1、兩種攻絲方式的比較

以前的加工中心為了攻絲，一般都是根據(jù)所選用的絲錐和工藝要求，在加工程序中編入一個(gè)主軸轉(zhuǎn)速和正/反轉(zhuǎn)指令，然后再編人 G84/G74 固定循環(huán)，在固定循環(huán)中給出有關(guān)的數(shù)據(jù)，其中Z軸的進(jìn)給速度是根據(jù)F=絲錐螺距×主軸轉(zhuǎn)速得出，這樣才能加工出需要的螺孔來(lái)。

雖然從表面上看主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度是根據(jù)螺距配合運(yùn)行的，但是主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度是不受控的，而且主軸的角度位置與Z軸的進(jìn)給沒(méi)有任何同步關(guān)系，僅僅依靠恒定的主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度的配合是不夠的。主軸的轉(zhuǎn)速在攻絲的過(guò)程中需要經(jīng)歷一個(gè)停止 －正轉(zhuǎn) － 停止 － 反轉(zhuǎn) － 停止的過(guò)程，主軸要加速－制動(dòng)－加速－制動(dòng)，再加上在切削過(guò)程中由于工件材質(zhì)的不均勻，主軸負(fù)載波動(dòng)都會(huì)使主軸速度不可能恒定不變。

對(duì)于進(jìn)給Z軸，它的進(jìn)給速度和主軸也是相似的，速度不會(huì)恒定，所以兩者不可能配合得天衣無(wú)縫。這也就是當(dāng)采用這種方式攻絲時(shí)，必須配用帶有彈簧伸縮裝置的夾頭，用它來(lái)補(bǔ)償Z軸進(jìn)給與主軸轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的螺距誤差。如果我們仔細(xì)觀察上述攻絲過(guò)程，就會(huì)明顯地看到，當(dāng)攻絲到底，Z軸停止了而主軸沒(méi)有立即停?。☉T量），攻絲彈簧夾頭被壓縮一段距離，而當(dāng)Z軸反向進(jìn)給時(shí)，主軸正在加速，彈簧夾頭被拉伸，這種補(bǔ)償彌補(bǔ)了控制方式不足造成的缺陷，完成了攻絲的加工。

對(duì)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(duì)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(zhì)較軟（銅或鋁）時(shí)，螺紋精度將不能得到保證。還有一點(diǎn)要注意的是，當(dāng)攻絲時(shí)主軸轉(zhuǎn)速越高，Z軸進(jìn)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(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，用這種方式攻絲時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速只能限制在 600r/min 以下。

剛性攻絲就是針對(duì)上述方式的不足而提出的，它在主軸上加裝了位置編碼器，把主軸旋轉(zhuǎn)的角度位置反饋給技控系統(tǒng)形成位置閉環(huán)，同時(shí)與Z軸進(jìn)給建立同步關(guān)系，這樣就嚴(yán)格保證了主軸旋轉(zhuǎn)角度和Z軸進(jìn)給尺寸的線生比例關(guān)系。因?yàn)橛辛诉@種同步關(guān)系，即使由于慣量、加減速時(shí)間常數(shù)不同、負(fù)載波動(dòng)而造成的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度或Z軸移動(dòng)的位置變化也不影響加工精度，因?yàn)橹鬏S轉(zhuǎn)角與Z軸進(jìn)給是同步的，在攻絲中不論任何一方受干擾發(fā)生變化，則另一方也會(huì)相應(yīng)變化，并永遠(yuǎn)維持線性比例關(guān)系。

如果我們用剛性攻絲加工螺紋孔，可以很清楚地看到，當(dāng)Z軸攻絲到達(dá)位置時(shí)，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)與Z軸進(jìn)給是同時(shí)減速并同時(shí)停止的，主軸反轉(zhuǎn)與Z軸反向進(jìn)給同樣 保持一致。正是有了同步關(guān)系，絲錐夾頭就用普通的鉆夾頭或更簡(jiǎn)單的專用夾頭就可以了，而且剛性攻絲時(shí)，只要刀具（絲錐）強(qiáng)度允許，主軸的轉(zhuǎn)速能提高很多，4000r/min 的主軸速度已經(jīng)不在話下。加工效率提高5倍以上，螺紋精度還得到保證，目前已經(jīng)成為加工中心不可缺少的一項(xiàng)主要功能。

2、剛性攻絲功能的實(shí)現(xiàn)

從電氣控制的角度來(lái)看，數(shù)控系統(tǒng)只要具有主軸角度位置控制和同步功能，機(jī)床就能進(jìn)行剛性攻絲，當(dāng)然還需在機(jī)床上加裝反饋主軸角度的位置編碼器。要正確地反映主軸的角度位置，最好把編碼器與主軸同軸聯(lián)接，如果限于機(jī)械結(jié)構(gòu)必需通過(guò)傳動(dòng)鏈聯(lián)接時(shí)，要堅(jiān)持 1:1 的傳動(dòng)比，若用皮帶，則非同步帶不可。還有一種可能，那就是機(jī)床主軸和主軸電動(dòng)機(jī)之間是直連，可以借用主軸電動(dòng)機(jī)本身帶的內(nèi)部編碼器作主軸位置反饋，節(jié)省二項(xiàng)開(kāi)支。

除去安裝必要的硬件外，主要的工作是梯形圖控制程序的設(shè)計(jì)調(diào)試。市面上有多種數(shù)控系統(tǒng)，由于廠家不同，習(xí)慣各異，對(duì)剛性攻絲的信號(hào)安排和處理是完全不一樣的。我們?cè)?jīng)設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)幾種常用數(shù)控系統(tǒng)的剛性攻絲控制程序，都比較繁瑣。調(diào)試人員不易理解梯形圖控制程序，特別是第一臺(tái)樣機(jī)調(diào)試周期長(zhǎng)，不利于推廣和使用。盡管如此，加工中心有了該項(xiàng)功能，擴(kuò)大了加工范圍，受到用戶的青睞。

3、不用設(shè)計(jì)梯形圖實(shí)現(xiàn)剛性攻絲

在FANUC Oi數(shù)控系統(tǒng)里，參數(shù) N0.5200#0 如果被設(shè)定為 0，那么剛性攻絲就需要用 M 代碼指定。一般情況下，我們都使用 M29，而在梯形圖中也必須設(shè)計(jì)與之相對(duì)應(yīng)的順序程序，這對(duì)初次嘗試者來(lái)說(shuō)還有一定的困難。正常的情況下，沒(méi)有特殊要求時(shí)，主軸參數(shù)初始化后把參數(shù) No.5200#0 設(shè)定為1，其它有關(guān)參數(shù)基本不動(dòng)，也不用增加任何新的控制程序，這樣就簡(jiǎn)單多了。在運(yùn)行調(diào)試中要根據(jù)機(jī)床本身的機(jī)械特性設(shè)置剛性攻絲必須的一組參數(shù)（見(jiàn)表1）。參數(shù)設(shè)置好后就可以直接使用固定循環(huán) G84/G74 指令編程，其格式舉例如下：

表 1 剛性攻絲參數(shù)表

(1) 每分鐘進(jìn)給編程  
　　右螺紋  
　　G94;　　　　　　　Z軸每分鐘進(jìn)給  
　　M3　　Sl000;　　　主軸正轉(zhuǎn)(1000r/min)
　　G9O G84　X-300.Y-250.Z-150.R-120. P300 F1000;右螺紋攻絲，螺距 lmm  
　　左螺紋  
　　G94;　　　　　　　Z軸每分鐘進(jìn)給  
　　M4　Sl000; 　　　 主軸反轉(zhuǎn) (1000r/min)  
　　G9O G74　X-300.Y-250.Zl50.R-120.P300 F1000;左螺紋攻絲，螺距 lmm  
(2) 每轉(zhuǎn)（主軸）進(jìn)給編程  
　　右螺紋  
　　G95; 　　　　　　 Z軸進(jìn)給/主軸每轉(zhuǎn)  
　　M3　S1000; 　　　 主軸正轉(zhuǎn) (1000r/min)  
　　G9O G84　X-300.Y-250.Z-150.R-120. P300 F1.0;右螺紋攻絲，螺距 1mm  
　　右螺紋  
　　G95;　　　　　　　Z軸進(jìn)給/主軸每轉(zhuǎn)  
　　M4　S1000;　　　　主軸反轉(zhuǎn) (1000r/min)  
　　G90 G74 X-300.Y-250.Z150.R-120. P300 F1.0;左螺紋攻絲，螺距 lmm

以上剛性攻絲編程由于將參數(shù) No.5200#0 設(shè)置為 1, 固定循環(huán) G84/成為剛性攻絲的指令 , 所以它的編程格式就完全與原固定循環(huán) G84/G74 普通攻絲是一樣的。根據(jù)用戶的使用調(diào)查 , 剛性攻絲性能大大優(yōu)于普通攻絲。