數(shù)控車床上修復(fù)螺紋時的對刀問題

1、數(shù)控車床上修復(fù)螺紋時的對刀問題摘要：針對數(shù)控車床修復(fù)鉆桿螺紋及精加工蝸桿時，怎樣使刀尖對準(zhǔn)原螺旋線從而修復(fù)螺紋的問題，提出利用光電編碼器的零位信號，通過光電隔離電路控制外部指示燈和發(fā)聲器，通過發(fā)光和聲音確定修復(fù)螺紋的零位和起始位置，實現(xiàn)舊螺紋的修復(fù)和蝸桿的精加工。該方法結(jié)構(gòu)簡單，對數(shù)控機床無大的改動，使用方便，效果較好。關(guān)鍵詞：已有螺紋 修復(fù) 對刀 光電編碼器 零位信號一、問題的提出：問題1：某地質(zhì)企業(yè)大量加工鉆桿螺紋，由于鉆井內(nèi)的溫度高，壓力大，所以其連接的錐管螺紋牙型容易損壞。因地質(zhì)鉆桿材料的性能高，優(yōu)質(zhì)管材大都是進口的。為節(jié)約材料，錐螺紋不是全部切除，而是修復(fù)。以外螺紋為例(見圖1)，修

2、復(fù)時，把端面切掉一定的長度L，臺肩面也相應(yīng)地切除厚度為L的余量，再把直徑增大了的外錐面加工到要求的尺寸，最后再沿著原來螺紋螺旋槽的軌跡，把變淺的螺紋溝槽加工到設(shè)計深度，即可把損壞了的螺紋修復(fù)一新，使鉆桿得到重復(fù)利用。而錐螺紋的大端有軸肩，螺紋精度又高，所以修復(fù)起來難度較大。因為該機械廠已購買了數(shù)控車床進行錐螺紋的加工，效率大大提高，但錐螺紋的修復(fù)卻因為螺紋對刀時難以對準(zhǔn)原螺旋槽，起始位置找不準(zhǔn)，總是亂牙，所以修復(fù)成了棘手的的問題。 圖1錐螺紋修復(fù)方法問題2：數(shù)控車床在加工蝸桿和高精度螺紋時，往往都要分粗、精車，這就要有兩把刀?，F(xiàn)在大多數(shù)廠是同時對好兩把刀，中途不換刀一次加工完工件。但在實際加工

3、中，經(jīng)常會出現(xiàn)刀具磨損，或者刀具損壞的情況，此時需要將刀取下，換好新刀后，重新加工，這時又存在著在已加工螺紋上的準(zhǔn)確對刀問題。二、該問題的已有解決方法：1、NUM 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置了“螺紋繼續(xù)切削”功能。其思路是采用手工對刀的方式，在任意位置得到原有螺紋某點處的位置及主軸對應(yīng)的轉(zhuǎn)角，以此作為螺紋切削功能G33 指令中的兩個參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)這兩個參數(shù)自動計算出起刀點對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角。加工時，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)至該轉(zhuǎn)角時，發(fā)出指令信號，使伺服軸進入隨動狀態(tài)。1該方法不適用于別的系統(tǒng)，因為別的系統(tǒng)沒有此功能，而且編程時有主程序和子程序很麻煩。22、在卡盤圓周表面相應(yīng)位置刻零位信號線標(biāo)記，以確定螺紋車削起點（即使刻線和

4、試驗圓棒上螺旋線起點在同一軸向剖面內(nèi)）。此方法的加工效率很低。找正時花費大量的時間。33、采用一套工件輪廓掃描系統(tǒng)，獲得工件輪廓表面信息。4該方法系統(tǒng)復(fù)雜，裝備成本大大增高。三、數(shù)控車床加工螺紋的原理1、數(shù)控機床一般由異步電機驅(qū)動車床主軸帶動工件轉(zhuǎn)動。要完成切削螺紋必須準(zhǔn)確做到：工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具進給一個導(dǎo)程。異步電機的轉(zhuǎn)速可通過變頻器實現(xiàn)，但轉(zhuǎn)角位置一般是不可控的。要具備切削螺紋的功能，必須用一個光電編碼器與主軸1：1傳動連接。 5當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，編碼器同步轉(zhuǎn)動，并發(fā)出一系列脈沖信號進入數(shù)控系統(tǒng)，再由數(shù)控系統(tǒng)進行運算控制，發(fā)出指令控制伺服電機及刀具做進給運動。2、光電編碼器的結(jié)構(gòu)光電編碼器的光電

5、盤表面制成沿圓周等距的透光和不透光相間的條紋，構(gòu)成圓光柵。指示光柵上有兩段條紋組，兩組條紋彼此錯開1/4節(jié)距。光電元件A 和B 也錯開1/4節(jié)距安裝。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 得到的波形經(jīng)放大整形輸出為具有90°相位差的方波信號,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。在光電盤的里圈有一條透光的條紋C，編碼器旋轉(zhuǎn)一圈，就產(chǎn)生一個脈沖信號。C 相產(chǎn)生的脈沖信號作為基準(zhǔn)脈沖, 又稱零點脈沖，可用于螺紋加工。6 3、螺紋加工在每次螺紋開始進刀切削前, 數(shù)控系統(tǒng)掃描C相同步脈沖信號，當(dāng)檢測到C 相信號到來時開始切

6、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上為一定點位置,保證了螺紋切削關(guān)系，也防止了多次切削亂扣現(xiàn)象的發(fā)生?？墒窃谛迯?fù)鉆桿錐螺紋時，就會存在螺紋起始位置對刀問題。當(dāng)把工件在數(shù)控車床上夾緊，使刀具正好對在與修復(fù)螺紋槽底相距n個導(dǎo)程的端頭起始位置上，從外表看位置對準(zhǔn)了，但由于光電編碼器的零位信號與要修復(fù)螺紋的起始位置可能不一致，在主軸旋轉(zhuǎn)時刀具不能立即沿著修復(fù)螺紋軌跡做進給運動，而是接收到零位信號后才進給，這時零位脈沖信號位置和工件上的螺紋的起始位置不同，因此會發(fā)生軸向干涉、撞刀或破壞原螺紋。所以在修復(fù)螺紋時必須做到光電編碼器的零位信號與要修復(fù)螺紋的起始位置對應(yīng)一致，這

7、樣就得先定位，再切削。這里講的定位就是把光電編碼器的零位信號作為基準(zhǔn)，然后將螺紋起始位置和刀具向基準(zhǔn)位置對齊，做到光電編碼器的零位信號與要修復(fù)螺紋起始位置及刀具對應(yīng)一致，從而實現(xiàn)定位，定位后，刀具就可順著原軌跡運動。所以修復(fù)螺紋關(guān)鍵是定位問題。4、定位時零位信號的外部設(shè)置分析光電編碼器的工作原理，當(dāng)圓光柵轉(zhuǎn)動時，其上的零位狹縫轉(zhuǎn)到與指示光柵上的零位信號的狹縫對齊時就會發(fā)出零位信號（即C相脈沖）。如果把輸出零位信號的接線端子引向外部，接上發(fā)光指示燈和一個喇叭，就可以通過發(fā)光和發(fā)聲知道零位信號的位置。對刀時先轉(zhuǎn)動主軸帶動光電編碼器同步轉(zhuǎn)動，當(dāng)指示燈亮且聽到發(fā)聲時即停止轉(zhuǎn)動，此時的刀尖所在的位置即為

8、零位信號位置，此時完成準(zhǔn)確對刀。5、光電編碼器的接口電路光電編碼器的種類較多，數(shù)控車床用的光電編碼器一般情況有9根輸出端子，將其中的零位信號端子引出來。接口電路如圖2。A、A和B、B是光電編碼器的連續(xù)脈沖信號輸出端，隨主軸的旋轉(zhuǎn)不斷輸出脈沖信號進入CNC系統(tǒng)。Vcc是電源端，0v是零伏端，均由CNC裝置提供。G是接地端子。C和C是零位信號輸出端子，每轉(zhuǎn)輸出一個脈沖信號，C是C的反相端，兩個端子只引出一個即可。現(xiàn)將C端輸出信號通過光電隔離引出控制指示燈和喇叭。為了防止干擾，該指示的電源獨立，并在光電隔離器的輸入端接入一個扳動開關(guān)S，以便獨立控制。圖2 光電編碼器接口電路6、對刀原理對刀時，首先扳

9、動開關(guān)S使其閉合，并轉(zhuǎn)動主軸，當(dāng)轉(zhuǎn)到零位光柵位置時，C端輸出零位信號。此時光電隔離器的輸入端會有電流通過，使發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管接收到光信號時處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此指示燈處于閉合回路而發(fā)光，同時并聯(lián)的發(fā)聲器發(fā)出聲音。當(dāng)操作者看到指示燈發(fā)光，同時聽到聲音時，就停止轉(zhuǎn)動主軸，此時主軸的位置就是零位脈沖信號的位置。通過手搖脈沖發(fā)生器或點動按鈕控制刀具移到某一螺旋槽里，然后再移動到距該螺紋槽底n個導(dǎo)程的右側(cè)端起始位置。對刀結(jié)束后，將扳動開關(guān)斷開。最后啟動螺紋程序就可進行螺紋修復(fù)加工了。在光電隔離器的輸入端接入一個扳動開關(guān)，只是對刀時用一下Z端零位信號，對刀結(jié)束扳動開關(guān)斷開，對整個系統(tǒng)的工作不會產(chǎn)生任

10、何影響，安全可靠。7、具體對刀操作（1）以錐螺紋的修復(fù)為例，將要修復(fù)的螺紋切去頭部和肩部各L長后，將外圓車好（可以做成固定程序，以后直接調(diào)用），照前述的方法確定了零位信號位置后，而且也將刀具移到距螺紋槽底n個導(dǎo)程的右側(cè)端起始位置，記下此時的機床Z值。然后通過對刀操作，記下刀尖在端面處的Z值。這時要修改程序中的起刀點的位置。起刀點的Z值為：Z= Z- Z如原程序為：T0101M03 S500G00 X32 Z4 （螺紋起刀點）G82 X42 Z-50 I-5 F2 （車錐螺紋）計算出Z值后，只需將Z4中的4改為求出的Z值即可進行加工。（2）對于蝸桿的精車問題7，一般情況下蝸桿沒有從機床上拿下來，

11、只是換一把精車刀，此時對刀更方便。因為工件沒有取下來，那么零位脈沖信號的位置在工件的圓周上就是固定的。所以對刀時只要將刀尖對到起刀點即可。如上例中換刀后通過增量方式或手搖脈沖發(fā)生器使刀尖對準(zhǔn)在（32，4），然后直接加工，就可完成蝸桿的精加工。四、結(jié)束語此種螺紋修復(fù)方法在某機械廠修復(fù)加工鉆桿錐螺紋時，效果很好。原來工人在數(shù)控車床上幾十分鐘都不能對好刀，弄得工人不肯采用數(shù)控機床，而寧愿用普通管子機床修復(fù)。經(jīng)采用改進方法后，工人修復(fù)時，不到一分鐘就完成對刀，提高了工效，減輕了勞動強度，保證了加工質(zhì)量，深受工人歡迎。參考文獻(xiàn)：（1）唐宗軍、谷艷玲、 數(shù)控車床上已有螺紋的繼續(xù)切削、制造技術(shù)與機床、2003年第12期 、96頁（2）陳勁松 、螺紋的重復(fù)切削、制造技術(shù)與機床、2000年第12期、46頁（3）向建平、 解決數(shù)控車床精車蝸桿對刀難的方法、機械工人(冷加工)2004年第7期、24頁（4）張耀輝