一種復合式振動攻絲方法技術

本發明專利技術公開了一種復合式振動攻絲方法，由單片機控制系統控制步進電機的進給，步進電機帶動絲錐動作，在單片機控制系統中引入ＩＳＰ技術，通過ＩＳＰ串行接口電路實現控制程序的在線下載，輸入步進電機頻率、前進步數、停止步數、后退步數；通過單片機控制系統發出“進－停－退－停－進－停”的振動方式來控制步進電機的運動，之后進入下一個切削周期，本發明專利技術成本低，控制方便，有效保護了絲錐切削刃，提高了攻絲效率，實現攻絲過程控制和處理攻絲過程中突發因素的能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機械加工中的振動攻絲方法。
技術介紹
振動攻絲是在絲錐和工件的相對運動上疊加一個有規律的可控振動，從而形成脈沖切 削，達到去除金屬，形成內螺紋表面的目的。它將傳統攻絲的連續切削變為斷續切削，形 成了新的切削機理。對于采用步進電機作為振動攻絲動力源和振源的振動攻絲系統來說， 不同的振動方式是靠前進脈沖數、前進完畢停止脈沖數、后退脈沖數和后退停止脈沖數的 組合來實現，目前常用的振動攻絲方法有兩種， 一種是分離式振動攻絲方法，步進電機采 用"進一停一退一停"的振動方法，該方法的特點是重復切削次數大于1，并且對已加 工表面反復熨壓，打開了普通攻絲時封閉的切削區域，提高切削液的潤滑效果；攻絲時脈 沖切削和重復切削迫使在切屑表面形成薄弱環節，有利于切屑的折斷。但其缺陷是當絲 錐再次進入切削區時不可避免和工件相撞擊，極易導致絲錐崩刃。第二種是步進式振動攻 絲方法，步進電機采用"進一停一進一停"的振動方法，該方法的特點是重復切削次數等 于1且斷續切削，可避免由于分離式振動攻絲時絲錐切削刃和加工表面相撞擊而導致絲錐 崩刃。但其缺陷是由于重復切削次數等于1，并未打開封閉的切削區域，潤滑和斷屑效 果較差，容易導致切屑堵塞，影響加工過程的順利進行。
技術實現思路
本專利技術的目的是為克服上述分離式振動攻絲方法和步進式振動攻絲方法的不足，提供 了，結合了分離式振動攻絲方法和步進式振動攻絲方法的優點。本專利技術采用的技術方案是(A) 在單片機控制系統中引入ISP技術，通過ISP串行接口電路實現控制程序的在線 下載，輸入步進電機頻率、前進步數、停止步數、后退步數；(B) 歩進電機在每個振動周期內輸出的脈沖數為進N1-停N2-退N3-停N4-進N5-停 N6，其中N3,1+N5;(C) 當步進電機發出N1個脈沖時，絲錐開始切削工件，當發出N3個脈沖時絲錐反轉 退出切削區，(D) 當步進電機再次發出N5個脈沖時，絲錐重新正轉進入切削區，此時絲錐切削刃 即將進入切削區時時間停止，并保持N6個脈沖的時間，之后進入下一個切削周期。本專利技術的有益效果是由單片機控制系統控制步進電機的進給，步進電機帶動絲錐動作， 包括如下步驟1、 復合式振動攻絲機床是由普通鉆床改進而成。其機床制作方便，成本低，控制方便。2、 通過振動攻絲機床單片機控制系統發出"進-停-退-停_進-停"的振動方式來控制 歩進電機的運動，并利用螺紋自導的方法實現復合式振動攻絲，有效保護了絲錐切削刃， 提高了絲錐的使用壽命；在對難加工材料進行攻絲時優勢尤為明顯，具有良好的工程應用 前景。3、 直接在上位機進行編程并借助ISP下載軟件，控制系統易于更新控制程序，可實現 振動攻絲加工中的中斷回退、參數記憶和多種振動方式，已經編程的器件也可以用ISP方 式擦除或再編程，無需從電路板上取下器件，提高了攻絲效率，實現攻絲過程控制和處理 攻絲過程中突發因素的能力。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明。 圖1為復合式振動攻絲機結構圖； 圖2為復合式振動攻絲方法的控制系統原理簡圖。 圖3為單片機的控制系統原理圖。l為進電機，2為單片機控制系統，3為扭矩傳感器，4為絲錐，5為底座，6為床身 7為單片機，8為鍵盤，9為顯示器，IO為控制電路，ll為ISP接口電路，12為電源，13為 步進電機驅動器，14為上位機，15為控制數碼管的三極管 具體實施例方式如圖l所示，振動攻絲系統有以下幾個部分組成，步近電機l、控制系統2、扭矩傳感 器3、絲錐4、底座5和床身6組成。步進電機l在微機的控制下，按照實際要求，輸入頻 率、前進歩數、停止步數、后退步數帶動主軸振動，同時，絲錐4實現特定的的振動方式。 扭矩傳感器3與絲錐4直接相連，則可以準確測出扭矩值，并在扭矩儀上顯示。如圖2所示，控制系統2由AT89S51單片機7、鍵盤8、顯示器9、控制電路10、 ISP 串行接口電路11、電源12、步進電機驅動器13、上位機14和控制數碼管的三極管15組 成。由電源12向控制系統供電，通過ISP電路11從上位機14下載程序到單片機7，通過 鍵盤8和控制電路10輸入控制信號到控制系統，單片機發出控制信號到步進電機控制器 13而實現對步進電機的控制，加工過程和參數的輸入可以由4個共陽極數碼管組成的顯示 器9來顯示。控制數碼管的三極管15是為了保證數碼管的亮度。復合式振動攻絲采用"進-停-退-停-進-停"的振動方式，由AT89S51單片機控制步 進電機在每個振動周期內輸出的脈沖數為進N1-停N2-退N3-停N4-進N5-停N6，其中 N3=N1+N5。當步進電機發出Nl個脈沖時，絲錐開始切削工件，當發出N3個脈沖時絲錐反 轉退出切削區，當步進電機再次發出N5個脈、沖時絲錐重新正轉進入切削區，由于 N5=N3-Nl，所以此時絲錐切削刃即將進入切削區時時間停止，并保持N6個脈沖的時間，之 后進入下一個切削周期。此外，由于步進電機微機控制卡功能有限，在進行實際加工過程 中往往需要對攻絲程序更新程序，為了實現單片機在線編程，本專利技術在單片機控制系統中 引入ISP技術，通過ISP串行接口電路實現控制程序的在線下載，輸入步進電機頻率、前 進步數、停止步數、后退步數。按上述復合式振動攻絲方法，本專利技術具體實施方法如下:利用具有ISP功能的控制系統， 通過上位機修改程序實現振動攻絲控制程序的自動下載，并利用圖3中單片機的P3.0 口和 P3.1 口輸出的脈沖信號和方向電平信號，實現對130BYG202步進電機的控制，進而實現 多種振動攻絲的振動方式。ISP功能是利用圖3中PAT89S51單片機的Pl. 5和Pl. 6的串 行數據輸入和串行數據輸出功能實現上位機程序的自動下載。將AT89S51的這種功能引入 到振動攻絲的控制系統，能夠充分實現振動攻絲控制程序的在線下載，為復合式振動攻絲 機控制系統的升級提供了便利的條件，同時也為絲錐在不同振動方式下的試驗效果對比提 供了試驗保障。在振動攻絲機床上進行復合式振動攻絲和分離式振動攻絲試驗，切削條件如下試驗 參數振動頻率選用50HZ，復合式振動攻絲的振動方式為進2-停2-退25-停2-進25-停2; 使用M6X1高速鋼絲錐，用普通的機油潤滑，M6采用10mm厚的SUS304不銹鋼板，底孔直 徑05。加工結果表明，采用分離式振動方式時，絲錐加工第二個孔加工，絲錐切削齒表面 已經明顯發生了的破損現象，并在加工到第四個孔時破損加劇，其原因是因振動攻絲采用 分離式振動方式時，重新進入切削區時切削速度較快，導致對切削刃具有很大的沖擊動能。 和分離式振動方式相比，當振動攻絲采用步進式振動方式時排屑效果和潤滑效果較差，所 以在攻第四個孔時絲錐和絲錐夾頭之間開始打滑，絲錐出現磨損和崩刃現象，然而通過在 攻第四個孔時對比，振動攻絲在步進式振動方式下絲錐磨損和破損程度比分離式振動方式 要小，可見減小進入切削區時的切削速度有利于提高絲錐的壽命。采用本專利技術時從絲錐切 削刃的磨損和破損情況可知，從加工第二個孔到第四個孔時絲錐切削刃并無明顯的磨損或 破損情況出現，可見，在保持一定重復切削次數的基礎上減小絲錐重新進入切削區時作用 在絲錐切削刃上的沖擊動能，保證加工過程順利進行的同時有效的提高了絲錐的壽命。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合式振動攻絲方法，由單片機控制系統（２）控制步進電機（１）的進給，步進電機（１）帶動絲錐（４）動作，其特征是包括如下步驟：　（Ａ）在單片機控制系統（２）中引入ＩＳＰ技術，通過ＩＳＰ串行接口電路實現控制程序的在線下載，輸入步進電機（１）頻率、前進步數、停止步數、后退步數；　（Ｂ）步進電機（１）在每個振動周期內輸出的脈沖數為：進Ｎ１－停Ｎ２－退Ｎ３－停Ｎ４－進Ｎ５－停Ｎ６，其中Ｎ３＝Ｎ１＋Ｎ５；　（Ｃ）當步進電機（１）發出Ｎ１個脈沖時，絲錐（４）開始切削工件，當發出Ｎ３個脈沖時絲錐（４）反轉退出切削區；　（Ｄ）當步進電機（１）再次發出Ｎ５個脈沖時，絲錐（４）重新正轉進入切削區，此時絲錐切削刃即將進入切削區時時間停止，并保持Ｎ６個脈沖的時間，之后進入下一個切削周期。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王貴成，朱金輝，曲海軍，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：32[中國|江蘇]