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 |
|---|---|---|---|
| M6×1.0 | 1.0 | F500 | F1.0 |
| M8×1.25 | 1.25 | F625 | F1.25 |
| M10×1.5 | 1.5 | F750 | F1.5 |
| M12×1.75 | 1.75 | F875 | F1.75 |
G84 在一个孔中的动作
- 从初始点快速下降到 R 点。丝锥在 R 点时必须已经正转(
M03)。 - 以指定的 F 从 R 点进给到孔底
Z。 - 在孔底主轴停止并改为反转。
- 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。
- 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。