試論刀具磨耗補償在數車螺紋加工中的應用

吳中強

(鄭州市技師學院，河南 鄭州 450006)

隨著我國生產力水平的不斷提高和科學技術的快速發展，人們對于機械產品提出了更高要求。很多時候，我們不僅需要機械產品具有極高的精度與較快的生產速度，同時所用的生產技術也較為復雜，且產品需要頻繁改型，這些不僅需要機械生產過程中的機床設備具有較高的效率與精度，更需要產品具有一定的靈活性與通用性。尤其是在礦山與煤礦等工業部門中，用到的機械一般較大且復雜，所需加工的零件常表現出小批量、形狀復雜的特征。如果使用普通的機床及傳統手段對這些零件展開加工，不僅生產效率較低、勞動強度較大，同時生產出的零件精度難以獲得有效保證，甚至有些零件根本就無法展開生產加工。在這樣的背景下，利用數控機床展開機械加工已經成為了一種必然趨勢。

1 數車螺紋加工概述

在數控機床生產加工中，螺紋加工是重要加工內容之一。螺紋加工是利用螺紋加工的工具對各種各樣的外、內螺紋進行加工的方法。要想對同一螺紋進行多次切削，使生產加工出的螺紋深度達到設計要求，必須在數控車床上進行脈沖編碼器的安裝，且在每次加工過程中都需保持相同螺距。在對螺紋進行切削時，每次都需等到脈沖編碼器標記為零時才可進行螺紋切削的進給起動，從而保證刀具進入工件的位置是工件圓周上的同一位置。

2 傳統螺紋加工中存在的問題

在機械零件中帶有螺紋的零件具有繁多復雜的種類，在實際生活及生產中較為常見的是具有連接作用的三角形螺紋套和軸。在傳統的螺紋加工中，通常是利用G代碼編程展開螺紋加工。傳統的使用FANUC數控車床通過數控車削進行螺紋加工生產的編程方法共有三種，分別是：(1)固定循環的螺紋切削指令，這一指令主要是用于圓柱型螺紋生產過程，其指令為G92X_Z(W)_F_;(2)單行程的螺紋切削指令，即G32X(U)_Z(W)_F_;(3)復合循環式的螺紋切削指令，即G76X(U)_Z(W)_R(i)P(k)Q(△d)F(f);G76P(m)(r)(a)Q(△dmin)R(d)。在運用這三種格式進行編程加工生產螺紋時，常需根據螺紋外徑及實際小徑、進刀及降刀次數展開相應編程，從而為生產的螺紋產品質量提供一定保障。然而由于刀具磨耗問題的存在及其他相關因素的影響，這一方法普遍存在螺紋中徑合格率低的問題，不僅造成螺紋加工的生產效率及生產質量較低，同時也給工件制作及零件效應的發揮在一定程度上造成了阻礙。

3 在FANUCOi系統數控車床螺紋加工中刀具磨耗補償的應用

3.1 刀具磨耗補償的應用機理

在進行螺紋零件加工生產過程中，由于刀具常存在磨損現象，其半徑漸漸變小，如果在生產過程中導致工件產生的誤差超出工件公差的范圍，則所加工產品將不能滿足相應的加工要求。特別是在數控車床FANUCOi系統進行螺紋加工中，這一問題十分顯著。在進行螺紋的數控車削時，因為螺紋車刀常需分幾次完成整個加工過程，因此很容易使所用刀具出現磨損問題。同時，在加工工件的特性、冷卻不及時和機床自身精度等眾多因素作用下，很可能導致加工生產出的螺紋中徑的尺寸超出了螺紋中徑公差范圍。此時，可對生產程序進行重新編制，對已加工完成的螺紋展開重新修正。具體操作為：將刀具磨耗界面打開后，將相應螺紋刀刀號上、X方向上產生的磨耗輸入即可，如果經過自動加工螺紋中徑還不合格，則繼續將這一磨耗輸入其中，直到切削出合格的螺紋為止。

在進行螺紋數控車削時，螺紋的進給量需要保留一定余量△d，之后打開刀具磨耗的補償界面，將逐漸降低的△d1、△d2、△d3等一一輸入其中，直到合格為止。在這里，設△dz=△d1+△d2+△d3+……+△dn，同時有△d1≥△d2≥△d3≥……≥△dn。

3.2 刀具磨耗補償的應用

在具體應用時，首先要對原有G編程程序進行修改及調整。一般情況下，在螺紋的直徑方向需要先預留一定的余量，加工后通過螺紋通止環規進行檢測，如果加工不合格，則要返回加工。具體的磨耗補償加工過程為在重新編程后，先在面板上選擇軟鍵“磨耗”或按下功能鍵OFFSET，將刀具補償界面打開，點取“磨耗”，在G01位置輸入所需數值，之后按下軟鍵，將加工程序返至程序第一行，使用“跳步”功能鍵。在當前程序下將循環啟動按鈕開啟，使之自動進行加工。在N40條執行后直接執行N80條，等其回到換刀點后將之暫停，利用通止環規進行再檢直至其合格。

3.3 應用效果

將刀具磨耗補償方法應用于數車螺紋加工的FANUCOi系統中，操作起來極為方便且簡單，同時可使所加工的螺紋中徑保持在其公差尺寸范圍之內，使螺紋加工合格率大幅提高。對刀具磨耗補償方法熟練掌握后，可在數控車床中其他工件加工中進行靈活應用，如在槽、外圓及端面中，如果這些項目在精車后出現最終尺寸超過圖紙尺寸的現象，則可利用刀具磨耗補償方法對這些加工項目加以修復，使這些工件的尺寸達到設計要求。

同時，這一方法也存在一定缺點。如對于加工尺寸小于圖紙要求的項目而言，刀補磨耗補償方法無法起到修復效果。另外，這種方法并不是對所有刀路都適用的，一般只能在2D形狀和3D形狀中的利用等高方式加工的刀路中可以發揮其修復作用。

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