其精度可對整個(gè)系統(tǒng)精度造成影響。絲扭矩信號經(jīng)預(yù)處理后，再通過A/D轉(zhuǎn)換送給PC機(jī)，最后由相應(yīng)的軟件對扭矩信號進(jìn)行分析處理。如鉆削測力計(jì)，該測力計(jì)主要是對鉆削期間，最基本的手段和儀器，結(jié)合被測的鉆削力的變化，對扭矩大小做出相應(yīng)的判斷，從而進(jìn)行監(jiān)控。

2.2機(jī)床電機(jī)電流監(jiān)測法

機(jī)床電機(jī)電流監(jiān)控法的監(jiān)控原理是：當(dāng)加工過程中切削力發(fā)生變化時(shí)會引起電機(jī)電流發(fā)生變化，將電機(jī)實(shí)際電流信號傳遞給檢測模塊并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的實(shí)際電流數(shù)據(jù)，檢測模塊與控制模塊連接，將所述實(shí)際電流數(shù)據(jù)傳遞給控制模塊進(jìn)行處理，控制模塊與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器連接，將處理后的控制信號傳遞給電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器，當(dāng)電機(jī)電流超過電機(jī)的額定電流時(shí)，電機(jī)電流檢測模塊輸出報(bào)警信號給電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器進(jìn)行處理，從而停止電機(jī)運(yùn)行已達(dá)到保護(hù)的作用。

3　結(jié)語

通過步進(jìn)式振動攻絲切削，可達(dá)到有效提升切削速度的效果，切屑的塑性變形在還未進(jìn)行傳播時(shí)，就被迅速切屑，大大降低了切削變形問題，同時(shí)也很大程度上對摩擦系數(shù)進(jìn)行了控制，為此，使得切削扭矩和切削力也同時(shí)得到了明顯控制。同時(shí)通過扭矩測量進(jìn)行監(jiān)控，起到不會因?yàn)榕ぞ伢E然增大，絲錐斷裂使加工件廢棄。

參考文獻(xiàn)：

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(P-01)

Research on stepping vibration tapping torque monitoring

中圖分類號：TG62

文章編號：1009-797X(2016)12-0086-02

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.035

作者簡介：鞏樹奇（1992-），男，山東交通學(xué)院，碩士在讀。

收稿日期：2016-05-19