骨釘接螺紋的數(shù)控車(chē)削

李尚波 李景龍

（濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，濟(jì)南 250200）

骨釘接螺紋的數(shù)控車(chē)削

李尚波 李景龍

（濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，濟(jì)南 250200）

本文利用FANUC系統(tǒng)的G32連續(xù)螺紋切削功能，解決了接螺紋車(chē)削的切入切出問(wèn)題，從加工程序和機(jī)床參數(shù)兩方面入手，解決了相鄰兩段螺紋之間的接刀痕問(wèn)題，從而車(chē)削出合格的骨釘。

骨釘 接螺紋 編程指令 加工程序 機(jī)床參數(shù)

1 骨釘及其車(chē)削加工方法

骨釘是目前醫(yī)院對(duì)發(fā)生骨折的個(gè)例進(jìn)行斷骨接續(xù)手術(shù)用到的起連接和固定作用的螺釘，其特點(diǎn)是細(xì)長(zhǎng)（長(zhǎng)徑比一般都大于10），主要材料是特殊鈦合金。基于這樣的特點(diǎn)，再加上批量生產(chǎn)的限制，制造標(biāo)準(zhǔn)件采用的高效率的螺紋加工方法如搓絲等不能有效使用。目前，普遍采用的加工方法是在縱切數(shù)控車(chē)床上用接螺紋的方法車(chē)削骨釘。

圖1 縱切車(chē)床上車(chē)削棒料的工序示意圖

縱切數(shù)控車(chē)床的主軸后端配自動(dòng)送料器。棒料送入前端導(dǎo)套且其前端與導(dǎo)套前端齊平時(shí)送料完成，此時(shí)，棒料夾頭處于松開(kāi)狀態(tài)。然后，夾頭隨著主軸部件向-Z方向移動(dòng)，直到夾頭前方的棒料長(zhǎng)度略大于骨釘長(zhǎng)度。移動(dòng)到位后，夾頭夾緊。棒料前端由導(dǎo)套定心導(dǎo)向，排刀刀架布置于導(dǎo)套前端上方。上下進(jìn)刀方向?yàn)閄方向，排刀前后分布方向?yàn)閅方向。圖1為縱切車(chē)床上車(chē)削棒料的工序示意圖。車(chē)削時(shí)，+Z向進(jìn)給即夾頭夾緊棒料向?qū)淄馍斐觥＼?chē)削外圓特別是車(chē)削螺紋時(shí)，要經(jīng)過(guò)多次走刀，即棒料在導(dǎo)套內(nèi)要經(jīng)過(guò)多次進(jìn)退。必須保證棒料退到最后，即車(chē)刀回到上次走刀的起始點(diǎn)，留在導(dǎo)套內(nèi)未被車(chē)去的棒料外圓有足夠的導(dǎo)向長(zhǎng)度，故每次走刀所能車(chē)削的長(zhǎng)度就不可避免地受導(dǎo)套長(zhǎng)度的限制。因骨釘是細(xì)長(zhǎng)件，一次車(chē)削的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于骨釘長(zhǎng)度，故只能逐段車(chē)削。以長(zhǎng)度40mm的骨釘M4x1的車(chē)削為例，每段螺紋車(chē)削長(zhǎng)度6mm，前后引導(dǎo)長(zhǎng)度各2mm，安全距離2mm。每段車(chē)削時(shí)，先車(chē)出長(zhǎng)度8mm的螺紋外徑Φ4mm，再換刀車(chē)削該段螺紋M4x1。這樣逐段車(chē)出的螺紋依次相接形成完整的骨釘。這就是接螺紋車(chē)削的總體過(guò)程。

接螺紋車(chē)削必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。一是接螺紋的切入切出問(wèn)題。第二段及其后螺紋段車(chē)削的起始點(diǎn)和收尾點(diǎn)，一定要安排在工件實(shí)體之外，一方面避免切入時(shí)向著工件快速扎刀，另一方面避開(kāi)起始加速段和收尾減速段螺紋插補(bǔ)的不準(zhǔn)確性。二是消除相鄰兩段螺紋之間的接痕。接痕的實(shí)質(zhì)是前后兩段螺紋切出角和切入角之間的誤差，Z向定位誤差及動(dòng)態(tài)跟蹤誤差等，反映到螺紋上就是續(xù)接處的牙形過(guò)切或欠切。如果方法不當(dāng)，這種接痕將無(wú)法避免。為此，有廠商（如臺(tái)灣信代公司）在其車(chē)床的數(shù)控系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)出專(zhuān)門(mén)針對(duì)接螺紋的軟件，車(chē)削時(shí)使用專(zhuān)用的指令，解決了上述兩個(gè)問(wèn)題。然而，在普遍使用的FANUC Oi-TD系統(tǒng)上能否車(chē)削出合格的接螺紋呢？答案是肯定的。我們幫助山東新安凱科控科技有限公司在其配備Oi-TD的縱切車(chē)床上解決了該問(wèn)題，本文給出解決問(wèn)題的方法。

2 接螺紋車(chē)削的切入切出及其編程指令

慣用的螺紋車(chē)削循環(huán)指令G92、G76是不能用于接螺紋車(chē)削的。原因是這些循環(huán)的第一步入刀動(dòng)作都是快速移動(dòng)，單段螺紋車(chē)削編程時(shí)，總是把車(chē)螺紋的起始點(diǎn)安排在工件被加工表面之外，如圖2所示，而接螺紋時(shí)無(wú)法做到這一點(diǎn)，造成向著工件表面快速扎刀，這是不允許的。故G92、G76不適合用來(lái)進(jìn)行接螺紋的車(chē)削。

圖2 單段螺紋車(chē)削編程圖

適合于接螺紋車(chē)削的指令是G32。通過(guò)指令G32，可以車(chē)削直線螺紋、錐度螺紋以及漩渦形螺紋。而最重要的是可以用G32連續(xù)指令螺紋切削的程序段，在這些程序段的連接處，進(jìn)給控制始終保持與主軸的同步，從而規(guī)避了中間段螺紋車(chē)削時(shí)的起始和收尾問(wèn)題。且連續(xù)指令的螺紋形式可以不同，可以是直線螺紋，也可以是錐螺紋。這就是FANUC系統(tǒng)的G32連續(xù)螺紋切削功能，如圖3所示。利用這一功能，我們就可以在接螺紋時(shí)，在中間段螺紋的首尾各加一段錐螺紋作為接螺紋的切入和切出段（它們?cè)陂L(zhǎng)度方向與與前段螺紋和后續(xù)螺紋重合），把中間段接螺紋車(chē)削時(shí)的起始點(diǎn)和收尾點(diǎn)充分安排在工件被加工表面之外，從而保證切入時(shí)不會(huì)向工件表面快速扎刀，同時(shí)消除了起始加速和收尾減速對(duì)螺紋車(chē)削的影響。必須注意的是，切入切出的錐螺紋要采用和接螺紋要求相同的螺距，其長(zhǎng)度應(yīng)大于錐度，否則錐螺紋會(huì)變成漩渦（端面）螺紋而無(wú)法與前后段螺紋續(xù)接。這樣，接螺紋車(chē)削的切入切出問(wèn)題便迎刃而解。

圖3 G32連續(xù)螺紋切削

3 消除接螺紋的接刀痕

如前所述，接痕出現(xiàn)的根本原因是前后兩段螺紋切出切入角之間的誤差、Z向定位誤差及螺紋插補(bǔ)時(shí)的跟蹤誤差等。在數(shù)控加工中這類(lèi)誤差是不可避免的，但應(yīng)該減小到加工精度允許的范圍內(nèi)，在接螺紋車(chē)削中不能有明顯的接刀痕。我們從加工程序和機(jī)床參數(shù)兩方面入手解決該問(wèn)題。

3.1 程序中采取的措施

（1）在螺紋車(chē)削之前的程序段和螺紋收尾的程序段加入準(zhǔn)確停止方式指令（G61），使系統(tǒng)在相應(yīng)的程序段結(jié)束后進(jìn)行到位檢測(cè)，以確保刀具準(zhǔn)確到達(dá)螺紋車(chē)削的起始點(diǎn)和螺紋收尾的結(jié)束點(diǎn)。在螺紋車(chē)削開(kāi)始的程序段加入攻絲方式指令（G63），以避免連續(xù)螺紋車(chē)削中出現(xiàn)加速和減速。

（2）每次都從正向到達(dá)螺紋車(chē)削的起始點(diǎn)，以消除反向間隙對(duì)接螺紋的影響。

3.2 機(jī)床參數(shù)設(shè)置如下

（1）GQS[3451#0]設(shè)為1，就可以在程序中規(guī)定螺紋車(chē)削的起始角度，以確保螺紋車(chē)削從主軸的0°角開(kāi)始。

（2）各軸加減速類(lèi)型[1610]應(yīng)一致，統(tǒng)一采用鈴型加減速。

（3）各軸到位寬度[1826]盡可能精確，設(shè)為20μm，以達(dá)到準(zhǔn)確停止方式指令的效果。

（4）各軸位置環(huán)增益[1825]盡可能提高，設(shè)為12 000，以最大程度減小螺紋插補(bǔ)時(shí)的跟蹤誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)和總結(jié)，終于在Oi-TD縱切數(shù)控車(chē)床上車(chē)生產(chǎn)出合格的接螺紋。

Bone Stitch Thread CNC Turning

LI Shangbo, LI Jinglong
(Jinan Engineering Vocational College,Jinan 250200)

Bone screw is used to fix and link the broken pieces of a bone in hospital surgery. It is made by joint screw turning on numerical controlled vertical cutting lathes. Smoothly cutting in and cutting out and eliminating miss connecting are the key points in joint screw turning. Smoothly cutting in and cutting out can be obtained with the continuous sc rew cutting of G32 function in FANUC NC system. And s crew miss connecting can be s ettled by particular NC programming and machine parameter setting

pegs, then threaded programming instructions, processing program, machine parameters