普通數控車床加工內螺紋工藝方法研究

陜西法士特齒輪有限責任公司 （西安 710077） 劉立明 孫芳芳

數控車床按數控系統的功能和機械構成可分為簡易數控車床、多功能數控車床和數控車削中心。數控車削中心是在普通數控車床刀塔上增加動力頭，除了可以車削，還可以進行銑、鉆、擴、鉸及攻螺紋等加工。利用數控車削中心進行零件加工，只需一次裝夾，就可完成多種加工，加工集成度較高，但缺點是機床價格較貴。

1. 問題提出

緩速器部件之一花鍵軸，如圖1所示，在初期建立生產線制定加工方案時，設計用數控車削中心分兩道工序進行零件的車、銑和鉆孔攻螺紋加工。加工工序為精車一端→銑槽→精車另一端→鉆孔攻螺紋。

此生產線加工的產品有花鍵軸、法蘭盤及空心軸等，是一條混合生產線。由于初期設計產能較低，因此生產線只訂購了一臺數控車削中心，并且配備三臺普通數控車床，在實際使用中發現以下問題：

（1）按原有設計方案加工花鍵軸時，兩道車削工序均在數控車削中心上完成，車削第一端時，生產線處于停線等待狀態，生產率極低。

（2）由于兩道工序使用的夾具、刀具不同，工序切換時需要更換夾具和刀具，需要把主軸夾具由浮動三爪和浮動頂尖更換為自定心卡盤，并且由于刀塔上刀座數量有限，需要更換部分刀具，這期間生產線也處于停線等待狀態。

（3）線上的三臺普通數控車床閑置。

（4）精車一端完的產品在數控車削中心堆積，造成整條生產線物流不暢。

圖1 花鍵軸

2. 解決方案

（1）新方案的提出。基于螺紋孔中心在花鍵軸中心線上，并且數控車床刀塔的鏜刀座中心在X軸方向移動時經過主軸中心，因此可以考慮利用變徑套將鉆頭和絲錐安裝在鏜刀座上，使用普通數控車床對花鍵軸一端的中心螺紋孔進行鉆孔攻螺紋加工。

三臺普通數控車床使用的數控系統均為FA N U C系統。FANUC系統的G代碼中有用于鉆孔循環的指令代碼G74/G83，用于攻螺紋循環的指令代碼G84。經過試驗，這三個代碼都可以用于車床。

對于此花鍵軸的加工重新制定加工方案，在數控車削中心上車一端、銑槽，在普通數控車床上車另一端、鉆孔攻螺紋。

（2）夾具刀具的選擇與安裝。在普通數控車床上車另一端、鉆孔攻螺紋時，選用的夾具為軟三爪和尾頂尖。內螺紋尺寸為M16×1.5-7H，選擇刀具時，鉆頭選用直徑14mm的直柄麻花鉆，絲錐選用通用柄機用絲錐M16×1.5-H3，安裝時用相應直徑的變徑套將鉆頭和絲錐分別固定在鏜孔刀座上，如圖2、圖3所示。

（3）加工程序。鉆孔加工時，沒有使用鉆孔循環G代碼指令G74/G83，而是使用G01直線插補指令，這也是鉆孔加工可用的另一種編程方法，示例程序如下：

圖2 麻花鉆安裝圖

圖3 絲錐安裝圖

M01； （程序選擇性暫停指令，作用是主軸停止轉動）

T0202； （更換為2號刀具2號刀補，本程序2號刀具對應鉆頭）

M08； （切削液開啟）

M03 S1000； （主軸正轉，轉速1 000r/min）

G0 X0. Z5. ； （快速定位到坐標（0.5））

G01 Z-30. F0.1； （刀具在Z軸方向直線進給到－30mm，進給速度0.1mm/r）

G04 X1.； （暫停進給1s，光整加工）

G0 Z50. （快速退到Z軸方向50mm處）

攻螺紋的加工示例程序如下，使用攻螺紋循環G84指令代碼進行編程：

M01； （程序選擇性暫停指令，作用是主軸停止轉動）

T0404； （更換為4號刀具4號刀補，本程序4號刀具對應絲錐）

M08； （切削液開啟）

M03； （主軸正轉）

G0 Z50. ； （快速定位到Z軸方向50mm處）

X0.； （快速定位到X軸方向0mm處）

Z5.； （快速定位到Z軸方向5mm處）

M29 S61； （剛性攻螺紋指令，控制主軸的旋轉和Z軸進給同步，設定主軸轉速61r/min）

G84 X0. Z-46. F1.48； （攻螺紋到Z軸方向－46mm處，螺距為1.48mm）

G0 Z100.

注意如果是攻左旋螺紋的時候，要把程序中的M03改成M04。使用G84指令時，攻螺紋到Z軸設定位置，主軸會自己反轉退出，主軸的進給速度F=S（主軸轉速）×P（螺距），由系統計算得到，系統自動控制主軸的旋轉和Z軸進給同步。

關于鉆孔循環的指令代碼G74/G83，我們也做了探索。這兩個指令除了在加工中心上使用外，在數控車床上也可以使用，G74指令更適合用于端面深孔鉆削，在鉆孔過程中可以設置鉆頭回退量。G83適用于高速深孔鉆削，但要求鉆頭帶中心出水，不然鉆頭在回退后快速進給時容易打刀。

3. 改進效果

現場使用上面的程序對花鍵軸的螺紋孔在普通數控車床上進行加工，使用效果良好，完全能滿足工藝要求。使用此加工方案，主要有如下優勢：

（1）改進后不需要停線等待，兩道車削工序可同時進行。

（2）解決了頻繁更換工裝帶來的效率低的問題 。

（3）提高了線上機床的利用率，可多利用一臺普通車床，而在加工此零件時機床不會閑置，可以使生產線產能匹配，可用于批量較大的生產。

4. 車床加工內螺紋的其他方法

對于內螺紋的加工，除了采用上面采用的加工方法，還可以使用車削螺紋的加工方法，例如使用G代碼指令中單行程螺紋切削指令G32、螺紋切削多次循環指令G76、螺紋切削循環指令G92，選用合適的螺紋車刀來進行加工。但車削內螺紋對于內螺紋直徑大小有限制，一般用于內螺紋直徑較大的情況，在此我們不做過多討論。

5. 結語

此方法具有可推廣性，類似的螺紋孔中心在軸中心線上的零件，都可以使用此方法加工螺紋孔，而不僅局限在鉆床或者加工中心上加工。

另外，FANUC系統是我公司使用最廣泛的數控控制系統，它有很多循環指令可以簡化編程，實現眾多加工功能，合理的使用這些指令，能讓我們的生產加工更高效、更優化。在產品加工中，如何用好現有設備，是節省成本，保證加工質量的重點，盡量選擇簡便合理的加工方案，有利于加工效率和加工質量的提高，同時可以減少生產成本。