車牙與攻牙

文章日期：2008-01-21 15:10

車牙

Fanuc控制器所車牙的NC碼計有G32、G92、G76三種，請參考http://tw.myblog.yahoo.com/cu01joe/article?mid=1526&prev=2128&next=1497&l=f&fid=18

公制螺紋的牙距皆是有限小數，所以F值很好給定，

但是若是遇到英制牙，英制牙的牙距通常有很多的小數點，或是不能整除…

舉例來說 : 錐度管螺紋PT1/8-28， 此"1/8"是指此螺紋的公稱直徑是1/8英吋， 而"28"則是指每一英吋(25.4mm)的軸長有28牙，故其牙距為：

1(英吋)/28 = 25.4(mm)/28=0.907142857142857142...(mm)，

切削加工所講的"轉速"有兩種說法：

一、米速(m/min)，或稱切削米速，英文代號是V，在物理學上言是線速度的一種，指的是每分鐘多少公尺，

二、轉速(rev/min)，代號是RPM，英文代號是N，那是每分鐘多少轉的意思，在物理學上言是角速度的一種，

V與N的換算公式是  V= 3.14*D*N/1000，(D是指旋轉之直徑)

車英制牙時如果用內定的G99 ，F值就是主軸轉速與刀座互鎖匹配，此時F之單位為mm/rev，不過如此一來，會有累積誤差，譬如F=0.907141....四捨五入後變F=0.907 那麼每車一牙就有0.00014的誤差，每10牙就有0.0014的誤差，依此類推…

車英制牙時如果用G98 ，F值是刀座自跑自的，與主軸無關，所以要自己算F，譬如主軸1000RPM，則F=0.907142857*1000=907.1428571，這時一樣會遇到四捨五入的問題，誤差還在…

差一條有時是無傷大雅，就看車牙的精密等級而定了，但若要精確車出這類具有無線小數之牙距，除了進給F需改採G98 每分鐘進給來車之外，對於S及F也應做牙數的倍數化設計才行，舉上面之例來說，一英吋28牙的螺紋，若隨便取一個S，例如採用S=500RPM來說，則 :

F = S*P = 500*0.9071428571428571... = 453.571428571428571428571... ，取F =454.571，這樣一來還是誤差很大，所以這S最好是採牙數的倍數，以每一英吋28牙為例子來說明，假設S採28的40倍來算，可得28*40=1120，即S採用1120 RPM，
而進給F = S*P = 1120*0.9071428571428571...=1016，如此一來，這F就不留小數存在，也就不會有捨去小數點的問題，而這1016的意思就是說車刀每分鐘移動1016mm，又因為我們以G97S1120來車，所以主軸每分鐘旋轉1120轉，也就是說工件每分鐘旋轉1120轉，那麼以一分鐘為例，牙刀移動1016mm，工件旋轉1120轉，所以牙距(單線螺紋)就是 : 1016/1120=0.907142857142857...
如此一來就沒有因取整數而產生誤差的問題，不過，剛所舉的例子是用40倍來乘牙數，這可不是一成不變的，比較保險的做法是：用V=10m/min來算出大概的主軸的RPM，以這個PT1/8-28的螺紋來說，先算出主軸轉速N = 1000*V/(3.14*D) = 1000*10/(3.14*25.4/8) = 1003 (RPM)，然後再來想牙數的多少倍可接近1003RPM？於是把1003/28 = 35.8，取牙數的35倍來算則可得S=28*35=980 RPM，並重算F=S*P = 980*0.9071428571428571...=889(mm/min)這樣做比較保險，或者您也可以取S為牙數的36倍來算也可得到整數的F。
行文至此，或許讀者會有疑問 : 既然F不許誤差，那麼上述的S或V為甚麼允許誤差?或者PT牙是錐度牙，那個1/8並不是最小徑或是最大徑，取1/8來代入N=1000*V/(3.14*D)，這樣對嗎?其實這些誤差並不會影響加工精度，所以是無傷大雅的，更何況打從V以10m/min來說，也不是個絕對數字，用12也可，15也無傷，那麼從這算下去所得到的S的誤差，甚至比改變牙直徑1/8所得的誤差還大，所以無需花費太多精神在取這些不影響精度值的參數，只要不太離譜就好。

攻牙
車牙只要算好S及F就大致沒問題了，不過攻牙可沒那麼簡單，攻牙的方法很多種，當攻牙的牙徑越小，深度越深時，攻牙的難度也就越高，除了在孔端入口處要先倒角之外，要考慮的因素包括：
1.卡屑的問題 : 考慮改用無屑攻牙或加大鑽孔直徑、或攻牙方式。
2.摩擦阻力問題 : 提升S、改變切削劑、使用不同攻牙法…。
3.牙攻夾持偏擺的問題 : 牙攻夾持的位置須對正主軸的中心，其校正的方法請參考http://tw.myblog.yahoo.com/cu01joe/article?mid=1803&prev=2255&next=1773&l=f&fid=9。
4.積熱的問題 : 降低S、加大鑽孔直徑…。
5.牙攻種類的問題 : 絲攻不同的刀角、溝槽形狀，鍍層、材質可降低攻牙的磨擦阻力。
6. 攻牙法的問題 : 撓性攻牙或是剛性供攻牙。
7.深孔攻牙  : 牙攻深時會放大攻牙阻力，並放大夾持偏擺所造成的不良效應，因此，深孔攻牙的牙攻，其螺紋部位不要太長，如圖所示

如果牙攻斷掉時要仔細觀察，大概是牙攻轉進工件幾圈時才斷掉？如果是一進去沒多久就斷，有可能是牙攻沒對準？或是鑽的孔有歪掉？如果是進去好幾牙(ex:8牙以上)才斷掉，那再來想這扭力過大的原因，深孔攻牙時要估量一下攻牙深度是牙距的幾倍，若是攻牙深度大於15倍牙深，一定有卡削的問題，能用無削絲攻是最好，大於20倍的牙深，除了卡削之外，還有一個接觸牙數的問題，由於很多牙接觸，扭力增加，絲攻容易扭斷，所以選用的絲攻的牙數要少， 10來牙是最好，再來就是要分段攻牙，第一次攻10牙深，再來每攻3牙，就要退一次再攻，請參考http://www.centroidcnc.com/cncvideo/video_ridgidtap.html。

撓性攻牙(使用具有軸向補償的攻牙器)

對於鐵、鋼或是更硬的材料，若採撓性攻牙行之，牙攻進給F通常打八-九折並使用具有軸向補償的攻牙器來補償打折掉的牙距，而退刀時F可打九折不打折，不過，對於加工鉛鋁之類的軟材，那最好進刀退刀F都不打折，如果攻牙距離短，甚至也可不要用具有軸向補償的撓性攻牙器。

CNC車床撓性攻牙G99範例:(使用軸向補償的攻牙器)
公制螺紋M8X1.25之程式寫法
.................
G99G97 S600  M03;(S=600RPM)
G00 X0. Z5.;
M08;
G32 Z-12.0 F1.25 ;;(若打點折, 也可寫F1.06)
M05;
G04 X5.0;(主軸暫停5秒以確保完全停止)
G32 Z5.0 F1.25 M04;(主軸反轉退出螺絲攻)
G28U0W0;
M01;


CNC車床撓性攻牙G98範例:(使用軸向補償的攻牙器)
公制螺紋M8X1.25之程式寫法
..............
G98 G97 S600  M03;(S=600RPM)
G00 X0. Z5.;
M08;
G32 Z-12.0 F750;(牙攻每分鐘移動750mm,即F=S*P=600*1.25=750, 若打八五折, 也可寫F638)
M05;
G04 X5.0;(主軸暫停5秒以確保完全停止)
G32 Z5.0 F750M04;(主軸反轉退出螺絲攻)
G28U0W0;
M01;

剛性攻牙
剛性攻牙真正的涵意是同步(synchronized)攻牙，也就是牙攻的前進與主軸的旋轉，兩者間進入精密的互鎖狀態，所以，剛性攻牙時，轉運動跟軸向之直線運動完全依照螺紋的導程來行走，在NC程式裡的攻牙之進刀退刀F都不打折，也不需軸向補償的攻牙器(浮動攻牙可以打九折，其差值由撓性攻牙器來補長)，也不需使用具有軸向補償的撓性攻牙器，有些CNC機台把剛性攻牙當做是選配的，其程式寫作以G84行之，並以M29代替M03，退刀部份的程式不用寫，G84攻倒底後會自行退刀，不過也要把機台內的參數做設定，請參考：http://www.or.com.tw/service/technology/cgi-bin/Alarm/cnc/200032.html 之設定，才能有效使用M29。
使用G84完後，應以G80取消其功能，不然G84會繼續有效。

CNC車床剛性攻牙G98範例:(不使用軸向補償的攻牙器)

公制螺紋M8X1.25之程式寫法
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G98 G00 X0. Z10.;
G97 S600  M29;
G84 Z-12. R4. F750;   (F不能打折, 牙攻每分鐘移動750mm,即F=S*P=600*1.25=750, 攻牙進入點在Z4.的位置, 攻至Z-12.之後會逆轉退出至Z4. 及Z10.)
G80 G00 X100. Z50. ;

CNC車床剛性攻牙G99範例:(不使用軸向補償的攻牙器)
公制螺紋M8X1.25之程式寫法
..............
G99 G00 X0. Z10.;
G97 S600  M29;
G84 Z-12. R4. F1.25;   (F不能打折, 攻牙進入點在Z4.的位置, 攻至Z-12.之後會逆轉退出至Z4. 及Z10.)
G80 G00 X100. Z50. ;
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 CNC銑床剛性攻牙G94範例:(不使用軸向補償的攻牙器)
公制螺紋M8X1.25之程式寫法..................
G94 G80 G0 X30 Z15. ;
S600 M29;         (以M29代替M03,並需先在機台做參數設定)G84 Z-12. R4. F750;   (F不能打折, 牙攻每分鐘移動750mm,即F=S*P=600*1.25=750, 攻牙進入點在Z4.的位置)
G80 G00 X100. Z50. ;
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