数控车床按数控系统的功能和机械构成可分为简易数控车床、多功能数控车床和数控车削中心。数控车削中心是在普通数控车床刀塔上增加动力头，除了可以车削，还可以进行铣、钻、扩、铰及攻螺纹等加工。利用数控车削中心进行零件加工，只需一次装夹，就可完成多种加工，加工集成度较高，但缺点是机床价格较贵。
1. 问题提出
缓速器部件之一花键轴，如图1所示，在初期建立生产线制定加工方案时，设计用数控车削中心分两道工序进行零件的车、铣和钻孔攻螺纹加工。加工工序为精车一端→铣槽→精车另一端→钻孔攻螺纹。
图1 花键轴
此生产线加工的产品有花键轴、法兰盘及空心轴等，是一条混合生产线。由于初期设计产能较低，因此生产线只订购了一台数控车削中心，并且配备三台普通数控车床，在实际使用中发现以下问题：
（1）按原有设计方案加工花键轴时，两道车削工序均在数控车削中心上完成，车削第一端时，生产线处于停线等待状态，生产率极低。
（2）由于两道工序使用的夹具、刀具不同，工序切换时需要更换夹具和刀具，需要把主轴夹具由浮动三爪和浮动顶尖更换为自定心卡盘，并且由于刀塔上刀座数量有限，需要更换部分刀具，这期间生产线也处于停线等待状态。
（3）线上的三台普通数控车床闲置。
（4）精车一端完的产品在数控车削中心堆积，造成整条生产线物流不畅。
2. 解决方案
（1）新方案的提出。基于螺纹孔中心在花键轴中心线上，并且数控车床刀塔的镗刀座中心在X轴方向移动时经过主轴中心，因此可以考虑利用变径套将钻头和丝锥安装在镗刀座上，使用普通数控车床对花键轴一端的中心螺纹孔进行钻孔攻螺纹加工。
三台普通数控车床使用的数控系统均为FANUC系统。
FANUC系统的G代码中有用于钻孔循环的指令代码G74/G83，用于攻螺纹循环的指令代码G84。
经过试验，这三个代码都可以用于车床。
对于此花键轴的加工重新制定加工方案，在数控车削中心上车一端、铣槽，在普通数控车床上车另一端、钻孔攻螺纹。
（2）夹具刀具的选择与安装。在普通数控车床上车另一端、钻孔攻螺纹时，选用的夹具为软三爪和尾顶尖。内螺纹尺寸为M16×1.5-7H，选择刀具时，钻头选用直径14mm的直柄麻花钻， 丝锥选用通用柄机用丝锥M16×1.5-H3，安装时用相应直径的变径套将钻头和丝锥分别固定在镗孔刀座上，如图2、图3所示。
图2 麻花钻安装图
图3 丝锥安装图
（3）加工程序。钻孔加工时，没有使用钻孔循环G代码指令G74/G83，而是使用G01直线插补指令，这也是钻孔加工可用的另一种编程方法，示例程序如下：
M01； （程序选择性暂停指令，作用是主轴停止转动）
T0202； （更换为2号刀具2号刀补，本程序2号刀具对应钻头）
M08； （切削液开启）
M03 S1000； （主轴正转，转速1 000r/min）
G0 X0. Z5. ； （快速定位到坐标（0.5））
G01 Z-30. F0.1； （刀具在Z轴方向直线进给到－30mm，进给速度0.1mm/r）
G04 X1.； （暂停进给1s，光整加工）
G0 Z50. （快速退到Z轴方向50mm处）
攻螺纹的加工示例程序如下，使用攻螺纹循环G84指令代码进行编程：
M01； （程序选择性暂停指令，作用是主轴停止转动）
T0404； （更换为4号刀具4号刀补，本程序4号刀具对应丝锥）
M08； （切削液开启）
M03； （主轴正转）
G0 Z50. ； （快速定位到Z轴方向50mm处）
X0.； （快速定位到X轴方向0mm处）
Z5.； （快速定位到Z轴方向5mm处）
M29 S61； （刚性攻螺纹指令，控制主轴的旋转和Z轴进给同步，设定主轴转速61r/min）
G84 X0. Z-46. F1.48； （攻螺纹到Z轴方向－46mm处，螺距为1.48mm）
G0 Z100.
注意如果是攻左旋螺纹的时候， 要把程序中的M03改成M04。使用G84指令时，攻螺纹到Z轴设定位置，主轴会自己反转退出，主轴的进给速度F=S（主轴转速）×P（螺距），由系统计算得到，系统自动控制主轴的旋转和Z轴进给同步。
关于钻孔循环的指令代码G74/G83，我们也做了探索。这两个指令除了在加工中心上使用外，在数控车床上也可以使用，G74指令更适合用于端面深孔钻削，在钻孔过程中可以设置钻头回退量。G83适用于高速深孔钻削，但要求钻头带中心出水，不然钻头在回退后快速进给时容易打刀。
3. 改进效果
现场使用上面的程序对花键轴的螺纹孔在普通数控车床上进行加工，使用效果良好，完全能满足工艺要求。使用此加工方案，主要有如下优势：
（1）改进后不需要停线等待，两道车削工序可同时进行。
（2）解决了频繁更换工装带来的效率低的问题 。
（3）提高了线上机床的利用率，可多利用一台普通车床，而在加工此零件时机床不会闲置，可以使生产线产能匹配，可用于批量较大的生产。
4. 车床加工内螺纹的其他方法
对于内螺纹的加工， 除了采用上面采用的加工方法，还可以使用车削螺纹的加工方法，例如使用G代码指令中单行程螺纹切削指令G32、螺纹切削多次循环指令G76、螺纹切削循环指令G92，选用合适的螺纹车刀来进行加工。但车削内螺纹对于内螺纹直径大小有限制，一般用于内螺纹直径较大的情况，在此我们不做过多讨论。
5. 结语
此方法具有可推广性，类似的螺纹孔中心在轴中心线上的零件，都可以使用此方法加工螺纹孔，而不仅局限在钻床或者加工中心上加工。
另外，FANUC系统是我公司使用最广泛的数控控制系统，它有很多循环指令可以简化编程，实现众多加工功能，合理的使用这些指令，能让我们的生产加工更高效、更优化。在产品加工中，如何用好现有设备，是节省成本，保证加工质量的重点，尽量选择简便合理的加工方案，有利于加工效率和加工质量的提高，同时可以减少生产成本。
来源：金属加工在线
