以前的加工中心為了攻絲 , 一般都是根據(jù)所選用的絲錐和工藝要求 , 在加工程序中編入一個(gè)主軸轉(zhuǎn)速和正 /反轉(zhuǎn)指令 , 然后再編人 G84／G74 固定循環(huán) , 在固定循環(huán)中給出有關(guān)的數(shù)據(jù) , 其中 Z 軸的進(jìn)給速度是根據(jù) F =絲錐螺距×主軸轉(zhuǎn)速得出 , 這樣才能加工出需要的螺孔來。雖然從表面上看主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度是根據(jù)螺距配合運(yùn) 行的 , 但是主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度是不受控的 , 而且主軸的角度位置與 Z 軸的進(jìn)給沒有任何同步關(guān)系 , 僅僅依靠恒定的主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度的配合是不夠的。主軸的轉(zhuǎn)速在攻絲的過程中需要經(jīng)歷一個(gè)停止 －正轉(zhuǎn) － 停止 － 反轉(zhuǎn) － 停止的過程 , 主軸要加速－制動(dòng)－加速－制動(dòng) , 再加上在切削過程中由于工件材質(zhì)的不均勻 , 主軸負(fù)載波動(dòng)都會(huì)使 主軸速度不可能恒定不變。對(duì)于進(jìn)給 Z 軸 , 它的進(jìn)給速度和主軸也是相似的 , 速度不會(huì)恒定 , 所以兩者不可能配合得天衣無縫。這也就是當(dāng)采用這種方式攻絲時(shí) , 必須配用帶有彈簧伸縮裝置的夾頭 , 用它來補(bǔ)償 Z 軸進(jìn)給與 主軸轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的螺距誤差。如果我們仔細(xì)觀察上述攻絲過程 , 就會(huì)明顯地看到 , 當(dāng)攻絲到底 ,Z 軸停止了而主軸沒有立即停住 ( 慣量 ), 攻絲彈簧夾頭被壓縮一段距離 , 而當(dāng) Z 軸反向進(jìn)給時(shí) , 主軸正在加速 , 彈簧夾頭被拉 伸 , 這種補(bǔ)償彌補(bǔ)了控制方式不足造成的缺陷 , 完成了攻絲的加工。對(duì)于精度要求不高的螺紋孔用這種方法加工 尚可以滿足要求 , 但對(duì)于螺紋精度要求較高 ,6H 或以上的螺紋以及被加工件的材質(zhì)較軟 ( 銅或鋁 ) 時(shí) , 螺紋精度將 不能得到保證。還有一點(diǎn)要注意的是 , 當(dāng)攻絲時(shí)主軸轉(zhuǎn)速越高 ,Z 軸進(jìn)給與螺距累積量之間的誤差就越大 , 彈簧 夾頭的伸縮范圍也必須足夠大 , 由于夾頭機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制 , 用這種方式攻絲時(shí) , 主軸轉(zhuǎn)速只能限制在 600r/min 以 下。

　　剛性攻絲就是針對(duì)上述方式的不足而提出的 , 它在主軸上加裝了位置編碼器 , 把主軸旋轉(zhuǎn)的角度位置反饋給 技控系統(tǒng)形成位置閉環(huán) , 同時(shí)與 Z 軸進(jìn)給建立同步關(guān)系 , 這樣就嚴(yán)格保證了主軸旋轉(zhuǎn)角度和 Z 軸進(jìn)給尺寸的線 生比例關(guān)系。因?yàn)橛辛诉@種同步關(guān)系 , 即使由于慣量、加減速時(shí)間常數(shù)不同、負(fù)載波動(dòng)而造成的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 或 Z 軸移動(dòng)的位置變化也不影響加工精度 , 因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)角與 Z 軸進(jìn)給是同步的 , 在攻絲中不論任何一方受干擾發(fā)生變化 , 則另一方也會(huì)相應(yīng)變化 , 并永遠(yuǎn)維持線性比例關(guān)系。如果我們用剛性攻絲加工螺紋孔 , 可以很清楚地 看到 , 當(dāng) Z 軸攻絲到達(dá)位置時(shí) , 主軸轉(zhuǎn)動(dòng)與 Z 軸進(jìn)給是同時(shí)減速并同時(shí)停止的 , 主軸反轉(zhuǎn)與 Z 軸反向進(jìn)給同樣 保持一致。正是有了同步關(guān)系 , 絲錐夾頭就用普通的鉆夾頭或更簡(jiǎn)單的專用夾頭就可以了 , 而且剛性攻絲時(shí) , 只要刀具 ( 絲錐 ) 強(qiáng)度允許 , 主軸的轉(zhuǎn)速能提高很多 ,4 000r/min 的主軸速度已經(jīng)不在話下。加工效率提高 5 倍以上, 螺紋精度還得到保證 , 目前已經(jīng)成為加工中心不可缺少的一項(xiàng)主要功能。

2 剛性攻絲功能的實(shí)現(xiàn)

　　從電氣控制的角度來看 , 數(shù)控系統(tǒng)只要具有主軸角度位置控制和同步功能 , 機(jī)床就能進(jìn)行剛性攻絲 , 當(dāng)然還需在機(jī)床上加裝反饋主軸角度的位置編碼器。要正確地反映主軸的角度位置 , 最好把編碼器與主軸同軸聯(lián)接 , 如果限于機(jī)械結(jié)構(gòu)必需通過傳動(dòng)鏈聯(lián)接時(shí) , 要堅(jiān)持 1:1 的傳動(dòng)比 , 若用皮帶 , 則非同步帶不可。還有一種可能 , 那就是機(jī)床主軸和主軸電動(dòng)機(jī)之間是直連 , 可以借用主軸電動(dòng)機(jī)本身帶的內(nèi)部編碼器作主軸位置反饋 , 節(jié)省二項(xiàng)開支。

　　除去安裝必要的硬件外 , 主要的工作是梯形圖控制程序的設(shè)計(jì)調(diào)試。市面上有多種數(shù)控系統(tǒng) , 由于廠家不 同 , 習(xí)慣各異 , 對(duì)剛性攻絲的信號(hào)安排和處理是完全不一樣的。我們?cè)��?jīng)設(shè)計(jì)和調(diào)試過幾種常用數(shù)控系統(tǒng)的剛性攻絲控制程序 , 都比較繁瑣。調(diào)試人員不易理解梯形圖控制程序 , 特別是第一臺(tái)樣機(jī)調(diào)試周期長(zhǎng) , 不利于推廣和使用。盡管如此 , 加工中心有了該項(xiàng)功能 , 擴(kuò)大了加工范圍 , 受到用戶的青睞。

　　3 不用設(shè)計(jì)梯形圖實(shí)現(xiàn)剛性攻絲

　　在 FANUC　Oi 數(shù)控系統(tǒng)里 , 參數(shù) N0.5200#0 如果被設(shè)定為 0, 那么剛性攻絲就需要用 M 代碼指定。一般情況 下 , 我們都使用 M29, 而在梯形圖中也必須設(shè)計(jì)與之相對(duì)應(yīng)的順序程序 , 這對(duì)初次嘗試者來說還有一定的困難。 正常的情況下 , 沒有特殊要求時(shí) , 主軸參數(shù)初始化后把參數(shù) No.5200#0 設(shè)定為 1, 其它有關(guān)參數(shù)基本不動(dòng) , 也不用增加任何新的控制程序 , 這樣就簡(jiǎn)單多了。在運(yùn)行調(diào)試中要根據(jù)機(jī)床本身的機(jī)械特性設(shè)置剛性攻絲必須的一組參數(shù) (見表 l) 。參數(shù)設(shè)置好后就可以直接使用固定循環(huán) G84/G74 指令編程 , 其格式舉例如下 :

1) 每分鐘進(jìn)給編程

　　右螺紋

　　G94;　　　　　　　　　Z 軸每分鐘進(jìn)給

　　M3　　Sl000;　　　　主軸正轉(zhuǎn)（1000r/min)

　　G9O G84　X-300.Y-250.Z-150.R-120. P300 F1000;　右螺紋攻絲 , 螺距 lmm

　　左螺紋

　　G94;　　　　　　　 Z 軸每分鐘進(jìn)給

　　M4　Sl000; 　　　　主軸反轉(zhuǎn) （1000r/min)

　　G9O G74　X-300.Y-250.Zl50.R-120.P300 F1000; 左螺紋攻絲 , 螺距 lmm

2) 每轉(zhuǎn) ( 主軸 ) 進(jìn)給編程

　　右螺紋

　　G95; 　　　　　　Z 軸進(jìn)給 / 主軸每轉(zhuǎn)

　　M3　S1000; 　　　主軸正轉(zhuǎn) (1000r/min)

　　G9O G84　X-300.Y-250.Z-150.R-120. P300 F1.0; 右螺紋攻絲 , 螺距 1mm

　　右螺紋

　　G95;　　　　　　　Z 軸進(jìn)給 / 主軸每轉(zhuǎn)

　　M4　S1000;　　　　主軸反轉(zhuǎn) (1000r/min)

　　G90 G74 X-300.Y-250.Z150.R-120. P300 F1.0; 左螺紋攻絲 , 螺距 l mm

　　以上剛性攻絲編程由于將參數(shù) No.5200#0 設(shè)置為 1, 固定循環(huán) G84/ 成為剛性攻絲的指令 , 所以它的編程格式就完全與原固定循環(huán) G84/G74 普通攻絲是一樣的。根據(jù)用戶的使用調(diào)查 , 剛性攻絲性能大大優(yōu)于普通攻絲。