靠模攻絲組合機(jī)床設(shè)計【臥式雙面攻絲組合機(jī)床】
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吉林大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計
目 錄
1 緒論 1
2 設(shè)計任務(wù)書 2
2.1 產(chǎn)品用途和使用范圍 3
2.2 關(guān)于機(jī)床的主要加工功能和系統(tǒng)組成的建議 3
2.3 關(guān)于總體布局的建議 4
2.4 主要技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)重要參數(shù) 4
2.5 主要工作原理 4
2.6 國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 5
2.7 國內(nèi)外同類產(chǎn)品對比 7
2.8 關(guān)于采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的建議 7
2.9 擬采用的技術(shù)路線 7
3 組合機(jī)床的總體設(shè)計 7
3.1 組合機(jī)床的配置形式 7
3.2 機(jī)床加工示意圖 11
3.3 機(jī)床的聯(lián)系尺寸 11
4 組合機(jī)床通用部件及其選用 13
4.1 攻絲靠模裝置和攻絲卡頭 13
4.2 攻絲裝置及攻絲靠模頭 14
4.3 主軸箱的設(shè)計 15
5 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計 19
6 電氣部分設(shè)計 20
6.1 整個機(jī)床的動作順序 20
6.2 電器原理圖 20
總 結(jié) 23
致 謝 24
參考文獻(xiàn) 25
附錄1 27
附錄2 29
1 緒論
機(jī)械工業(yè)是重要的基礎(chǔ)工業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先導(dǎo)部門。歷史的實踐一再證明：先進(jìn)的技術(shù)裝備與先進(jìn)的制造技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，起著何等重要的作用；而先進(jìn)的裝備與先進(jìn)的制造技術(shù)則是由先進(jìn)的機(jī)械工業(yè)來提供的。馬克思講得何等的深刻：“大工業(yè)必須掌握它特有的生產(chǎn)資料，即機(jī)器的本身，必須用機(jī)器生產(chǎn)機(jī)器，這樣，大工業(yè)才建立起與自己適應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，才得以自立?！边^去是這樣，現(xiàn)在是這樣，將來也還是這樣。
當(dāng)然，由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是由于微電子技術(shù)、電子計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械工業(yè)已發(fā)生了而且還在繼續(xù)發(fā)生極為深刻的變化：機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)的緊密結(jié)合，特別是與微計算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)所擁有的技術(shù)較以往遠(yuǎn)為高，遠(yuǎn)為新，遠(yuǎn)為廣，遠(yuǎn)為復(fù)雜而先進(jìn)；機(jī)電一體化技術(shù)與產(chǎn)品是十分突出的表現(xiàn)之一。
這一深刻的變化反映在：機(jī)械工程、機(jī)械工業(yè)的面貌與內(nèi)容方面發(fā)生了根本性的變化。過去，理論上主要以力學(xué)作為基礎(chǔ)，實踐上主要以經(jīng)驗作為基礎(chǔ)，現(xiàn)在，作為基礎(chǔ)的理論遠(yuǎn)不限于力學(xué)，還有系統(tǒng)論、控制論、信息論、傳感理論、信號處理理論、電子學(xué)、計算機(jī)學(xué)等等，作為實踐的基礎(chǔ)遠(yuǎn)不限于經(jīng)驗，而且還涉及各有關(guān)的學(xué)科，同時，本身也在行成自己的科學(xué)體系----制造理論、工藝?yán)碚摗?
本文是介紹專用攻絲組合機(jī)床的設(shè)計說明書，是根據(jù)作者親自設(shè)計實踐總結(jié)出來而編寫的。為讀者了解此專用攻絲組合機(jī)床的工作原理，工作過程及機(jī)構(gòu)提供了說明。為了便于閱讀，本文在結(jié)構(gòu)上層次清晰，主次分明，內(nèi)容上簡明扼要，言語通俗。
2 設(shè)計任務(wù)書
組合機(jī)床是由通用部件及專用部件組成的，加工一種（或幾種）零件的一道或（幾道）工序的高效率的專用機(jī)床，它的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)件約占70%-80%，其余20%-30%的專用部件是由被加工零件的形狀、輪廓尺寸、工藝和工序決定，如夾具、主軸箱、刀具和工具等。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面、多工位同時加工，是一種工序集中的高效率機(jī)床，是一種自動化或半自動化的機(jī)床。
組合機(jī)床有大型和小型兩種。此次設(shè)計的攻絲組合機(jī)床為大型組合機(jī)床。大型組合機(jī)床的配置形式主要有兩種：⒈具有固定式夾具機(jī)床；⒉夾具移動的機(jī)床。其中固定式夾具的機(jī)床按加工所需的動力頭數(shù)量及其安裝方式可分為：⒈臥式；⒉立式；⒊傾斜式；⒋符合式。夾具移動的機(jī)床按夾具的運動方式及立柱形式可分為：⒈往復(fù)移動式；⒉回轉(zhuǎn)式；⒊鼓輪式；⒋中央立柱式。本次設(shè)計的組合機(jī)床為具有固定工作臺的臥式雙面攻絲組合機(jī)床。
2.1 產(chǎn)品用途和使用范圍
攻絲組合機(jī)床是零件生產(chǎn)線上的專用加工設(shè)備，并且與零件輸送線配套連接工作。本次設(shè)計的攻絲組合機(jī)床是專用于加工工件兩側(cè)面的螺紋孔。
2.2 關(guān)于機(jī)床的主要加工功能和系統(tǒng)組成的建議
本次設(shè)計的攻絲組合機(jī)床要加工M10×2.5-16 M6×1.5-8兩種螺紋孔，所有螺紋孔在同一工位加工，故采用臥式雙面攻絲組合機(jī)床來加工被加工工件兩側(cè)面的螺紋孔，工件的進(jìn)給運動由液壓傳動實現(xiàn)，通過單片機(jī)來實現(xiàn)開，?？刂?。攻絲在主軸的旋轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)和齒輪傳動實現(xiàn)，同樣是通過單片機(jī)控制來實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的起，停控制和電機(jī)的調(diào)速。
系統(tǒng)組成有：動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和測控系統(tǒng)。
動力系統(tǒng)：為操作部件提供動力源，如絲錐攻絲，液壓滑臺的移動等，動力裝置為步進(jìn)電機(jī)和液壓系統(tǒng)（液壓泵和控制油路）。
執(zhí)行系統(tǒng)：為完成攻絲這一功能所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和部件，包括攻絲靠模裝置，機(jī)床專用夾具，多軸箱等。
制動系統(tǒng)：攻絲主軸上的制動系統(tǒng)是在絲錐退回原始位置，即攻絲電動機(jī)線路被切斷時起制動作用。它可消除主軸反轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動慣性，使絲錐能在攻絲電動機(jī)線路被切斷的瞬間就很快準(zhǔn)確地在原始位置停止。
傳動系統(tǒng)：該系統(tǒng)是連接動力系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)所需的中心環(huán)節(jié)，主要有齒輪傳動和液壓傳動等。
輔助系統(tǒng)：為完成攻絲這一功能的一系列必需的設(shè)備。包括冷卻、潤滑、排屑、夾緊、送料和下料等輔助設(shè)備。
測控系統(tǒng)：是控制機(jī)床按照所規(guī)定的動作順序和要求的軌跡來完成攻絲功能的系統(tǒng)，主要有單片機(jī)和形成開關(guān)。
2.3 關(guān)于總體布局的建議
為保證機(jī)床可靠的工作，應(yīng)讓裝夾機(jī)構(gòu)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)，液壓機(jī)構(gòu)等配合絲錐攻絲，并使他們之間工作協(xié)調(diào)。在布置整個機(jī)構(gòu)時，布局應(yīng)當(dāng)合理，并且減少占地空間，避免干涉。同時也要考慮工人操作的安全和勞動強(qiáng)度的降低。
本機(jī)床的布置方式為中間布置夾具。工作臺的左右兩側(cè)（相對于操作者）放置上下料滑軌，前后兩側(cè)放置橫向液壓滑臺，液壓滑臺上放置攻絲裝置（電動機(jī)、多軸箱、攻絲靠模機(jī)構(gòu)）。電動機(jī)，液壓部分用外殼罩住，這樣能保證工作人員的安全性。本機(jī)床分兩部分安裝，兩部分安裝好后，再連在一起。構(gòu)成一個整體，從而提高安裝效率和質(zhì)量。
2.4 主要技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)重要參數(shù)
生產(chǎn)技術(shù)節(jié)拍：2分鐘/件
位置精度要求：Φ0.3
最大加工直徑：M10
2.5 主要工作原理
機(jī)床動作順序：當(dāng)工件裝夾完畢后，按下啟動開關(guān)，前后攻絲裝置沿滑臺快速進(jìn)給，接近工件時，慢進(jìn)，然后碰到死擋塊停止進(jìn)給，啟動攻絲機(jī)構(gòu)，開始攻絲，待攻絲完畢后，絲錐反轉(zhuǎn)退出，緊接著攻絲裝置快速退回到原始位置，完成一個加工循環(huán)。
2.6 國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
我國加入WTO 以后,制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略,采取了積極的應(yīng)對策略,出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭,截至2002 年9 份組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅組合機(jī)床產(chǎn)品一項,據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達(dá)800 余臺,產(chǎn)值達(dá)3 個億以上,較2001 年同比增長了10 %以上, 另外組合機(jī)床行業(yè)工業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交貨值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長,新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年均有大幅度提高,可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。
2.6.1 行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化
組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設(shè)備,隨著我國加入WTO 后與世界機(jī)床行業(yè)進(jìn)一步接軌,組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年的企業(yè)生產(chǎn)情況看,數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場需求量在上升,而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機(jī)床則有下降趨勢,中國機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報表》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產(chǎn)情況看,2000年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床590 臺,產(chǎn)值10 731 萬元,生產(chǎn)加工中心118 臺,產(chǎn)值4 601 萬元; 2001 年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床685臺,產(chǎn)值17 969 萬元,生產(chǎn)加工中心129 臺,產(chǎn)值5 760萬元;而2002 年,截至9 月份,數(shù)控機(jī)床、加工中心產(chǎn)量、產(chǎn)值已接近2001 年全年水平,故市場在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。
2.6.2 組合機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
組合機(jī)床及其自動線是集機(jī)電于一體的綜合自動化程度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實用,因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電等行業(yè)。我國傳統(tǒng)的組合機(jī)床及組合機(jī)床自動線主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制,它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型箱體類和軸類零件(近年研制的組合機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額) ,完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔,加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺,在孔內(nèi)鏜各種形狀槽,以及銑削平面和成形面等。組合機(jī)床的分類繁多,有大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式,還有多工位回轉(zhuǎn)臺式組合機(jī)床等;隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,一種新型的組合機(jī)床———柔性組合機(jī)床越來越受到人們的青睞,它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換,配以可編程序控制器( PLC) 、數(shù)字控制(NC) 等,能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng),并能靈活適應(yīng)多品種加工的可調(diào)可變的組合機(jī)床。另外,近年來組合機(jī)床加工中心、數(shù)控組合機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)(清洗機(jī)、裝配機(jī)、綜合測量機(jī)、試驗機(jī)、輸送線) 等在組合機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來越大。由于組合機(jī)床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品,是根據(jù)用戶特殊要求而設(shè)計的,它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國組合機(jī)床及組合機(jī)床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家要相對落后,國內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動線幾乎都從國外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大,并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此,市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝,研制新產(chǎn)品,由過去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu),向“柔性”化方向發(fā)展,滿足用戶需求,真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。
攻絲組合機(jī)床可以用來加工緊固螺紋，錐螺紋，外螺紋以及大直徑螺紋等。在我國機(jī)械工業(yè)部門，用組合機(jī)床完成的全部加工工序中，加工螺紋的工序占有相當(dāng)大的比重。據(jù)統(tǒng)計，包括有攻絲工序的組合機(jī)床約占組合機(jī)床總數(shù)的22%，全部工序為攻絲的組合機(jī)床約占總數(shù)的10%。
2.7 國內(nèi)外同類產(chǎn)品對比
與國外同類產(chǎn)品相比較而言，本機(jī)床在生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益方面有一定的差距。例如，原Cross公司的加工直列式4缸體自動線，生產(chǎn)節(jié)拍為27s，年產(chǎn)量可達(dá)到76萬件。美國Ingersoll銑床公司的直列式4缸體自動線，生產(chǎn)節(jié)拍為40s，實際年產(chǎn)量30萬件。國外已采用柔性組合機(jī)床，該機(jī)床采用柔性通用部件和普通通用部件，實現(xiàn)可調(diào)可換。例如德國三坐標(biāo)加工模塊，主軸箱庫及更換裝置，刀庫及換刀裝置以及配套用的支承部件，控制裝置等組成的即可換箱，用能更換單軸主軸箱刀具的組合機(jī)床。
2.8 關(guān)于采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的建議
Ⅰ 采用單片機(jī)對機(jī)床的進(jìn)給和加工過程進(jìn)行控制。
Ⅱ 采用液壓系統(tǒng)準(zhǔn)確地控制進(jìn)給。液壓驅(qū)動的優(yōu)點有：位控精度高，有較好的速度和加速度值，轉(zhuǎn)換方便，占地面積小，短節(jié)拍工作也十分可靠。
2.9 擬采用的技術(shù)路線
先查找相關(guān)資料，在進(jìn)行總體設(shè)計，再查找具體資料，解決設(shè)計中遇到的各種技術(shù)難點。
3 組合機(jī)床的總體設(shè)計
3.1 組合機(jī)床的配置形式
攻絲組合機(jī)床的配置型式，可以有臥式，立式，復(fù)合式幾種類型；根據(jù)現(xiàn)實螺紋加工采用的方法不同，通?？梢苑譃椋?
3.1.1 用攻絲動力頭進(jìn)行螺紋加工
采用攻絲動力頭加工螺紋時，要求機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)運動與進(jìn)給運動保持一定的關(guān)系。螺紋的加工深度一般都不大，當(dāng)螺孔數(shù)量較多時可以采用攻絲動力頭加工，如圖3-1所示。
實踐證明，這種攻絲動力頭的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度較低，因而未得到廣泛應(yīng)用。
圖3-1 攻絲動力頭原理圖
1—電機(jī)；2—主軸箱；3—攻絲接桿；4—滑座；5—螺母；6—絲杠
3.1.2 用絲杠螺母進(jìn)給或凸輪進(jìn)給的機(jī)械動力頭進(jìn)行螺孔的加工
這些動力頭均可由配換進(jìn)給齒輪和選取適當(dāng)?shù)闹鬏S轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)不同直徑和不同螺距的螺孔加工。利用這種動力頭可以配置成工件固定不動的攻絲機(jī)床，也可以配置成工件移動的多工位機(jī)床。這兩種動力頭的工作行程較大，可達(dá)
31
225—250毫米。
由于這幾種動力頭組成的攻絲機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，配置型式不靈活，加工精度又較低，所以，在多數(shù)情況下，均由攻絲裝置所替代。
3.1.3 用攻絲裝置進(jìn)行螺孔的加工
攻絲裝置可以用來組成攻絲組合機(jī)床，也可以用來組成一個工位全部是攻絲工序的多工位組合機(jī)床。
攻絲裝置主要由電機(jī)，主軸箱，攻絲靠模機(jī)構(gòu)和攻絲形成控制機(jī)構(gòu)組成，如圖3-2所示。
圖3-2 攻絲裝置原理圖
1—電機(jī)；2—主軸箱；3—主軸；4—靠模螺母；5—靠模桿；6—攻絲接桿
這種加工方法所用的設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單，在一個攻絲裝置上可以比較容易地按較合理的切削用量實現(xiàn)不同直徑，不同螺距的螺紋加工，且加工精度較高，制造成本也較低，因而，在目前采用較為廣泛。
由攻絲裝置組成的攻絲組合機(jī)床有三種配置型式：
Ⅰ 攻絲裝置直接固定在床身上。這種配置方案結(jié)構(gòu)比較簡單，但調(diào)整和更換絲錐不方便，尤其是主軸數(shù)量較多時就更為突出，如圖3-3所示。
Ⅱ 攻絲裝置安裝在手動滑臺上。為了保證更換和調(diào)整絲錐時有足夠的空間，利用手動滑臺將攻絲裝置從工作位置后移，退到夾具以外。手動滑臺的最大調(diào)整行程為300毫米。對于自動線上的攻絲機(jī)床應(yīng)當(dāng)考慮這種方案，以減少自動線的停車時間，如圖3-4所示。
圖3-3 攻絲裝置直接固定在機(jī)床床身上的組合機(jī)床 圖3-4 具有手動滑臺的組合機(jī)床
Ⅲ 攻絲裝置安裝在動力滑臺上。對于需要在箱體內(nèi)壁攻絲或要求攻絲裝置行程較大時，可將攻絲裝置安裝在液壓或機(jī)械動力滑臺上，如圖2-5所示。
圖3-5 具有他驅(qū)式動力滑臺的組合機(jī)床
工作時，動力滑臺快速向前，使攻絲裝置接近工件，碰上死擋后鐵后，動力滑臺停止，攻絲裝置電機(jī)啟動進(jìn)行攻絲。待加工結(jié)束后絲錐退出工件螺孔后，動力滑臺快速退到原位停止。
綜上所述，根據(jù)設(shè)計要求選用臥式攻絲機(jī)床，用攻絲裝置進(jìn)行螺紋的加工，攻絲裝置安放在液壓滑臺上。
工作時，由電機(jī)1經(jīng)齒輪傳動帶動主軸3及靠模桿5旋轉(zhuǎn)。由于靠模桿螺母4的作用，使靠模桿5按規(guī)定的螺距引進(jìn)。加工結(jié)束后，電擊反轉(zhuǎn)，靠模桿退回原位。攻絲工作循環(huán)由攻絲行程控制機(jī)構(gòu)控制。最大行程為60毫米?？磕Ｂ菽负涂磕U是按被加工螺紋孔的螺距制造的，并保證嚴(yán)格的制造公差。在絲錐接桿和靠模桿之間設(shè)有誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
3.2 機(jī)床加工示意圖
在一個攻絲裝置的各個攻絲靠模軸上安裝有不同直徑的絲錐時，必須按最大直徑的絲錐來確定攻絲裝置至被加工零件斷面的距離尺寸。
工作行程長度應(yīng)根據(jù)攻絲深度來確定，可按下列公式計算：
對于不通孔 l=l1+(2-3)t+l2
對于不通孔 l=l1+2(2-3)t+l2
圖3-6 加工示意圖
3.3 機(jī)床的聯(lián)系尺寸
3.3.1 確定裝料高度
裝料高度一般是指工件安裝基面至地面的垂直距離。在確定機(jī)床裝料高度時，首先要考慮工人操作的方便性；對于流水線要考慮車間運送工件的滑軌高度；對于自動線要考慮中間底座的足夠高度，以便允許內(nèi)腔通過隨行夾具返回系統(tǒng)或冷卻排屑系統(tǒng)。其次是機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸限制和剛度要求。如工件最低孔的位置、主軸箱最低主軸高度和通用部件高度尺寸的限制。本次設(shè)計選擇裝料高度為1090mm。
3.3.2 確定夾具輪廓尺寸
主要確定夾具底座的長、寬、高尺寸。工件的輪廓尺寸和形狀是確定夾具底座輪廓尺寸的基本依據(jù)。具體要考慮布置工件的定位、限位、夾緊機(jī)構(gòu)、刀具導(dǎo)向裝置以及夾具底座排屑和安裝等方面的空間和面積要求。
夾具底座的高度尺寸，一方面要保證其有足夠的剛度，同時要考慮機(jī)床的裝料高度、中間底座的剛度、排屑的方便性和便于設(shè)置定位、夾緊機(jī)構(gòu)。一般不小于240mm。
3.3.3 確定中間底座尺寸
中間底座的高度輪廓尺寸，在長度方面應(yīng)滿足夾具的安裝要求。它在加工方向的尺寸，實際已由加工示意圖所確定，圖中已規(guī)定了在加工終了時工件端面至多軸箱端面的距離
圖3-7 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
4 組合機(jī)床通用部件及其選用
4.1 攻絲靠模裝置和攻絲卡頭
為了獲得較高的螺紋加工精度和在同時加工多個不同直徑、不同螺距的螺紋孔時選用合理的切削用量，目前在組合機(jī)床上攻制螺紋普遍采用攻絲靠模裝置。本次設(shè)計采用通用的T0282型攻絲靠模裝置，如圖3-1所示。它的特點是沒有單獨的攻絲卡頭，而由靠模桿兼作卡頭體。
結(jié)構(gòu)及工作原理
支承在靠模螺母5中的靠模桿7通過彈簧8從主軸獲得旋轉(zhuǎn)運動，進(jìn)而借助于銷子3將運動傳遞給芯桿2和絲錐1?？磕U中部具有靠模螺紋而同靠模螺母嚙合，因此在靠模桿回轉(zhuǎn)的同時便從靠模螺母中選出或旋進(jìn)，以實現(xiàn)絲錐的進(jìn)給運動和退回。此時靠模桿尾部可在軸孔中作相對移動。主軸為一般通用的長鉆削類主軸。
為保證靠模桿的進(jìn)給速度和絲錐的自行引進(jìn)速度相等，靠模螺紋的螺距應(yīng)和絲錐公稱螺距相等，在25毫米長度上的螺距累積誤差為 +0.015毫米。但實際上二者的螺距不可能沒有誤差，因此，為了確保絲錐的自行引進(jìn)，結(jié)構(gòu)中設(shè)有螺距補(bǔ)償彈簧6以實現(xiàn)進(jìn)給誤差的自動補(bǔ)償。在補(bǔ)償過程中，傳遞扭矩的銷子3可在靠模桿的長槽中竄動。
靠模螺母5以D/d配合裝在攻絲模板上，并用銷子10防轉(zhuǎn)，用壓板4在軸向上固定。
正常工作時靠模螺母是固定不動的。如工作中發(fā)生故障使靠模桿不能前進(jìn)時，靠模螺母向后移動推開壓板4，靠模桿停止進(jìn)給運動，從而起到了保護(hù)機(jī)構(gòu)的作用。為此，壓板4的厚度應(yīng)取小些（通常2.5-3.5毫米）。同時還要注意靠模螺母的安裝方向必須正確。
圖4-1 T0282型攻絲靠模裝置結(jié)構(gòu)及外觀
4.2 攻絲裝置及攻絲靠模頭
攻絲靠模裝置是用來配置攻絲組合機(jī)床的。在被加工零件的一面或幾個面上全部為攻絲程序時，這種攻絲組合機(jī)床應(yīng)用最為廣泛。
攻絲靠模頭實際上是加厚了的主軸箱前蓋，前端安裝攻絲靠模裝置并使其與攻絲主軸相連接，上面裝有用以潤滑靠模螺紋的油池。
與攻絲動力頭相比，攻絲裝置除了具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低的特點外，由于絲錐的進(jìn)給運動是由攻絲靠模裝置的靠模螺紋實現(xiàn)的，而每根靠模桿都各自具有自己的靠模螺紋螺距，因此在攻絲裝置上可以很方便的實現(xiàn)不同規(guī)格螺紋的加工，并且具有可以選用各自較合理的切削用量的可能性。
圖4-2 攻絲裝置結(jié)構(gòu)
1—攻絲電機(jī)；2—制動器；3—攻絲主軸箱；4—攻絲行程控制機(jī)構(gòu)；5—攻絲靠模頭；
6—攻絲靠模裝置；7—絲錐
4.3 主軸箱的設(shè)計
4.3.1 攻絲主軸直徑的確定
在鑄鐵和鋼件上攻擊本螺紋時，攻絲主軸的直徑由表1查取。
由于加工工件材料為鑄鐵，加工螺紋直徑為M10，主軸直徑應(yīng)為20毫米；加工螺紋直徑為M6，主軸直徑應(yīng)為15毫米；
表1 在鑄件和鋼件上攻螺紋時，攻絲主軸的直徑
被加工材料
鑄 鐵
剛
螺紋規(guī)格
主軸直徑（mm）
主軸直徑（mm）
M5
12
15
M6
15
15
M8
17
20
M10
20
20
4.3.2 攻絲電機(jī)的選擇
生產(chǎn)廠家一般用三相交流電源，如無特殊要求通常采用三相交流異步電動機(jī)。我國目前采用新設(shè)計的Y系列三相異步電動機(jī)，它適用于不易燃，不易爆，無腐蝕氣體的場合和要求具有良好啟動性能的機(jī)械中。
計算攻絲時主軸扭矩，因為材料為鑄鐵，所以用公式：
— 4-1
其中D—螺紋大徑（mm）；—工件螺距（mm）； T—切削扭矩（N·m）；
對于M10×2.5螺紋孔：
對于M6×1.5螺紋孔：
計算攻螺紋的切削速度：
對于M10×2.5螺紋孔：
對于M6×1.5螺紋孔：
選取攻螺紋的切削速度為。
則攻絲主軸的轉(zhuǎn)速為：
M10的螺紋主軸
M6的螺紋主軸
計算切削功率：
M10的螺紋主軸
M6的螺紋主軸
由于機(jī)床左右兩側(cè)加工的螺紋孔完全相同（16個M10，8個M 8），所以只計算一側(cè)電機(jī)的功率。
取多軸箱的傳動效率為85%
則
取齒輪式動力箱的效率為97%
則
取電動機(jī)功率為計算功率的1.5~~2.5倍（考慮絲錐鈍化的影響）
型號
滿載轉(zhuǎn)速
r/min
同步轉(zhuǎn)速
r/min
額定功率
KW
外伸軸直徑和長度
Y160L-6
970
1000
11
42×110
因為載荷平穩(wěn)，電動機(jī)按額定功率輸出即可。
4.3.3 攻絲主軸—靠模系統(tǒng)的制動
為了防止由于攻絲主軸—靠模系統(tǒng)在其電機(jī)反轉(zhuǎn)停止時的轉(zhuǎn)動慣量所造成的控制擋鐵超程，以達(dá)到絲錐能迅速準(zhǔn)確地停止在原位上的目的，在普通電機(jī)的軸端裝上制動器。
4.3.4 攻絲行程的控制
本次設(shè)計的機(jī)床屬于大型標(biāo)準(zhǔn)攻絲主軸箱，因此采用通用的T7941攻絲行程控制機(jī)構(gòu)來控制攻絲行程。
4.3.5 攻絲主軸箱的潤滑
采用葉片潤滑油泵進(jìn)行潤滑。
4.3.6 刀具的冷卻
組合機(jī)床對冷卻系統(tǒng)有特殊的要求：
Ⅰ 冷卻液要充分，確保刀具獲得連續(xù)和充分的冷卻，使刀具在加工中保持較低的溫度；
Ⅱ 多點冷卻；
Ⅲ 采用電泵；
Ⅳ 冷卻液必須在開始工作進(jìn)給時就供給，并保證在整個加工過程中連續(xù)不斷。
Ⅴ 采用的冷卻液為蘇打水，濃度為5%的乳化液，其主要成分為氧化膏或硫化切削油。
5 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計
本次設(shè)計選用液壓動力滑臺作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
相對于機(jī)械動力滑臺，液壓滑臺有如下優(yōu)點：
Ⅰ 在相當(dāng)大的范圍內(nèi)，進(jìn)給量可以無級變速；
Ⅱ 零件磨損小，使用壽命長；
Ⅲ 可以獲得較大的進(jìn)給力；
Ⅳ 通過液壓換向閥，很容易實現(xiàn)多次進(jìn)給；
Ⅴ 過載保護(hù)簡單可靠；
Ⅵ 由行程調(diào)速閥來控制滑臺的快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)，轉(zhuǎn)換精度高，工作可靠。
液壓滑臺也有一些缺點：
Ⅰ 進(jìn)給量由于載荷的變化和溫度的影響不夠穩(wěn)定；
Ⅱ 液壓系統(tǒng)漏油影響工作環(huán)境，浪費能源；
Ⅲ 調(diào)整維修比較麻煩。
本次設(shè)計的攻絲組合機(jī)床是在自動化的生產(chǎn)線上工作的，要求可以長時間的穩(wěn)定運行，而且液壓站是可提供的，所以選用液壓動力滑臺。
多軸箱固定在液壓滑臺上，當(dāng)按下開始按鈕時，液壓臺便快速進(jìn)給，當(dāng)發(fā)出緩進(jìn)信號時，液壓臺便慢進(jìn)，當(dāng)碰到死擋鐵時，液壓滑臺便停止進(jìn)給；攻絲裝置開始攻絲，攻絲到終點時，停留，發(fā)出工退信號，退回原位置時，液壓臺開始慢退，然后快退到原位。
6 電氣部分設(shè)計
本次設(shè)計要求工作的自動線上，生產(chǎn)過程完全自動化，所以對電氣部分的要求十分嚴(yán)格，電氣部分的設(shè)計也顯得特別重要。本次設(shè)計采用單片機(jī)對加工過程進(jìn)行控制。
6.1 整個機(jī)床的動作順序
Ⅰ 啟動機(jī)床；Ⅱ 左右滑臺快進(jìn)；Ⅲ 左右滑臺緩進(jìn)；Ⅳ 絲錐工進(jìn)；Ⅴ 攻絲到終點；Ⅵ 絲錐工退；Ⅶ 左右滑臺緩?fù)?；?左右滑臺快退，回到原位；Ⅸ 完成一次加工。
6.2 電器原理圖
見圖紙5
本次設(shè)計的電器控制基于單片機(jī)的控制。8255A直接MCS-51總線接口，由于8031內(nèi)部存儲空間有限，擴(kuò)展了一個ROM2764和一個RAM6264。8255A的片選信號及口地址選擇線分別由8031的P2.7和P0.1、P0.0經(jīng)地址鎖存器74LS373鎖存后提供。
6.2.1 單片機(jī)控制伺服閥的結(jié)構(gòu)原理圖
單片機(jī)與PWM功率放大器接口由0832，運算器U3和U4組成。0832接成電流開關(guān)方式工作狀態(tài)，故轉(zhuǎn)換的結(jié)果是電流量。電流從I1輸出由U3運算放大器處理之后輸出的電壓為-VREF·D/256，其中D是輸入0832中的數(shù)據(jù)。由于VREF=-5V，所以U3輸出的電壓是0.5V。運算放大器U4的作用是進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，它把0—5V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成-2.5—+2.5V的電壓。U4放大系數(shù)為1，同時在它的負(fù)輸入端加上了2.5V參考電壓；所以，當(dāng)U3輸出為0V時，U4輸出為-2.5V；
U3輸出為5V時，U4輸出為+2.5V。實際上，U4的輸出電壓VU4為：
VU4=-（VU3-2.5V）
其中，VU3是運算放大器U3的輸出電壓。
U4的輸出電壓去控制PWM功率放大器，就可以使伺服電機(jī)以不同的速度實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。
伺服閥控制液壓滑臺的油液流動，來實現(xiàn)工作臺的進(jìn)給。
圖6-1 單片機(jī)控制伺服閥的結(jié)構(gòu)原理圖
6.2.2 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖
單片機(jī)通過光藕控制步進(jìn)電動機(jī)。當(dāng)單片機(jī)的輸出口輸出高電平時，光電藕合器輸入端電流為0，則輸出開路，晶體管VT1不導(dǎo)通，步進(jìn)電動機(jī)繞組兩端無電壓；當(dāng)輸出高電平時，4N25的電流為10mA，4N25的電流傳輸比大于20%，輸出端可以流過大于2mA的電流，再經(jīng)過晶體管放大，產(chǎn)生驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)所需的電流。
步進(jìn)電機(jī)將動力傳遞給攻絲主軸，驅(qū)動主軸正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。
圖6-2 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖
總 結(jié)
經(jīng)過一個學(xué)期的努力，我最終完成了專用攻絲組合機(jī)床的設(shè)計。為大學(xué)四年的學(xué)習(xí)畫上一個圓滿的句號。
畢業(yè)設(shè)計對于老師來說是對同學(xué)這大學(xué)四年的學(xué)習(xí)的最后一次考察，對于我們來說是對我們大學(xué)四年的學(xué)習(xí)進(jìn)行一次較為系統(tǒng)的總結(jié)。在設(shè)計過程中，我對原來學(xué)過的知識又進(jìn)行了一次較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，鞏固的原有知識，更加深了對原有知識的了解，比如說單片機(jī)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、機(jī)電一體化、機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計及一些計算機(jī)輔助設(shè)計（AUTOCAD、CATIA）等。
以前我們所學(xué)的知識主要是以課本為基礎(chǔ)，結(jié)合實際中的簡單應(yīng)用，這次設(shè)計就是把所學(xué)知識應(yīng)用到了較為復(fù)雜的設(shè)計制造中來，立足于生產(chǎn)實際。在設(shè)計過程中我遇到了很多困難，可是我從不放棄，盡自己最大的努力解決，自己解決不了的我就去請教老師、同學(xué)他們都給了我很大幫助，使我深刻了解合作的重要性。在設(shè)計的最后階段就是設(shè)計說明書的編寫，通過編寫設(shè)計說明書把原來設(shè)計過程中凌亂的思路整理起來，用增強(qiáng)了我對Microsoft Word的操作能力，讓我在個人能力上更進(jìn)一步。
致 謝
在這近一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計中，我得到老師和同學(xué)非常大的幫助?？梢哉f如果沒有他們的幫助，我無法順利完成畢業(yè)設(shè)計。
一個人的能力是有限的，而集體的力量的無限的。在這次設(shè)計中，我最要感謝的就是我的導(dǎo)師于萍老師，她在百忙之中抽出時間為我們輔導(dǎo)，答疑。在設(shè)計初期我就遇到了一些困難，我在圖書館和網(wǎng)上找了好多天，也沒有找到有關(guān)攻絲組合機(jī)床的總體裝配圖的資料，我的設(shè)計被迫中斷，是老師的鼓勵和幫助使我沒有自暴自棄，又經(jīng)過近一周的努力，我逐漸對，我設(shè)計的機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)有了了解，畫出了總裝圖。接下來就是部件圖的設(shè)計，在設(shè)計過程中，有很多細(xì)節(jié)的問題我都搞不清楚，老師把我圖中的錯誤一一指出，我便開始在圖書館，找相關(guān)的書籍。比如在設(shè)計制動器時，一些零件的連接和配合我搞不懂，我們組長同學(xué)帶著我去圖書館一塊去翻閱相關(guān)書籍，終于找了有關(guān)制動器設(shè)計方面的書，幫我又一次解決的了困難。我們組的其他同學(xué)也給了我莫大的幫助，每當(dāng)我抱怨，煩躁的時候，他們都耐心開導(dǎo)我，鼓勵我，才使我沒有在困難面前屈服。在這里我還要感謝我的室友，每當(dāng)我在畫圖的過程中，遇到了一些畫法上的問題，我便向她們請教，她們便盡其所能的為我解答。
最后，我真誠的向他們說聲謝謝。
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附錄1
程序設(shè)計
ORG 000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP KEYJMP
ORG 0100H
MAIN: SETB IT0
SETB EX0
SETB EA
MOV DPTR, #0EF00H
MOV A, #02H
MOVX @DPTR,A
HERE: AJMP HERE
RX MOV R2, #03H
MOV TMOD, #20H
MOV TH1,#F3H
MOV TL1,#0F3H
MOV SCON, #0F0H
MOV PCON, #80H
SETB TR1
SETB 7FH
MOV 65H, #00H
MOV 64H, #10H
MOV 63H, #00H
MOV 62H, #01H
MOV 61H, #00H
SETB EA
SETB ES
WAIT: JB ES, WAIT
RET
PRINT: MOV R1, #60H
MOV R7, #XXH
MOV DPTR, #7FFFH
JNB P1.2, HALM
LOOP: MOV A, @R1
MOVX @DPTR, A
NOP
NOP
WAIT: JB P1.0, WAIT
INC R1
DJNZ R7, LOOP
HALM: SJMP HALM
附錄2
三維圖
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