弱剛性結構件螺紋孔數控加工方法

1前言（yán）

弱剛性結（jié）構（gòu）件是機（jī）械加工過程中（zhōng）出現加工回彈的薄壁焊接件，是工程機械行業常見的結構形式。這種工（gōng）件板（bǎn）厚小，加工部位周圍（wéi）沒有剛性加強。當刀具切入時，被（bèi）加工零件（jiàn）發生彈性變形，被加工的孔徑與機床主軸形成一個夾角。刀具退出時（shí），機床（chuáng）帶動刀具拉回（huí），工件恢複原狀，刀具受到較大的拉力（lì），刀具和工件容易損壞。為了抵消加工過程中的變形，必（bì）須使用具有軸向和周向“間隙（xì）”的機床。目前（qián），搖臂鑽床在行業中應用廣泛。搖臂鑽床雖然操作簡（jiǎn）單，但經濟實用。但自攻螺（luó）釘勞動強度大（dà）、質量差，不利（lì）於加工（gōng）自動（dòng）化率的提高。然而（ér），傳統的數控自攻螺釘對機床精度和工件剛度的（de）要求較（jiào）高，無法解（jiě）決數（shù）控（kòng）自攻螺釘用於弱剛性結構零件的問題。為此，作者製作了非標準攻絲刀具，實現了弱剛性結構零件的數控攻絲。

2工程機械行業常用的攻絲方法

目前工程機械行業大型結構件螺紋孔的攻絲方（fāng）法（fǎ）有三種:搖臂鑽床攻絲、數控機床剛性攻絲和數控機床柔性攻絲[1]。具體實現方法如下。

2.1搖臂鑽床攻絲搖臂鑽床（chuáng）是一種孔加工設備，其搖臂可繞立柱旋轉升降，主軸箱在搖臂上水平移動，可用於鑽孔、鉸孔、鉸孔、攻絲、刮（guā）端麵等。搖臂鑽（zuàn）床操作靈活，適用範圍廣（guǎng），特別適合單件或批量生產帶孔的大型（xíng）零件（jiàn）。使用搖臂鑽床攻絲，需要操作（zuò）者始終在機器前操作，勞動（dòng）強度大，加工受人為因（yīn）素影響大，因此螺紋孔的定位精度差，加工的（de）螺紋孔精度差。

另外，用搖臂鑽床攻絲時，要加攻絲油，一般是鉛油，可以降（jiàng）低切削溫度，增加攻絲的潤滑性，保證切削精度和絲錐壽命。這個操作步驟需要操作者手工噴漆，勞（láo）動強（qiáng）度大，而（ér）且（qiě）攻絲油會影響螺紋孔和工件的清潔度，嚴重時會影響（xiǎng）油漆附著力。

2.2數控機床剛性（xìng）攻絲剛性攻絲是機（jī）床控製主軸旋轉與Z軸進（jìn）給同步的攻絲方法。剛性攻絲要（yào）求（qiú）攻絲刀具和主軸嚴格（gé）固定，伸出和（hé）旋轉方向一致。由於數控機床的（de）手柄是剛性的，沒有自動調整間隙的功能，所以在主軸上安裝了一個位置編碼器，其原理是C軸編（biān）碼器走一次，螺距轉一次。攻絲精度高，加工效（xiào）率高。剛（gāng）性螺紋攻絲常用的工具是花紋（wén）鑽柄加（jiā）ER彈簧套（tào），結構簡（jiǎn）單，成本低，如圖3所示。因為主軸角度和Z軸進給總是同步的，所以加工的螺紋精度高，如圖4所示。卡（kǎ）盤和（hé）絲錐的連接是剛性夾緊，主軸轉速和（hé）進給建立了嚴（yán）格的線性比例關係。因此，刀具強度（dù）高，攻絲效（xiào）率高。但剛性攻絲對機床精度和工件裝夾穩定（dìng）性要求較高（gāo），不適合加工剛性較弱的結構（gòu）件螺紋孔。

2.3數控機床柔（róu）性攻（gōng）絲螺紋又稱浮動攻絲螺紋，是一種（zhǒng）主軸轉速和進給量之間沒有（yǒu）嚴格同步比（bǐ）例關係的攻絲方（fāng）法。這樣絲錐是軸向浮動的，絲錐的軸向運動是由切入工件的螺紋驅動的。根據龍頭的自導向能力，它隻（zhī）需要提供旋（xuán）轉運動。帶（dài）有柔性攻絲卡盤的工（gōng）具通常（cháng）用於（yú）加工中心柔性攻絲螺紋。如（rú）圖5所示，西門子840D係統MCALL CYCLE840柔性攻絲（sī）循環用於數控攻絲（sī）。攻絲工具的（de）夾緊部分設（shè）有過載保護離合（hé）器。當攻絲扭矩超過工具（jù）設定扭矩時，過載保護（hù）離合（hé）器斷開，絲錐停止（zhǐ）進給，防止絲錐（zhuī）斷裂。

由於柔性攻絲螺紋的累積誤差，主軸轉速低於剛性攻絲螺紋，加工中心柔性加工效率低，適合中（zhōng）小批量（liàng）生產。柔性攻絲機（jī）床參數少，直接調（diào）用柔性攻（gōng）絲循環就可（kě）以了，對調試人員要求不高。但在加工剛性較弱的結構件時，螺紋孔加工部分會發生（shēng）局部變形，導致攻絲扭矩超過（guò）刀具設定扭矩，無法完成正常攻絲。

3弱剛性結構件螺紋孔的加工

起重架是起重機的重（chóng）要結構部件，由（yóu）法蘭和立板焊接而成（chéng），兩側立（lì）板較薄。加工法蘭上的螺紋孔時，工件（jiàn）受到軸向和（hé）徑向的切削力。由於（yú）被加工零件剛性差，攻絲（sī）刀具相對於後尾翼產生相對力，導致後尾翼立板變形。底孔軸線和工具絲錐（zhuī）軸線之（zhī）間的偏差。

經現場驗證（zhèng），用剛性絲（sī）錐工具加工起重架螺紋孔時，由於立板變形，絲（sī）錐退出時，機（jī）床帶動絲錐回拉（lā），工（gōng）件恢複原狀，絲錐被工件拉（lā）斷，導致斷裂。使用柔性攻絲工具加工起重架螺紋孔時，由於立板變形，絲錐受到較大的（de）軸向和徑向反作用力，攻絲（sī）扭（niǔ）矩超過攻絲工具設定的扭矩，導致絲錐空轉，無法完（wán）成攻絲。

從以上分析可以看出（chū），無論是剛（gāng）性（xìng）攻絲刀具還是帶（dài）柔（róu）性卡盤的攻絲刀具都（dōu）無法實現這類工件螺紋孔的數控攻絲。因此，有必要設（shè）計製造一種（zhǒng）非標準攻絲刀（dāo）具，解決標準（zhǔn）攻絲刀具存在的問題，實現加工中心的數控攻絲，提高結構件（jiàn）的自動化水平。