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數(shù)控車床加工螺紋類零件方法的簡介論文
一、引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是機(jī)械制造與微機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，使現(xiàn)代制造技術(shù)和制造系統(tǒng)向著高度的自動化、集成化和智能化的方向發(fā)展，機(jī)械工業(yè)是基礎(chǔ)工業(yè)，機(jī)械制造技術(shù)是機(jī)械工業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供產(chǎn)品和技術(shù)裝備的重要手段，因此，機(jī)械工業(yè)技術(shù)裝備的提高對制造質(zhì)量、勞動效率和經(jīng)濟(jì)效益都有直接影響�，F(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展的趨勢可以歸納為以下幾點：
1向更高精度的方向發(fā)展；
2向高速度、高效率、自動化、特別是向數(shù)控化、柔性化和集成化的方向發(fā)展；
3向少切削和非傳統(tǒng)加工的方向發(fā)展。
為了適應(yīng)現(xiàn)代化機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)加工制造過程高度自動化、柔性化和集成化，數(shù)控技術(shù)在生產(chǎn)各個部門得到了廣泛應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)發(fā)生了深刻的變化，以數(shù)控技術(shù)為核心的現(xiàn)代制造技術(shù)，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感測量技術(shù)、信息處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)成高度信息化、高度柔性化、高度自動化的制造系統(tǒng)。
二、螺紋零件的加工原理簡介
在機(jī)器和部件中，螺紋零件廣泛用來聯(lián)接和傳動。螺紋是在圓柱和圓錐表面上沿螺旋線形成的具有相同剖面形狀的連續(xù)凸起（牙）。螺紋加工方法較多，通常在在車床和銑床上加工。螺紋的種類有多種：固定螺距螺紋和變螺距螺紋，單線螺紋和多線螺紋，外螺紋和內(nèi)螺紋等。利用數(shù)控車床在原有螺旋線上進(jìn)行螺紋加工的對刀方法是螺紋累零件加工的常用方法之一。車削加工是機(jī)械加工中應(yīng)用最為廣泛的方法之一，主要用于回轉(zhuǎn)類零件的加工，車床是完成車削加工的裝備。車削加工的主運(yùn)動通常是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動通常由刀具的直線移動來實現(xiàn)。螺紋加工是車床的基本功能之一。
三、數(shù)控車床加工螺紋零件的步驟
在數(shù)控車床中加工螺紋時，其加工進(jìn)給不是采用機(jī)械傳動鏈實現(xiàn)的，而是通過主軸編碼器數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動裝置進(jìn)給電機(jī)絲桿刀架刀具來實現(xiàn)螺紋加工。數(shù)控系統(tǒng)依據(jù)檢測到的主軸旋轉(zhuǎn)信號，控制電動機(jī)的進(jìn)給，實現(xiàn)車螺紋所要求的比例關(guān)系，切削出符合要求的螺紋。為此應(yīng)解決3個問題：
首先主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架帶動螺紋車刀在Z向精確地移動一個螺距t；其次螺紋加工一般要經(jīng)過多次切削才能完成，為了防止亂扣，每次進(jìn)刀的位置必須相同；最后切削多頭螺紋時，應(yīng)能精確分度。為解決這3個問題，，數(shù)控車床是采用增量式光電編碼器為主軸脈沖發(fā)生器，安裝于車床的主軸箱內(nèi)，由主軸經(jīng)過齒輪或同步齒形帶驅(qū)動，實現(xiàn)1：1的傳動。主軸旋轉(zhuǎn)時，編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的脈沖信號，發(fā)出的這個信號是控制螺紋加工時刀具運(yùn)動的重要信號。增量式光電編碼器是一種將角位移轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)字脈沖信號，集傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換于一體的數(shù)字式測角儀，其輸出的脈沖信號均為TTL電平，可與計算機(jī)接口電路兼容，增量式光電編碼器主要由光電盤、光電元件、聚光鏡以及發(fā)光源等組成。光電元件A和B錯開90°安裝，當(dāng)光電盤旋轉(zhuǎn)一個節(jié)距時，在光源照射下，光電元件A和B得到波形輸出，為具有90°相位差的正弦波，經(jīng)放大整形A相和B相可得到具有90°。相位差的輸出方波。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)A相和B相的相位關(guān)系判別編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，從而獲得車床主軸的旋轉(zhuǎn)方向。C相產(chǎn)生的脈沖作為基準(zhǔn)脈沖，稱為零位脈沖。編碼器旋轉(zhuǎn)一圈，在固定位置C相產(chǎn)生一個零位脈沖，此脈沖信號可作為螺紋多次切削加工的同步控制信號。車削螺紋時，主軸轉(zhuǎn)一圈，編碼器C相產(chǎn)生一個零位脈沖同步信號，在每次開始進(jìn)刀切削前，掃描C相同步信號。數(shù)控系統(tǒng)檢測到C相信號到來時開始切削，否則處于等待狀態(tài)。這樣就保證每次切削的初始位置在被加工工件圓周的某一定點位置上，防止了多次切削亂扣現(xiàn)象發(fā)生。對多頭螺紋的切削，可以將A相信號與C相信號結(jié)合起來進(jìn)行多頭的分度。設(shè)主軸轉(zhuǎn)一圈A相輸出N個脈沖，若切削k頭螺紋，則按N/k分度。其具體實施是，第一條螺紋以C相信號作為切削開始點切削完成后，切削第二條螺紋時，掃描到C相信號后，再接著掃描A相信號的第N/k個脈沖，以此位置作為第二條螺紋的切削開始點。
依次類推，切削k條螺紋時，依據(jù)C相信號和A相的（k一1）·（N/k）個脈沖處作為切削開始點，直到k條螺紋全部切削完成。主軸脈沖發(fā)生器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)螺紋導(dǎo)程t和主軸脈沖信號，控制刀具在Z方向進(jìn)給，以確保主軸轉(zhuǎn)一圈，刀具在Z向進(jìn)給一個螺距，其原理是將對應(yīng)主軸每轉(zhuǎn)的編碼器A相脈沖數(shù)N與對應(yīng)螺距t所需的進(jìn)給脈沖當(dāng)量數(shù)L的比值N/L（由數(shù)控系統(tǒng)計算）作為計數(shù)常數(shù)，存入計數(shù)器中。車削螺紋時主軸旋轉(zhuǎn)，數(shù)控系統(tǒng)每接受到主軸編碼器送來的（N/L）值個A相脈沖，就發(fā)出一個進(jìn)給脈沖，使刀具沿Z方向進(jìn)給燈L，這樣就實現(xiàn)了主軸轉(zhuǎn)一圈，螺紋車刀精確地Z向進(jìn)給一個螺距。數(shù)控車床進(jìn)行螺紋加工時。車床主軸以某一固定速度帶動工件旋轉(zhuǎn)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)螺紋切削工藝流程首先將刀架移動到某一固定坐標(biāo)位置，然后發(fā)出X方向切削進(jìn)給命令開始螺紋加工工作循環(huán)。
循環(huán)第1步：刀架沿X方向進(jìn)給到達(dá)切削位置。此時Z向伺服控制器等待由主軸編碼器發(fā)來的零脈沖同步信號，刀架的X、Z伺服控制器均處于電氣鎖零定位狀態(tài)刀架靜止不動。
第2步：CNC收到主軸編碼器零位脈沖，Z向伺服控制器立即起動刀架，按數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的由主軸編碼器A、B脈沖和螺距及螺紋長度計算出的Z向進(jìn)給運(yùn)動速度和位移量，進(jìn)行螺紋切削加工。第3步：到達(dá)螺紋長度坐標(biāo)時，Z向伺服立即制動停止，同時X向伺服驅(qū)動刀架快速退出。第4步：Z向伺服驅(qū)動刀架退回到加工起始坐標(biāo)位置，準(zhǔn)備進(jìn)入下一工作循環(huán)。為獲得較高螺紋加工精度，一般需進(jìn)行多次循環(huán)。每一循環(huán)中四點的Z坐標(biāo)不變，X坐標(biāo)依次遞增一個該循環(huán)的切削深度增量。零位脈沖同步目的在于保證使各循環(huán)螺紋切削的刀具切入點保持一致。
四、結(jié)語
利用數(shù)控車床加工螺紋零件，在保證加工零件精準(zhǔn)度的同時可以成倍提高加工效率，數(shù)控車床在對螺紋零件加工時可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)車床。
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