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G84 攻丝循环:为什么进给 F 要与转速和螺距匹配,以及刚性攻丝

以 M8×1.25 三孔示例说明:在加工中心 G84 攻丝循环中为什么必须遵守 F = S × 螺距的关系,浮动攻丝与刚性攻丝(M29)的区别,以及攻丝孔深和 R 点的设置。

攻丝进给必须匹配螺距的原因

钻头的转速和进给可以在一定程度上自由调整。但丝锥的刃本身就是螺纹形状,每转一圈必须恰好前进一个螺距。这个关系一旦错位,丝锥就会自己挤坏刚攻出的螺纹或被拉扯,严重时会在孔内折断。折断的丝锥很难取出,往往只能把整个零件报废。

因此,攻丝循环的进给不是“适当的值”,而是由计算决定的值。每分钟进给(G94)时 F = S × 螺距,每转进给(G95)时 F = 螺距。

丝锥规格螺距S500 时的 F(G94)G95 时的 F
M6×1.01.0F500F1.0
M8×1.251.25F625F1.25
M10×1.51.5F750F1.5
M12×1.751.75F875F1.75

G84 在一个孔中的动作

  1. 从初始点快速下降到 R 点。丝锥在 R 点时必须已经正转(M03)。
  2. 以指定的 F 从 R 点进给到孔底 Z。
  3. 在孔底主轴停止并改为反转。
  4. 以相同的 F 退回 R 点。这是在反转状态下沿螺纹旋出的动作。
  5. 主轴恢复正转;若为 G98,则升到初始点。

示例路径

图中每个孔沿同一条线下去又上来的短垂直移动,就是丝锥的进入和退出。与 G83 不同,中间没有退出的锯齿形,因为丝锥基本上是一次攻到孔底。

以 S500、F625 在三个孔中攻 M8×1.25 螺纹

O3001
T6 M6
G21 G90 G17 G94
G54
S500 M03
G00 X10. Y10. Z30.
G43 H6 Z30.
G99 G84 X10. Y10. Z-15. R5. F625
X30.
G98 X50.
G80
G00 Z100.
M30
以 S500、F625 在三个孔中攻 M8×1.25 螺纹 — XY 路径XY
浅蓝虚线表示G00快速移动,橙色实线表示切削移动。圆弧以计算后的静态曲线展开。

上图是CNC Path Analyzer对该程序的解析结果 (快速移动 8 段, 直线切削 6 段).

浮动攻丝与刚性攻丝

过去的机床无法让主轴旋转与 Z 向进给完全同步,所以使用浮动攻丝夹头,夹头内装有弹簧,丝锥可以前后稍微移动。进给稍快或稍慢,弹簧都能吸收差值。但在孔底主轴停止并反转期间,丝锥会因惯性继续进入,所以深度偏差较大。

现代加工中心大多支持刚性攻丝。通过主轴编码器读取旋转角度,使 Z 轴精确同步移动,所以可以使用刚性夹头,深度也准确。FANUC 系列一般在 G84 之前的程序段中写 M29 S_ 开启刚性模式,有些机型也可以通过参数让 G84 本身以刚性方式运行。

项目浮动攻丝刚性攻丝
夹头靠弹簧轴向浮动固定式(弹簧夹头、强力铣夹头)
同步精度由夹头吸收误差由控制器按角度同步
深度精度低(孔底惯性)高
指令示例G84 ...M29 S500 之后 G84 ...
高速攻丝困难可以(视机床性能而定)

如何设定攻丝深度和 R 点

丝锥前端的几牙被磨成锥形,不能形成完整的螺纹。这一不完整部分的长度因丝锥种类而异,盲孔用丝锥(1.5~2 牙)与通孔用丝锥(5 牙左右)差别很大。如果需要 12 mm 有效螺纹深度,且使用 2 牙的丝锥,就要加上 1.25 × 2 = 2.5 mm,指令 Z-14.5 左右;底孔还必须钻得更深,丝锥前端才不会碰到孔底。

R 点一般设得比钻孔时稍高。示例中的 R5. 是为了让丝锥完成加速、以稳定的同步状态进入孔而留出的余量。太低,第一牙会不稳定地咬入;太高,空走时间会增加。

攻丝循环检查清单

  • 底孔直径:M8×1.25 粗牙螺纹一般为 Ø6.8。底孔小了,丝锥负荷会急剧增加。
  • F 的计算:改了 S,F 是否也一起改了?只提高转速而 F 保持不变,是最常见的错误。
  • 旋转方向:右旋螺纹在 M03 状态下用 G84,左旋螺纹用 G74(反攻丝循环)。
  • 孔底余量:丝锥前端 Z 与钻孔底部之间是否至少还留有 1~2 牙以上?
  • 切削液:攻丝是摩擦很大的工序,是否供给切削液(M08)会直接影响寿命。

常见问题

G84 中可以用 Q 进行啄式攻丝吗?
部分控制器在刚性攻丝中指定 Q 时,支持分段进出的啄式攻丝。用于深孔攻丝或切屑容易缠绕的材料,但需要按机型设置参数,请查阅手册。
车床上也用 G84 吗?
车床的端面攻丝有时也使用同一个 G84 编号,但地址含义和 R 的解释可能不同。把同一程序移到车床上时,需要重新确认循环格式。

后续步骤

在CNC Path Analyzer中检查路径