1前言

弱剛性結(jié)構(gòu)件是機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)加工回彈的薄壁焊接件，是工程機(jī)械行業(yè)常見的結(jié)構(gòu)形式。這種工件板厚小，加工部位周圍沒(méi)有剛性加強(qiáng)。當(dāng)?shù)毒咔腥霑r(shí)，被加工零件發(fā)生彈性變形，被加工的孔徑與機(jī)床主軸形成一個(gè)夾角。刀具退出時(shí)，機(jī)床帶動(dòng)刀具拉回，工件恢復(fù)原狀，刀具受到較大的拉力，刀具和工件容易損壞。為了抵消加工過(guò)程中的變形，必須使用具有軸向和周向“間隙”的機(jī)床。目前，搖臂鉆床在行業(yè)中應(yīng)用廣泛。搖臂鉆床雖然操作簡(jiǎn)單，但經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但自攻螺釘勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量差，不利于加工自動(dòng)化率的提高。然而，傳統(tǒng)的數(shù)控自攻螺釘對(duì)機(jī)床精度和工件剛度的要求較高，無(wú)法解決數(shù)控自攻螺釘用于弱剛性結(jié)構(gòu)零件的問(wèn)題。為此，作者制作了非標(biāo)準(zhǔn)攻絲刀具，實(shí)現(xiàn)了弱剛性結(jié)構(gòu)零件的數(shù)控攻絲。

2工程機(jī)械行業(yè)常用的攻絲方法

目前工程機(jī)械行業(yè)大型結(jié)構(gòu)件螺紋孔的攻絲方法有三種:搖臂鉆床攻絲、數(shù)控機(jī)床剛性攻絲和數(shù)控機(jī)床柔性攻絲[1]。具體實(shí)現(xiàn)方法如下。

2.1搖臂鉆床攻絲搖臂鉆床是一種孔加工設(shè)備，其搖臂可繞立柱旋轉(zhuǎn)升降，主軸箱在搖臂上水平移動(dòng)，可用于鉆孔、鉸孔、鉸孔、攻絲、刮端面等。搖臂鉆床操作靈活，適用范圍廣，特別適合單件或批量生產(chǎn)帶孔的大型零件。使用搖臂鉆床攻絲，需要操作者始終在機(jī)器前操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工受人為因素影響大，因此螺紋孔的定位精度差，加工的螺紋孔精度差。

另外，用搖臂鉆床攻絲時(shí)，要加攻絲油，一般是鉛油，可以降低切削溫度，增加攻絲的潤(rùn)滑性，保證切削精度和絲錐壽命。這個(gè)操作步驟需要操作者手工噴漆，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且攻絲油會(huì)影響螺紋孔和工件的清潔度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響油漆附著力。

2.2數(shù)控機(jī)床剛性攻絲剛性攻絲是機(jī)床控制主軸旋轉(zhuǎn)與Z軸進(jìn)給同步的攻絲方法。剛性攻絲要求攻絲刀具和主軸嚴(yán)格固定，伸出和旋轉(zhuǎn)方向一致。由于數(shù)控機(jī)床的手柄是剛性的，沒(méi)有自動(dòng)調(diào)整間隙的功能，所以在主軸上安裝了一個(gè)位置編碼器，其原理是C軸編碼器走一次，螺距轉(zhuǎn)一次。攻絲精度高，加工效率高。剛性螺紋攻絲常用的工具是花紋鉆柄加ER彈簧套，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，如圖3所示。因?yàn)橹鬏S角度和Z軸進(jìn)給總是同步的，所以加工的螺紋精度高，如圖4所示?？ūP和絲錐的連接是剛性?shī)A緊，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給建立了嚴(yán)格的線性比例關(guān)系。因此，刀具強(qiáng)度高，攻絲效率高。但剛性攻絲對(duì)機(jī)床精度和工件裝夾穩(wěn)定性要求較高，不適合加工剛性較弱的結(jié)構(gòu)件螺紋孔。

2.3數(shù)控機(jī)床柔性攻絲螺紋又稱浮動(dòng)攻絲螺紋，是一種主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量之間沒(méi)有嚴(yán)格同步比例關(guān)系的攻絲方法。這樣絲錐是軸向浮動(dòng)的，絲錐的軸向運(yùn)動(dòng)是由切入工件的螺紋驅(qū)動(dòng)的。根據(jù)龍頭的自導(dǎo)向能力，它只需要提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶有柔性攻絲卡盤的工具通常用于加工中心柔性攻絲螺紋。如圖5所示，西門子840D系統(tǒng)MCALL CYCLE840柔性攻絲循環(huán)用于數(shù)控攻絲。攻絲工具的夾緊部分設(shè)有過(guò)載保護(hù)離合器。當(dāng)攻絲扭矩超過(guò)工具設(shè)定扭矩時(shí)，過(guò)載保護(hù)離合器斷開，絲錐停止進(jìn)給，防止絲錐斷裂。

由于柔性攻絲螺紋的累積誤差，主軸轉(zhuǎn)速低于剛性攻絲螺紋，加工中心柔性加工效率低，適合中小批量生產(chǎn)。柔性攻絲機(jī)床參數(shù)少，直接調(diào)用柔性攻絲循環(huán)就可以了，對(duì)調(diào)試人員要求不高。但在加工剛性較弱的結(jié)構(gòu)件時(shí)，螺紋孔加工部分會(huì)發(fā)生局部變形，導(dǎo)致攻絲扭矩超過(guò)刀具設(shè)定扭矩，無(wú)法完成正常攻絲。

3弱剛性結(jié)構(gòu)件螺紋孔的加工

起重架是起重機(jī)的重要結(jié)構(gòu)部件，由法蘭和立板焊接而成，兩側(cè)立板較薄。加工法蘭上的螺紋孔時(shí)，工件受到軸向和徑向的切削力。由于被加工零件剛性差，攻絲刀具相對(duì)于后尾翼產(chǎn)生相對(duì)力，導(dǎo)致后尾翼立板變形。底孔軸線和工具絲錐軸線之間的偏差。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，用剛性絲錐工具加工起重架螺紋孔時(shí)，由于立板變形，絲錐退出時(shí)，機(jī)床帶動(dòng)絲錐回拉，工件恢復(fù)原狀，絲錐被工件拉斷，導(dǎo)致斷裂。使用柔性攻絲工具加工起重架螺紋孔時(shí)，由于立板變形，絲錐受到較大的軸向和徑向反作用力，攻絲扭矩超過(guò)攻絲工具設(shè)定的扭矩，導(dǎo)致絲錐空轉(zhuǎn)，無(wú)法完成攻絲。

從以上分析可以看出，無(wú)論是剛性攻絲刀具還是帶柔性卡盤的攻絲刀具都無(wú)法實(shí)現(xiàn)這類工件螺紋孔的數(shù)控攻絲。因此，有必要設(shè)計(jì)制造一種非標(biāo)準(zhǔn)攻絲刀具，解決標(biāo)準(zhǔn)攻絲刀具存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)加工中心的數(shù)控攻絲，提高結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)化水平。