CN101376185A - 一种复合式振动攻丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式振动攻丝方法，由单片机控制系统控制步进电机的进给，步进电机带动丝锥动作，在单片机控制系统中引入ISP技术，通过ISP串行接口电路实现控制程序的在线下载，输入步进电机频率、前进步数、停止步数、后退步数；通过单片机控制系统发出“进－停－退－停－进－停”的振动方式来控制步进电机的运动，之后进入下一个切削周期，本发明成本低，控制方便，有效保护了丝锥切削刃，提高了攻丝效率，实现攻丝过程控制和处理攻丝过程中突发因素的能力。

Description

一种复合式振动攻丝方法

技术领域

本发明涉及机械加工中的振动攻丝方法。

背景技术

振动攻丝是在丝锥和工件的相对运动上叠加一个有规律的可控振动，从而形成脉冲切削，达到去除金属，形成内螺纹表面的目的。它将传统攻丝的连续切削变为断续切削，形成了新的切削机理。对于采用步进电机作为振动攻丝动力源和振源的振动攻丝系统来说，不同的振动方式是靠前进脉冲数、前进完毕停止脉冲数、后退脉冲数和后退停止脉冲数的组合来实现，目前常用的振动攻丝方法有两种，一种是分离式振动攻丝方法，步进电机采用“进—停—退—停”的振动方法，该方法的特点是重复切削次数大于1，并且对已加工表面反复熨压，打开了普通攻丝时封闭的切削区域，提高切削液的润滑效果；攻丝时脉冲切削和重复切削迫使在切屑表面形成薄弱环节，有利于切屑的折断。但其缺陷是：当丝锥再次进入切削区时不可避免和工件相撞击，极易导致丝锥崩刃。第二种是步进式振动攻丝方法，步进电机采用“进—停—进—停”的振动方法，该方法的特点是重复切削次数等于1且断续切削，可避免由于分离式振动攻丝时丝锥切削刃和加工表面相撞击而导致丝锥崩刃。但其缺陷是：由于重复切削次数等于1，并未打开封闭的切削区域，润滑和断屑效果较差，容易导致切屑堵塞，影响加工过程的顺利进行。

发明内容

本发明的目的是为克服上述分离式振动攻丝方法和步进式振动攻丝方法的不足，提供了一种复合式振动攻丝方法，结合了分离式振动攻丝方法和步进式振动攻丝方法的优点。

本发明采用的技术方案是：

(A)在单片机控制系统中引入ISP技术，通过ISP串行接口电路实现控制程序的在线下载，输入步进电机频率、前进步数、停止步数、后退步数；

(B)步进电机在每个振动周期内输出的脉冲数为：进N1-停N2-退N3-停N4-进N5-停N6，其中N3＝N1+N5；

(C)当步进电机发出N1个脉冲时，丝锥开始切削工件，当发出N3个脉冲时丝锥反转退出切削区，

(D)当步进电机再次发出N5个脉冲时，丝锥重新正转进入切削区，此时丝锥切削刃即将进入切削区时时间停止，并保持N6个脉冲的时间，之后进入下一个切削周期。

本发明的有益效果是由单片机控制系统控制步进电机的进给，步进电机带动丝锥动作，包括如下步骤：

1、复合式振动攻丝机床是由普通钻床改进而成。其机床制作方便，成本低，控制方便。

2、通过振动攻丝机床单片机控制系统发出“进-停-退-停-进-停”的振动方式来控制步进电机的运动，并利用螺纹自导的方法实现复合式振动攻丝，有效保护了丝锥切削刃，提高了丝锥的使用寿命；在对难加工材料进行攻丝时优势尤为明显，具有良好的工程应用前景。

3、直接在上位机进行编程并借助ISP下载软件，控制系统易于更新控制程序，可实现振动攻丝加工中的中断回退、参数记忆和多种振动方式，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程，无需从电路板上取下器件，提高了攻丝效率，实现攻丝过程控制和处理攻丝过程中突发因素的能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为复合式振动攻丝机结构图；

图2为复合式振动攻丝方法的控制系统原理简图。

图3为单片机的控制系统原理图。

1为步进电机，2为单片机控制系统，3为扭矩传感器，4为丝锥，5为底座，6为床身7为单片机，8为键盘，9为显示器，10为控制电路，11为ISP接口电路，12为电源，13为步进电机驱动器，14为上位机，15为控制数码管的三极管

具体实施方式

如图1所示，振动攻丝系统有以下几个部分组成，步近电机1、控制系统2、扭矩传感器3、丝锥4、底座5和床身6组成。步进电机1在微机的控制下，按照实际要求，输入频率、前进步数、停止步数、后退步数带动主轴振动，同时，丝锥4实现特定的的振动方式。扭矩传感器3与丝锥4直接相连，则可以准确测出扭矩值，并在扭矩仪上显示。

如图2所示，控制系统2由AT89S51单片机7、键盘8、显示器9、控制电路10、ISP串行接口电路11、电源12、步进电机驱动器13、上位机14和控制数码管的三极管15组成。由电源12向控制系统供电，通过ISP电路11从上位机14下载程序到单片机7，通过键盘8和控制电路10输入控制信号到控制系统，单片机发出控制信号到步进电机控制器13而实现对步进电机的控制，加工过程和参数的输入可以由4个共阳极数码管组成的显示器9来显示。控制数码管的三极管15是为了保证数码管的亮度。

复合式振动攻丝采用“进-停-退-停-进-停”的振动方式，由AT89S51单片机控制步进电机在每个振动周期内输出的脉冲数为：进N1-停N2-退N3-停N4-进N5-停N6，其中N3＝N1+N5。当步进电机发出N1个脉冲时，丝锥开始切削工件，当发出N3个脉冲时丝锥反转退出切削区，当步进电机再次发出N5个脉、冲时丝锥重新正转进入切削区，由于N5＝N3-N1，所以此时丝锥切削刃即将进入切削区时时间停止，并保持N6个脉冲的时间，之后进入下一个切削周期。此外，由于步进电机微机控制卡功能有限，在进行实际加工过程中往往需要对攻丝程序更新程序，为了实现单片机在线编程，本发明在单片机控制系统中引入ISP技术，通过ISP串行接口电路实现控制程序的在线下载，输入步进电机频率、前进步数、停止步数、后退步数。

按上述复合式振动攻丝方法，本发明具体实施方法如下：利用具有ISP功能的控制系统，通过上位机修改程序实现振动攻丝控制程序的自动下载，并利用图3中单片机的P3.0口和P3.1口输出的脉冲信号和方向电平信号，实现对130BYG202步进电机的控制，进而实现多种振动攻丝的振动方式。ISP功能是利用图3中PAT89S51单片机的P1.5和P1.6的串行数据输入和串行数据输出功能实现上位机程序的自动下载。将AT89S51的这种功能引入到振动攻丝的控制系统，能够充分实现振动攻丝控制程序的在线下载，为复合式振动攻丝机控制系统的升级提供了便利的条件，同时也为丝锥在不同振动方式下的试验效果对比提供了试验保障。

在振动攻丝机床上进行复合式振动攻丝和分离式振动攻丝试验，切削条件如下：试验参数：振动频率选用50HZ，复合式振动攻丝的振动方式为进2-停2-退25-停2-进25-停2；使用M6×1高速钢丝锥，用普通的机油润滑，M6采用10mm厚的SUS304不锈钢板，底孔直径

。加工结果表明，采用分离式振动方式时，丝锥加工第二个孔加工，丝锥切削齿表面已经明显发生了的破损现象，并在加工到第四个孔时破损加剧，其原因是因振动攻丝采用分离式振动方式时，重新进入切削区时切削速度较快，导致对切削刃具有很大的冲击动能。和分离式振动方式相比，当振动攻丝采用步进式振动方式时排屑效果和润滑效果较差，所以在攻第四个孔时丝锥和丝锥夹头之间开始打滑，丝锥出现磨损和崩刃现象，然而通过在攻第四个孔时对比，振动攻丝在步进式振动方式下丝锥磨损和破损程度比分离式振动方式要小，可见减小进入切削区时的切削速度有利于提高丝锥的寿命。采用本发明时从丝锥切削刃的磨损和破损情况可知，从加工第二个孔到第四个孔时丝锥切削刃并无明显的磨损或破损情况出现，可见，在保持一定重复切削次数的基础上减小丝锥重新进入切削区时作用在丝锥切削刃上的冲击动能，保证加工过程顺利进行的同时有效的提高了丝锥的寿命。

Claims (1)

1、一种复合式振动攻丝方法，由单片机控制系统(2)控制步进电机(1)的进给，步进电机(1)带动丝锥(4)动作，其特征是包括如下步骤：

(A)在单片机控制系统(2)中引入ISP技术，通过ISP串行接口电路实现控制程序的在线下载，输入步进电机(1)频率、前进步数、停止步数、后退步数；

(B)步进电机(1)在每个振动周期内输出的脉冲数为：进N1-停N2-退N3-停N4-进N5-停N6，其中N3＝N1+N5；

(C)当步进电机(1)发出N1个脉冲时，丝锥(4)开始切削工件，当发出N3个脉冲时丝锥(4)反转退出切削区；

(D)当步进电机(1)再次发出N5个脉冲时，丝锥(4)重新正转进入切削区，此时丝锥切削刃即将进入切削区时时间停止，并保持N6个脉冲的时间，之后进入下一个切削周期。

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