弱剛性結構件螺（luó）紋孔數控（kòng）加工方（fāng）法

1前言

弱剛性結構件是機械加工過程中出現加工回彈的薄壁焊接件，是工程機械行業常見的結構（gòu）形式。這種工件板厚小，加工部位周圍沒有（yǒu）剛性加強。當刀具切入時，被加工零（líng）件發生（shēng）彈性變形，被加工的孔徑與（yǔ）機床主（zhǔ）軸形成一個夾角。刀具退出時，機床帶（dài）動（dòng）刀具拉回，工件恢複原狀，刀具受到較（jiào）大的拉力，刀具和工件（jiàn）容易損壞。為（wéi）了抵消加工過程中的變形，必須使用具有軸向和（hé）周向（xiàng）“間隙（xì）”的（de）機床。目前，搖臂鑽床在（zài）行業中應用廣泛。搖臂鑽床雖然（rán）操（cāo）作簡單，但經濟實用。但自攻螺（luó）釘（dìng）勞動強度大、質量差，不利（lì）於加（jiā）工自動化率的提高。然而，傳統的數控自攻螺釘對機床精度（dù）和工件剛度的要（yào）求較高，無法解（jiě）決數控（kòng）自攻螺釘用於弱剛（gāng）性結（jié）構零件的問題。為（wéi）此，作者製作了非標準攻絲刀具，實現了弱剛性結構零件（jiàn）的數（shù）控攻絲。

2工程機械行業常用的攻絲方法

目前工程機（jī）械（xiè）行業大型結構（gòu）件螺紋孔的攻絲方法有三種:搖臂鑽床攻絲、數控機床剛性攻絲和數控機床柔性（xìng）攻絲[1]。具體（tǐ）實現方法如下。

2.1搖臂鑽床攻絲搖臂鑽床是一（yī）種孔加工設備，其搖臂可繞（rào）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、刮端麵等。搖臂鑽床（chuáng）操作靈活，適用範圍廣，特別適合單件（jiàn）或批量生產帶孔的大型（xíng）零件。使用搖臂鑽床攻絲，需要操作者始終在機器前操作，勞動（dòng）強度（dù）大，加工受人為因素影響大，因此螺紋孔的定（dìng）位精度（dù）差，加工的螺紋（wén）孔精度差。

另外，用搖臂鑽床攻絲時，要加攻絲油，一般是鉛油，可以降低切削溫度，增加攻絲的（de）潤滑性，保證切（qiē）削精度和絲錐壽命。這個操作步驟需要操作者手工噴漆，勞動（dòng）強度大，而且攻絲油會影響螺紋孔和工件的清潔度，嚴重時會影響油漆附著力。

2.2數控（kòng）機床剛性攻絲剛性攻絲是機床控製主軸旋轉與Z軸進給同步的（de）攻絲方法。剛性攻絲要求攻絲刀具和主軸嚴格固定，伸（shēn）出（chū）和旋轉方向一致。由於數控（kòng）機床的手柄是剛性的，沒有自動調整間隙的功能，所以在（zài）主軸上安（ān）裝了一個位置（zhì）編碼器，其原理（lǐ）是（shì）C軸編碼器走一次，螺距轉一次。攻絲精度高（gāo），加工效率高。剛性螺（luó）紋攻絲常用的工具是花（huā）紋鑽柄加ER彈簧套，結構簡單，成本低（dī），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（shì）。卡盤和絲錐（zhuī）的連接是剛性夾緊，主軸轉速和進給建立了（le）嚴格的線性比例（lì）關係。因此，刀具強度高，攻絲（sī）效率高。但剛性攻絲對機床精度和（hé）工件裝夾穩定性要求較高，不（bú）適合加工（gōng）剛性（xìng）較（jiào）弱的結構（gòu）件螺紋孔。

2.3數控機床柔性攻絲螺（luó）紋又稱（chēng）浮動攻絲螺紋，是一（yī）種主（zhǔ）軸轉速和進給量之間沒（méi）有嚴（yán）格同步比例關係的攻絲方法。這樣絲錐（zhuī）是軸向浮動的，絲錐的軸向運動是由切入（rù）工件的螺紋驅動的。根據龍（lóng）頭（tóu）的自導向能力，它隻需要提供旋轉運動。帶有柔性攻絲卡盤（pán）的工具通常用於加工中心柔性攻絲螺紋。如圖5所示，西門子（zǐ）840D係統MCALL CYCLE840柔性攻絲循環用於數控攻絲。攻絲（sī）工（gōng）具的夾緊部分設有過載保護離合器。當攻絲扭矩超過工具設定扭矩（jǔ）時，過載保護離合器斷開，絲錐停止進給，防止絲錐斷裂。

由（yóu）於柔性攻絲螺紋的累積誤差，主軸轉速低於剛（gāng）性攻絲螺紋，加工中心柔（róu）性加工效率低，適合（hé）中小批量生產（chǎn）。柔性攻絲機床參數少，直接調用柔性攻絲循環就可（kě）以了，對調試人員要求不高。但在加（jiā）工剛性較（jiào）弱的結構件時，螺紋孔加工部分會發（fā）生局部變形，導（dǎo）致攻絲扭（niǔ）矩超過刀（dāo）具設定扭矩，無法完成正（zhèng）常攻絲。

3弱剛性結構件螺紋孔的加工

起重架是起（qǐ）重（chóng）機的重（chóng）要結構部件，由法蘭和立（lì）板焊接而成，兩側（cè）立（lì）板較薄。加工法蘭上的螺紋孔時，工（gōng）件受到軸向和徑向的切削力（lì）。由於被加工零件剛性差，攻絲刀具相對於後（hòu）尾翼產生相對力，導致後尾（wěi）翼立板變形。底（dǐ）孔軸線和工具絲（sī）錐軸線之間的偏差（chà）。

經現場驗證，用剛（gāng）性絲錐工具加工起重架螺紋孔時，由於立板變形（xíng），絲錐退出時，機床帶動絲錐回拉，工件恢複原狀，絲錐被（bèi）工（gōng）件拉斷，導致斷（duàn）裂（liè）。使用柔性攻絲工具加（jiā）工起重架螺紋（wén）孔時，由於立板變形，絲錐受到較大的軸（zhóu）向（xiàng）和徑向反作用力（lì），攻（gōng）絲扭矩超（chāo）過攻絲工具設定的扭矩，導致（zhì）絲錐空轉，無法完成攻絲。

從以上分析可以看出，無論是剛（gāng）性攻絲刀具還是帶柔性卡盤的攻絲刀具都無法實現這類工件螺紋（wén）孔的數控攻絲。因此，有必要設計製造一種非標準攻絲刀具，解（jiě）決標（biāo）準（zhǔn）攻絲刀具存在的問題（tí），實現加工中心（xīn）的數控攻絲，提高結構件的自動化水平（píng）。