微补偿攻螺纹技术原理创新应用洗车设备
2022-11-29 20:18:59 瑞士农业网
攻螺纹作为整个机械制造加工行业中必不可少的一部分，几乎在任何一个机械行业都十分常见。在专机时代，柔性攻螺纹（浮动攻螺纹）具有的超大补偿功能，解决了专机主轴转速与进给不同步的问题。而如今随着数控加工机床的普及，柔性攻螺纹在CNC机床上的应用，会造成攻螺纹效率低、成本高及攻螺纹深度无法准确控制等缺点。在数控时代，螺纹加工普遍采用刚性攻螺纹（同步攻螺纹），在数控机床主轴旋转不进给实现同步功能以后，使得攻螺纹效率提高、成本降低、螺纹深度可控，螺纹加工似乎变得更加简单，使用普通弹簧夹头刀柄夹持丝锥即可实现刚性攻螺纹。
然而，刚性攻螺纹虽然解决了柔性攻螺纹的缺点，但由于自身不具备补偿功能，带来以下致命缺点：①丝锥磨损快，寿命低于柔性攻螺纹。②由于数控系统响应速度不够，造成加工效率不高。③对设备、刀具精度要求较高。
为了进一步提升攻螺纹的加工效率、加工精度和丝锥寿命，设计、开发了一种具备微补偿攻螺纹技术的攻螺纹刀柄，并通过试验对比验证，其对攻螺纹加工工艺产生有效改善。
1.微补偿攻螺纹技术原理
（1）攻螺纹过程的误差分析。刚性攻螺纹由于不具备补偿功能，如果采用弹簧夹头等刚性夹持刀柄夹持丝锥，会使丝锥轴向受到额外的拉伸力或压缩力，往往造成丝锥易折、螺纹精度差及螺纹牙形缺损等问题。为了解决这一系列问题，选取刚性攻螺纹作为研究对象，提取加工过程中最重要的几点因素进行误差分析，即机床同步误差、丝锥误差和加工环境引起的误差。
机床对攻螺纹过程的影响：①普通机床由脉冲驱动主轴旋转，主轴每旋转360°均发出256个脉冲。也就是说每个脉冲控制的旋转角度大小为：360°/256≈1.4°；因此，在螺纹加工过程中，理论上存在1.4°控制缺陷或不精确，以1.5mm螺距为例，可能存在5.8μm轴向误差，导致丝锥轴向力加大。②线性轴精度±5μm。③攻螺纹过程主轴转速变化：0→n→0→n反→0。大量旋转检测脉冲需要机床计算机处理，以匹配轴向距离，达到同步，现代绝大多数CNC加工中心的计算机处理速度跟不上，即当主轴转速达到一定程度后，同步精度会急剧下降。
丝锥对攻螺纹过程的影响：①由于机床控制系统处理方式的影响，在加工英制螺纹时，还会不可避免地出现系统误差。②丝锥存在制造误差，根据GB/T958―2007丝锥螺纹公差标准，以1.5mm螺距为例，允许丝锥螺距误差±8μm，测量长度7牙，该误差直接导致螺距与主轴进给不同步，产生较大轴线力，加速丝锥磨损。
加工环境对攻螺纹过程的影响：攻螺纹过程中，环境温度或加工产生热，丝锥长度发生改变，特别是高速加工中，温度变化会更加明显。丝锥长度改变导致丝锥螺距产生误差，产生较大轴向力，加速丝锥磨损。
（2）微补偿量的设计。基于上述误差分析结果，可以确定影响攻螺纹过程的总误差为：δ总=δ机床+δ丝锥+δ温度
综合考虑攻螺纹过程的误差产生分量及M4～M20的螺纹加工范围，最终设计了0.2～0.7mm的微补偿量。
（3）微补偿同步攻螺纹刀柄的结构设计。为达到上述设计要求，笔者设计了一种具备微补偿技术的同步攻螺纹刀柄，其结构原理是：带有螺距误差补偿机构的刚性攻螺纹刀柄包括刀柄主体、心轴、联接件、弹性块和转矩传递结构；刀柄主体内设置有心轴孔和连接孔；心轴的一端插入心轴孔并与心轴孔间隙配合，心轴的另一端用于联接丝锥；联接件与心轴联接，联接件一端凸出心轴表面并位于连接孔内；弹性块设置于连接孔与联接件之间；转矩传递结构能够将转矩由刀柄主体传递给心轴。
2.对比试验研究
本部分使用标准的弹簧夹头刀柄与微补偿同步攻螺纹刀柄夹持丝锥进行切削试验，试验结果如下。（1）切削丝锥加工寿命对比试验（见表1）。被加工件材料：合金钢（320HBW）；丝锥规格：M8×1.25。
从表1可以看出，使用微补偿同步攻螺纹刀柄的刀具加工寿命为标准弹簧夹头刀柄的近2倍，有效提高了螺纹刀具寿命。
（2）切削丝锥加工效率及精度对比试验（见表2）。被加工件材料：合金钢（硬度300～350HBW），丝锥规格：1/4-28UNF。
从表2可以看出，使用微补偿同步攻螺纹刀柄加工螺纹孔时，在保障加工螺纹质量的前提下，能够适应较高的切削速度，切削效率提高2倍多。
（3）挤压丝锥加工寿命对比试验（见表3）。被加工件材料：合金钢（硬度220HBW）；丝锥规格：M6×1（挤压丝锥）。
从表3可以看出，使用微补偿同步攻螺纹刀柄的挤压丝锥的加工寿命为标准弹簧夹头刀柄的1.9倍，可以有效提高挤压丝锥寿命。
3.结语
微补偿同步攻螺纹刀柄是将微补偿技术应用到攻螺纹刀柄中，该技术的应用能够有效延长螺纹加工用丝锥的寿命，提高了攻螺纹效率，用于挤压丝锥同样可以超常发挥，提高了螺纹加工的精度和表面质量。
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