攻丝组合机床资料Word文档下载推荐.docx

1、中央立柱式。本次设计的组合机床为具有固定工作台的卧式双面攻丝组合机床。 2.1 产品用途和使用范围攻丝组合机床是零件生产线上的专用加工设备，并且与零件输送线配套连接工作。本次设计的攻丝组合机床是专用于加工工件两侧面的螺纹孔。2.2 关于机床的主要加工功能和系统组成的建议本次设计的攻丝组合机床要加工M102.5-16 M61.5-8两种螺纹孔，所有螺纹孔在同一工位加工，故采用卧式双面攻丝组合机床来加工被加工工件两侧面的螺纹孔，工件的进给运动由液压传动实现，通过单片机来实现开，停控制。攻丝在主轴的旋转由步进电机和齿轮传动实现，同样是通过单片机控制来实现步进电机的起，停控制和电机的调速。系统组成有：

2、动力系统、执行系统、制动系统、传动系统、辅助系统和测控系统。动力系统：为操作部件提供动力源，如丝锥攻丝，液压滑台的移动等，动力装置为步进电机和液压系统（液压泵和控制油路）。执行系统：为完成攻丝这一功能所需的执行机构和部件，包括攻丝靠模装置，机床专用夹具，多轴箱等。制动系统：攻丝主轴上的制动系统是在丝锥退回原始位置，即攻丝电动机线路被切断时起制动作用。它可消除主轴反转时的转动惯性，使丝锥能在攻丝电动机线路被切断的瞬间就很快准确地在原始位置停止。传动系统：该系统是连接动力系统和执行系统所需的中心环节，主要有齿轮传动和液压传动等。辅助系统：为完成攻丝这一功能的一系列必需的设备。包括冷却、润滑、排屑、

3、夹紧、送料和下料等辅助设备。测控系统：是控制机床按照所规定的动作顺序和要求的轨迹来完成攻丝功能的系统，主要有单片机和形成开关。2.3 关于总体布局的建议为保证机床可靠的工作，应让装夹机构，进给机构，液压机构等配合丝锥攻丝，并使他们之间工作协调。在布置整个机构时，布局应当合理，并且减少占地空间，避免干涉。同时也要考虑工人操作的安全和劳动强度的降低。本机床的布置方式为中间布置夹具。工作台的左右两侧（相对于操作者）放置上下料滑轨，前后两侧放置横向液压滑台，液压滑台上放置攻丝装置（电动机、多轴箱、攻丝靠模机构）。电动机，液压部分用外壳罩住，这样能保证工作人员的安全性。本机床分两部分安装，两部分安装好后

4、，再连在一起。构成一个整体，从而提高安装效率和质量。2.4 主要技术指标和相关重要参数 生产技术节拍：2分钟/件 位置精度要求：0.3 最大加工直径：M102.5 主要工作原理机床动作顺序：当工件装夹完毕后，按下启动开关，前后攻丝装置沿滑台快速进给，接近工件时，慢进，然后碰到死挡块停止进给，启动攻丝机构，开始攻丝，待攻丝完毕后，丝锥反转退出，紧接着攻丝装置快速退回到原始位置，完成一个加工循环。2.6 国内外的现状和发展趋势我国加入WTO 以后,制造业所面临的机遇与挑战并存。组合机床行业企业适时调整战略,采取了积极的应对策略,出现了产、销两旺的良好势头,截至2002 年9 份组合机床行业企业仅组

5、合机床产品一项,据不完全统计产量已达800 余台,产值达3 个亿以上,较2001 年同比增长了10 %以上, 另外组合机床行业工业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交货值等经济指标均有不同程度的增长,新产品、新技术较去年均有大幅度提高,可见行业企业运营状况良好。2.6.1 行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备,随着我国加入WTO 后与世界机床行业进一步接轨,组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年的企业生产情况看,数控机床与加工中心的市场需求量在上升,而传统的钻、镗、铣组合机床则有

6、下降趋势,中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表的统计数据显示,仅从几个全国大型重点企业生产情况看,2000年生产数控机床590 台,产值10 731 万元,生产加工中心118 台,产值4 601 万元; 2001 年生产数控机床685台,产值17 969 万元,生产加工中心129 台,产值5 760万元;而2002 年,截至9 月份,数控机床、加工中心产量、产值已接近2001 年全年水平,故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。2.6.2 组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高

7、质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额） ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的

8、自动更换,配以可编程序控制器（ PLC） 、数字控制（NC） 等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线） 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并

9、使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。攻丝组合机床可以用来加工紧固螺纹，锥螺纹，外螺纹以及大直径螺纹等。在我国机械工业部门，用组合机床完成的全部加工工序中，加工螺纹的工序占有相当大的比重。据统计，包括有攻丝工序的组合机床约占组合机床总数的22%，全部工序为攻丝的组合机床约占总数的10%。2.7 国内外同类产品对比与国外同类产品相比较而言，本机床在生产效率和经济效益方面有一定的差距。例如，原Cross公司的加工直列式4缸体自动线，生产节拍为27s，年产量可达到76万件。

10、美国Ingersoll铣床公司的直列式4缸体自动线，生产节拍为40s，实际年产量30万件。国外已采用柔性组合机床，该机床采用柔性通用部件和普通通用部件，实现可调可换。例如德国三坐标加工模块，主轴箱库及更换装置，刀库及换刀装置以及配套用的支承部件，控制装置等组成的即可换箱，用能更换单轴主轴箱刀具的组合机床。2.8 关于采用新技术、新结构、新材料、新工艺的建议 采用单片机对机床的进给和加工过程进行控制。 采用液压系统准确地控制进给。液压驱动的优点有：位控精度高，有较好的速度和加速度值，转换方便，占地面积小，短节拍工作也十分可靠。2.9 拟采用的技术路线先查找相关资料，在进行总体设计，再查找具体资料

11、，解决设计中遇到的各种技术难点。3 组合机床的总体设计3.1 组合机床的配置形式攻丝组合机床的配置型式，可以有卧式，立式，复合式几种类型；根据现实螺纹加工采用的方法不同，通常可以分为：3.1.1 用攻丝动力头进行螺纹加工采用攻丝动力头加工螺纹时，要求机床主轴的回转运动与进给运动保持一定的关系。螺纹的加工深度一般都不大，当螺孔数量较多时可以采用攻丝动力头加工，如图3-1所示。 实践证明，这种攻丝动力头的结构复杂，加工精度较低，因而未得到广泛应用。图3-1 攻丝动力头原理图1电机；2主轴箱；3攻丝接杆；4滑座；5螺母；6丝杠3.1.2 用丝杠螺母进给或凸轮进给的机械动力头进行螺孔的加工这些动力头均

12、可由配换进给齿轮和选取适当的主轴转速来实现不同直径和不同螺距的螺孔加工。利用这种动力头可以配置成工件固定不动的攻丝机床，也可以配置成工件移动的多工位机床。这两种动力头的工作行程较大，可达225250毫米。由于这几种动力头组成的攻丝机床结构较复杂，配置型式不灵活，加工精度又较低，所以，在多数情况下，均由攻丝装置所替代。3.1.3 用攻丝装置进行螺孔的加工攻丝装置可以用来组成攻丝组合机床，也可以用来组成一个工位全部是攻丝工序的多工位组合机床。攻丝装置主要由电机，主轴箱，攻丝靠模机构和攻丝形成控制机构组成，如图3-2所示。图3-2 攻丝装置原理图3主轴；4靠模螺母；5靠模杆；6攻丝接杆这种加工方法所

13、用的设备结构比较简单，在一个攻丝装置上可以比较容易地按较合理的切削用量实现不同直径，不同螺距的螺纹加工，且加工精度较高，制造成本也较低，因而，在目前采用较为广泛。由攻丝装置组成的攻丝组合机床有三种配置型式： 攻丝装置直接固定在床身上。这种配置方案结构比较简单，但调整和更换丝锥不方便，尤其是主轴数量较多时就更为突出，如图3-3所示。 攻丝装置安装在手动滑台上。为了保证更换和调整丝锥时有足够的空间，利用手动滑台将攻丝装置从工作位置后移，退到夹具以外。手动滑台的最大调整行程为300毫米。对于自动线上的攻丝机床应当考虑这种方案，以减少自动线的停车时间，如图3-4所示。图3-3 攻丝装置直接固定在机床床

14、身上的组合机床 图3-4 具有手动滑台的组合机床 攻丝装置安装在动力滑台上。对于需要在箱体内壁攻丝或要求攻丝装置行程较大时，可将攻丝装置安装在液压或机械动力滑台上，如图2-5所示。图3-5 具有他驱式动力滑台的组合机床工作时，动力滑台快速向前，使攻丝装置接近工件，碰上死挡后铁后，动力滑台停止，攻丝装置电机启动进行攻丝。待加工结束后丝锥退出工件螺孔后，动力滑台快速退到原位停止。 综上所述，根据设计要求选用卧式攻丝机床，用攻丝装置进行螺纹的加工，攻丝装置安放在液压滑台上。工作时，由电机1经齿轮传动带动主轴3及靠模杆5旋转。由于靠模杆螺母4的作用，使靠模杆5按规定的螺距引进。加工结束后，电击反转，靠

15、模杆退回原位。攻丝工作循环由攻丝行程控制机构控制。最大行程为60毫米。靠模螺母和靠模杆是按被加工螺纹孔的螺距制造的，并保证严格的制造公差。在丝锥接杆和靠模杆之间设有误差补偿环节。3.2 机床加工示意图在一个攻丝装置的各个攻丝靠模轴上安装有不同直径的丝锥时，必须按最大直径的丝锥来确定攻丝装置至被加工零件断面的距离尺寸。工作行程长度应根据攻丝深度来确定，可按下列公式计算： 对于不通孔 l=l1+（2-3）t+l2 对于不通孔 l=l1+2（2-3）t+l2 图3-6 加工示意图3.3 机床的联系尺寸3.3.1 确定装料高度装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首先要考

16、虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滑轨高度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。如工件最低孔的位置、主轴箱最低主轴高度和通用部件高度尺寸的限制。本次设计选择装料高度为1090mm。3.3.2 确定夹具轮廓尺寸主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积要求。夹具底座的高度尺寸，一方面要保证其有足够的刚度，同时要考虑机床的装料高度、中间底座的刚度、排屑的方便性

17、和便于设置定位、夹紧机构。一般不小于240mm。3.3.3 确定中间底座尺寸中间底座的高度轮廓尺寸，在长度方面应满足夹具的安装要求。它在加工方向的尺寸，实际已由加工示意图所确定，图中已规定了在加工终了时工件端面至多轴箱端面的距离图3-7 机床联系尺寸图4 组合机床通用部件及其选用4.1 攻丝靠模装置和攻丝卡头为了获得较高的螺纹加工精度和在同时加工多个不同直径、不同螺距的螺纹孔时选用合理的切削用量，目前在组合机床上攻制螺纹普遍采用攻丝靠模装置。本次设计采用通用的T0282型攻丝靠模装置，如图3-1所示。它的特点是没有单独的攻丝卡头，而由靠模杆兼作卡头体。结构及工作原理支承在靠模螺母5中的靠模杆7

18、通过弹簧8从主轴获得旋转运动，进而借助于销子3将运动传递给芯杆2和丝锥1。靠模杆中部具有靠模螺纹而同靠模螺母啮合，因此在靠模杆回转的同时便从靠模螺母中选出或旋进，以实现丝锥的进给运动和退回。此时靠模杆尾部可在轴孔中作相对移动。主轴为一般通用的长钻削类主轴。为保证靠模杆的进给速度和丝锥的自行引进速度相等，靠模螺纹的螺距应和丝锥公称螺距相等，在25毫米长度上的螺距累积误差为 +0.015毫米。但实际上二者的螺距不可能没有误差，因此，为了确保丝锥的自行引进，结构中设有螺距补偿弹簧6以实现进给误差的自动补偿。在补偿过程中，传递扭矩的销子3可在靠模杆的长槽中窜动。靠模螺母5以D/d配合装在攻丝模板上，并

19、用销子10防转，用压板4在轴向上固定。正常工作时靠模螺母是固定不动的。如工作中发生故障使靠模杆不能前进时，靠模螺母向后移动推开压板4，靠模杆停止进给运动，从而起到了保护机构的作用。为此，压板4的厚度应取小些（通常2.5-3.5毫米）。同时还要注意靠模螺母的安装方向必须正确。 图4-1 T0282型攻丝靠模装置结构及外观4.2 攻丝装置及攻丝靠模头攻丝靠模装置是用来配置攻丝组合机床的。在被加工零件的一面或几个面上全部为攻丝程序时，这种攻丝组合机床应用最为广泛。攻丝靠模头实际上是加厚了的主轴箱前盖，前端安装攻丝靠模装置并使其与攻丝主轴相连接，上面装有用以润滑靠模螺纹的油池。与攻丝动力头相比，攻丝装

20、置除了具有结构简单，制造成本较低的特点外，由于丝锥的进给运动是由攻丝靠模装置的靠模螺纹实现的，而每根靠模杆都各自具有自己的靠模螺纹螺距，因此在攻丝装置上可以很方便的实现不同规格螺纹的加工，并且具有可以选用各自较合理的切削用量的可能性。 图4-2 攻丝装置结构 1攻丝电机；2制动器；3攻丝主轴箱；4攻丝行程控制机构；5攻丝靠模头；6攻丝靠模装置；7丝锥4.3 主轴箱的设计4.3.1 攻丝主轴直径的确定在铸铁和钢件上攻击本螺纹时，攻丝主轴的直径由表1查取。由于加工工件材料为铸铁，加工螺纹直径为M10，主轴直径应为20毫米；加工螺纹直径为M6，主轴直径应为15毫米；表1 在铸件和钢件上攻螺纹时，攻丝

21、主轴的直径被加工材料铸 铁刚螺纹规格主轴直径（mm）M51215 M6 15 M8 17 20 M104.3.2 攻丝电机的选择生产厂家一般用三相交流电源，如无特殊要求通常采用三相交流异步电动机。我国目前采用新设计的Y系列三相异步电动机，它适用于不易燃，不易爆，无腐蚀气体的场合和要求具有良好启动性能的机械中。计算攻丝时主轴扭矩，因为材料为铸铁，所以用公式： 4-1其中D螺纹大径（mm）；工件螺距（mm）； T切削扭矩（Nm）；对于M102.5螺纹孔：对于M61.5螺纹孔：计算攻螺纹的切削速度：选取攻螺纹的切削速度为。则攻丝主轴的转速为：M10的螺纹主轴M6的螺纹主轴计算切削功率：由于机床左右两

22、侧加工的螺纹孔完全相同（16个M10，8个M 8），所以只计算一侧电机的功率。取多轴箱的传动效率为85%则取齿轮式动力箱的效率为97%取电动机功率为计算功率的1.52.5倍（考虑丝锥钝化的影响）型号满载转速 r/min同步转速r/min额定功率KW外伸轴直径和长度Y160L-6970 10001142110因为载荷平稳，电动机按额定功率输出即可。4.3.3 攻丝主轴靠模系统的制动为了防止由于攻丝主轴靠模系统在其电机反转停止时的转动惯量所造成的控制挡铁超程，以达到丝锥能迅速准确地停止在原位上的目的，在普通电机的轴端装上制动器。4.3.4 攻丝行程的控制本次设计的机床属于大型标准攻丝主轴箱，因此采

23、用通用的T7941攻丝行程控制机构来控制攻丝行程。4.3.5 攻丝主轴箱的润滑采用叶片润滑油泵进行润滑。4.3.6 刀具的冷却组合机床对冷却系统有特殊的要求： 冷却液要充分，确保刀具获得连续和充分的冷却，使刀具在加工中保持较低的温度； 多点冷却； 采用电泵； 冷却液必须在开始工作进给时就供给，并保证在整个加工过程中连续不断。 采用的冷却液为苏打水，浓度为5%的乳化液，其主要成分为氧化膏或硫化切削油。5 进给机构的设计本次设计选用液压动力滑台作为进给机构。相对于机械动力滑台，液压滑台有如下优点： 在相当大的范围内，进给量可以无级变速； 零件磨损小，使用寿命长； 可以获得较大的进给力； 通过液压换

24、向阀，很容易实现多次进给； 过载保护简单可靠； 由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。液压滑台也有一些缺点： 进给量由于载荷的变化和温度的影响不够稳定； 液压系统漏油影响工作环境，浪费能源； 调整维修比较麻烦。本次设计的攻丝组合机床是在自动化的生产线上工作的，要求可以长时间的稳定运行，而且液压站是可提供的，所以选用液压动力滑台。多轴箱固定在液压滑台上，当按下开始按钮时，液压台便快速进给，当发出缓进信号时，液压台便慢进，当碰到死挡铁时，液压滑台便停止进给；攻丝装置开始攻丝，攻丝到终点时，停留，发出工退信号，退回原位置时，液压台开始慢退，然后快退到原位。6 电气部分设计本次设计

25、要求工作的自动线上，生产过程完全自动化，所以对电气部分的要求十分严格，电气部分的设计也显得特别重要。本次设计采用单片机对加工过程进行控制。6.1 整个机床的动作顺序 启动机床； 左右滑台快进； 左右滑台缓进； 丝锥工进； 攻丝到终点； 丝锥工退； 左右滑台缓退； 左右滑台快退，回到原位； 完成一次加工。6.2 电器原理图见图纸5本次设计的电器控制基于单片机的控制。8255A直接MCS-51总线接口，由于8031内部存储空间有限，扩展了一个ROM2764和一个RAM6264。8255A的片选信号及口地址选择线分别由8031的P2.7和P0.1、P0.0经地址锁存器74LS373锁存后提供。6.2

26、.1 单片机控制伺服阀的结构原理图单片机与PWM功率放大器接口由0832，运算器U3和U4组成。0832接成电流开关方式工作状态，故转换的结果是电流量。电流从I1输出由U3运算放大器处理之后输出的电压为-VREFD/256，其中D是输入0832中的数据。由于VREF=-5V，所以U3输出的电压是0.5V。运算放大器U4的作用是进行电平转换，它把05V的输入电压转换成-2.5+2.5V的电压。U4放大系数为1，同时在它的负输入端加上了2.5V参考电压；所以，当U3输出为0V时，U4输出为-2.5V；U3输出为5V时，U4输出为+2.5V。实际上，U4的输出电压VU4为： VU4=-（VU3-2.

27、5V）其中，VU3是运算放大器U3的输出电压。U4的输出电压去控制PWM功率放大器，就可以使伺服电机以不同的速度实现正反转。伺服阀控制液压滑台的油液流动，来实现工作台的进给。 图6-1 单片机控制伺服阀的结构原理图6.2.2 单片机控制步进电机的结构原理图 单片机通过光藕控制步进电动机。当单片机的输出口输出高电平时，光电藕合器输入端电流为0，则输出开路，晶体管VT1不导通，步进电动机绕组两端无电压；当输出高电平时，4N25的电流为10mA，4N25的电流传输比大于20%，输出端可以流过大于2mA的电流，再经过晶体管放大，产生驱动步进电机所需的电流。 步进电机将动力传递给攻丝主轴，驱动主轴正反转和调速。图6-2 单片机控制步进电机的结构原理图总 结经过一个学期的努力，我最终完成了专用攻丝组合机床的设计。为大学四年的学习画上一个圆满的句号。毕业设计对于老师来说是对同学这大学四年的学习的最后一次考察，对于我们来说是对我们大学四年的学习进行一次较为系统的总结。在设计过程中，我对原来学过的知识又进行了一次较为系统的学习，巩固的原有知识，更加深了对原有知识的了解，比如说单片机、机械原理、机械设计、机械制造、机电一体化、机电控制系统设计及一些计算机辅助设计（