1前言

弱剛性結構件是機械加工過程中出現(xiàn)加工回彈的薄壁焊接件，是工程機械行業(yè)常見的結構形式。這種工件板厚小，加工部位周圍沒有剛性加強。當?shù)毒咔腥霑r，被加工零件發(fā)生彈性變形，被加工的孔徑與機床主軸形成一個夾角。刀具退出時，機床帶動刀具拉回，工件恢復原狀，刀具受到較大的拉力，刀具和工件容易損壞。為了抵消加工過程中的變形，必須使用具有軸向和周向“間隙”的機床。目前，搖臂鉆床在行業(yè)中應用廣泛。搖臂鉆床雖然操作簡單，但經濟實用。但自攻螺釘勞動強度大、質量差，不利于加工自動化率的提高。然而，傳統(tǒng)的數(shù)控自攻螺釘對機床精度和工件剛度的要求較高，無法解決數(shù)控自攻螺釘用于弱剛性結構零件的問題。為此，作者制作了非標準攻絲刀具，實現(xiàn)了弱剛性結構零件的數(shù)控攻絲。

2工程機械行業(yè)常用的攻絲方法

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

2.1搖臂鉆床攻絲搖臂鉆床是一種孔加工設備，其搖臂可繞立柱旋轉升降，主軸箱在搖臂上水平移動，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帶孔的大型零件。使用搖臂鉆床攻絲，需要操作者始終在機器前操作，勞動強度大，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，要加攻絲油，一般是鉛油，可以降低切削溫度，增加攻絲的潤滑性，保證切削精度和絲錐壽命。這個操作步驟需要操作者手工噴漆，勞動強度大，而且攻絲油會影響螺紋孔和工件的清潔度，嚴重時會影響油漆附著力。

2.2數(shù)控機床剛性攻絲剛性攻絲是機床控制主軸旋轉與Z軸進給同步的攻絲方法。剛性攻絲要求攻絲刀具和主軸嚴格固定，伸出和旋轉方向一致。由于數(shù)控機床的手柄是剛性的，沒有自動調整間隙的功能，所以在主軸上安裝了一個位置編碼器，其原理是C軸編碼器走一次，螺距轉一次。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，結構簡單，成本低，如圖3所示。因為主軸角度和Z軸進給總是同步的，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夾緊，主軸轉速和進給建立了嚴格的線性比例關系。因此，刀具強度高，攻絲效率高。但剛性攻絲對機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構件螺紋孔。

2.3數(shù)控機床柔性攻絲螺紋又稱浮動攻絲螺紋，是一種主軸轉速和進給量之間沒有嚴格同步比例關系的攻絲方法。這樣絲錐是軸向浮動的，絲錐的軸向運動是由切入工件的螺紋驅動的。根據(jù)龍頭的自導向能力，它只需要提供旋轉運動。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有過載保護離合器。當攻絲扭矩超過工具設定扭矩時，過載保護離合器斷開，絲錐停止進給，防止絲錐斷裂。

由于柔性攻絲螺紋的累積誤差，主軸轉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。柔性攻絲機床參數(shù)少，直接調用柔性攻絲循環(huán)就可以了，對調試人員要求不高。但在加工剛性較弱的結構件時，螺紋孔加工部分會發(fā)生局部變形，導致攻絲扭矩超過刀具設定扭矩，無法完成正常攻絲。

3弱剛性結構件螺紋孔的加工

起重架是起重機的重要結構部件，由法蘭和立板焊接而成，兩側立板較薄。加工法蘭上的螺紋孔時，工件受到軸向和徑向的切削力。由于被加工零件剛性差，攻絲刀具相對于后尾翼產生相對力，導致后尾翼立板變形。底孔軸線和工具絲錐軸線之間的偏差。

經現(xiàn)場驗證，用剛性絲錐工具加工起重架螺紋孔時，由于立板變形，絲錐退出時，機床帶動絲錐回拉，工件恢復原狀，絲錐被工件拉斷，導致斷裂。使用柔性攻絲工具加工起重架螺紋孔時，由于立板變形，絲錐受到較大的軸向和徑向反作用力，攻絲扭矩超過攻絲工具設定的扭矩，導致絲錐空轉，無法完成攻絲。

從以上分析可以看出，無論是剛性攻絲刀具還是帶柔性卡盤的攻絲刀具都無法實現(xiàn)這類工件螺紋孔的數(shù)控攻絲。因此，有必要設計制造一種非標準攻絲刀具，解決標準攻絲刀具存在的問題，實現(xiàn)加工中心的數(shù)控攻絲，提高結構件的自動化水平。