基于手工操作模式攻絲宏程序的編制

摘 要：在機械加工中，用絲錐攻螺紋經常遇到斷絲錐的問題。導致這一問題的原因之一是在攻絲過程中，不及時斷屑、排屑，絲錐受到的扭矩劇增造成絲錐扭斷。采用fanuc宏程序編制基于手工操作模式攻絲程序，可避免絲錐扭斷。

關鍵詞：攻絲 斷屑絲錐扭矩 攻絲指令 宏程序

一、絲錐攻絲扭斷常見原因分析

造成絲錐攻絲扭斷的原因很多，主要有以下幾種。

1.與所選絲錐相關

（1）絲錐材質選擇不正確。如加工硬度較大的工件，要選擇含鈷量較大的高速鋼絲錐、硬質合金絲錐甚至涂層絲錐。

（2）加工的絲錐的幾何角度不合適。排屑方向的問題以及前角、后角的問題，都會影響排屑以及切削力的大小。

2.與加工工藝相關

（1）孔底尺寸不合要求。孔底尺寸的計算不難，但必須保證實際打出的孔底尺寸符合要求。若孔底尺寸偏小，勢必造成切削力陡增，這樣絲錐扭斷風險大增。

（2）切削液、潤滑油選擇不合要求。切削液、潤滑油一旦出現問題，不僅使加工出的螺紋質量下降，容易出現毛刺等不良情況，而且絲錐的使用壽命也會大大降低。

（3）切削用量選擇不合理。若采用過低的切削速度、進給量，易造成螺紋精度下降，表面質量下降，易產生毛刺。若采用過大的切削用量，則易造成絲錐扭斷。攻絲切削速度，一般鋼料為6～12m/min，調質鋼或較硬的鋼料為5～10m/min，不銹鋼為2～6m/min，鑄鐵為8～10m/min。

3.與操作相關

加工盲孔螺紋時，孔底進給速度應小些，若未按工藝要求加工，則容易造成絲錐攻絲扭斷。

二、絲錐攻絲過程中扭矩變化規律

1.在攻入過程中

若絲錐在攻絲過程中扭斷，必定是絲錐受到的扭矩大于其允許的最大扭矩。在攻讀過程中如何使絲錐受到的扭矩減小成為解決問題的關鍵。絲錐結構具有一定的特殊性，其扭矩變化也有一定規律。

圖1

由圖1可知，在攻絲進入階段直到導向部分進入，扭矩逐漸增大到峰值扭矩，要減小絲錐扭斷的風險，則要控制一次進入的深度，及時回退，同時斷屑、排屑，這樣有利于減小扭矩進一步增大的風險。

2.在回退過程中

絲錐可以分為無后角和有后角兩類。在回退中，由于切屑的存在，絲錐都會有一次扭矩沖擊值，但有后角的絲錐，絲錐切削刃受到切屑的擠壓，嚴重時使絲錐崩牙或斷裂。故在有回退模式的攻絲中，應該優先選擇無后角絲錐，減小在回退過程中絲錐崩牙或斷裂的風險。其一次沖擊值的大小與被加工材料、絲錐切削刃幾何角度等因素有關。

三、數控銑或加工中心的螺紋加工固定循環G74（左旋螺紋加工）、G84右旋螺紋加工的工作過程及其特點

以FANUC-0i mate –MD為例，其工作過程如圖2。

圖2

格式：G84 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_K_ ；可知利用G84攻螺紋時，從R點到Z點主軸正轉，并且在不斷攻絲的過程中，在孔底暫停后，主軸開始反轉，然后退回R面（G99）或者初始平面（G98），主軸又恢復正轉。指令里的P、K分別指孔底暫停時間和孔加工重復次數。可見，該指令一次性將螺紋攻出，而不具備回退功能，實際加工中很容易造成絲錐扭斷。而G74指令，只是主軸的轉向與G84不同，攻入的時候是反轉，退出的時候是正轉，其余都一樣。

四、利用宏程序編寫模擬人工操作加工程序（右旋螺紋）

1.正確認識柔性攻絲的不足

攻絲有剛性攻絲和柔性攻絲兩類。剛性攻絲在主軸上安裝了位置編碼器，讓主軸的旋轉和Z軸的進給形成互動、反饋的同步關系，這樣就可以確保主軸轉角和Z軸進給形成線性關系，攻絲精度高、效率高，是攻絲的理想選擇。但是這一切除需要必要的硬件來支持外，梯形圖控制程序的設計、調試也是相當復雜的。在剛性攻絲有困難的情況下，采用柔性攻絲是不二選擇。

柔性攻絲的不足也是明顯的。其通常做法是在加工程序中編入一個主軸轉速和正、反轉指令，然后再編入G84/G74固定循環，在固定循環中給出有關數據，其中Z軸的進給速度是根據“F=絲錐螺距×主軸轉速”得出的，這樣才能加工出需要的螺孔來。雖然從表面上看，主軸轉速與進給速度是根據螺距配合運行的，但是主軸的轉動角度是不受控的，而且主軸的角度位置與Z軸的進給沒有任何同步關系，僅僅依靠恒定的主軸轉速與進給速度的配合顯然是不夠的。因為主軸的轉速在攻絲的過程中需要經歷一個“正轉-停止-反轉-停止-正轉”的復雜過程，主軸要經歷“加速-制動-加速-制動-加速”的過程，另外，在切削過程中由于工件材質的不均勻，主軸負載波動，都會使主軸速度不可能恒定不變。對于進給方向Z軸，它的進給速度和主軸也是相似的，速度不會恒定，所以兩者不可能配合得天衣無縫。當采用這種方式攻絲時，必須配用帶有彈簧伸縮裝置的夾頭，用它來補償Z軸進給與主軸轉角運動產生的螺距誤差。

仔細觀察上述攻絲過程，就會看到：當攻絲到底，Z軸停止了而主軸沒有立即停住（慣性作用的結果），攻絲彈簧夾頭被壓縮一段距離。而當Z軸反向進給時，主軸正在加速，彈簧夾頭被拉伸，這種補償彌補了控制方式不足造成的缺陷，完成了攻絲的加工。對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較軟（銅或鋁）時，螺紋精度將難以得到保證。還有一點要注意的是，攻絲時主軸轉速越高，Z軸進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，由于夾頭機械結構的限制，用這種方式攻絲時，主軸轉速只能限制在600r/min以下。

2.帶有回退功能的柔性攻絲加工程序

O999

G90G54G40；（初始化指令）

M03S200G00Z100.0；

G00Z5.0；

#1=2 ； （螺紋螺距）

#2=1 ；（每次攻入的圈數）

#3=0.5 ； （每次回退的圈數）

#4=0 ；（首次攻至Z向深度值，一般可取0～2）

#5=-30 ； （螺紋孔底坐標）

WHILE [#4 GE #5] DO 1；

M03S200G00Z[#4]F[200*#1] ； （此處的F值根據轉速S以及螺距#1自動計算）

M19G04P1000 ；（孔底主軸準停，為減小正反轉沖擊，故暫停時間為1秒）

M04S200Z[#4+#1*#3]； （回退了#3指定的圈數）

M19G04P1000；

#4=#4-#2*#1；（計算下一次Z向的深度值）

END 1；

M04S200Z5.0；（自孔底反轉至工件表面）

M30；

該程序已在FANUC-0i mate –MD數控系統加工過工件，效果比較理想。在加工過程中，可以實現每次攻入2個螺距，回退1圈，斷屑、排屑后再攻入2個螺距，再回退，循環下去直到整個螺紋段加工完畢。程序逼真地模擬人工操作過程，有效地防止了絲錐扭斷的現象；而且程序中設置了加工參數變量，方便了操作人員根據實際情況修改參數。如要加工強度高、韌性好的材料，除了要注意使用必要的防止絲錐扭斷的措施外，在加工參數上也可優化，如#2可以修改為1，#3可以修改為0.5，還應注意切削速度的選擇。此外，在加工左旋螺紋時，只需將程序里面的M03替換成M04、M04替換成M03即可。該程序簡潔明了，很適合一般精度的攻絲加工，對于避免絲錐扭斷較有效。

參考文獻：

[1]杜軍.輕松掌握FANUC宏程序：編程技巧與實例精解（第1版）[M].北京：化學工業出版社， 2011.

[2]趙長明.數控加工中心加工工藝與技巧（第1版）[M].北京：化學工業出版社，2009.

[3]王先逵.螺紋加工（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2008.

（作者單位：嘉興技師學院）