1 兩種攻絲方式的比較

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*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, 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*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, 特別是臺(tái)樣機(jī)調(diào)試周期長, 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

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。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1)。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

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*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。