臺鉆改裝成自動往返攻絲機的研究與應用

蘭希園

(咸寧職業技術學院，湖北咸寧 437100)

為適應高等職業教育“產學結合”發展需要，我院機電工程系實訓中心積極響應，承接企業產品加工業務，2008年主要承接有箱體和液壓閥體。產品加工過程中有較大量的攻絲需求，手工攻絲已難以滿足生產要求。為節約生產成本和充分利用現有設備，同時也為提高專業教師技能水平，技術研發小組決定將實訓車間一臺小型臺鉆Z4016改裝成簡易自動往返攻絲機，自2008年投人使用以來，攻絲質量可靠，效率大幅度提高，比手工攻絲提高效率20倍以上，收到了較為滿意的效果，該機改裝后仍可鉆孔、鉸孔。

1 Z4016型臺鉆現狀分析

Z4016采用塔輪結構增、減速，從電動機輸出的動力，通過三角帶直接傳輸到主軸，具有5種轉速。

臺鉆主要是為鉆孔設計制造的，其最大鉆孔直徑16 mm，轉速范圍480～4 080 r/min，這樣高的轉速，用于攻絲是不合適的。根據有關資料，考慮攻絲機及工件裝夾的穩定性及人工的可操作性，攻4 0 Cr、20CrMnTi、A3等鋼件螺孔80～407 r/min為宜，攻鑄鐵件螺孔80～233 r/min，80～130 r/min適宜于維修和工具制造時鉸孔。閥體類產品材質一般為球墨鑄鐵，實踐表明，在鑄鋼鑄鐵等材料上攻M16以下螺紋，轉速一般應取80～100 r/min為宜。

2 攻絲機降速傳動方案確定

臺鉆Z4016由電動機輸出動力到主動軸，主動軸帶動第一個塔輪，由三角皮帶傳動到第二個塔輪，第二個塔輪裝在鉆桿上，通過內花鍵帶動。目前比較廣泛的降速傳動方案有串電阻調速、改變傳動結構及增加傳動裝置等幾種，通過方案討論，技術小組最終確定通過改變傳動結構這一方案實現傳動降速。

具體實施做法:在兩根軸上分別空套皮帶輪，實現三級降速，達到所需轉速，傳動路線及裝配結構［1］見圖1。其傳動路線為:

其中:第一個V帶輪的基準直徑為56 mm的皮帶輪為主動輪，直接與電動機軸聯接，通過V帶將動力傳到第一個150 mm帶輪，由圖可知，第一個150 mm帶輪與第二個56 mm帶輪組合成一個二聯輪(參照傳動齒輪是雙聯滑移齒輪結構)，稱其為第一過渡輪，過渡輪通過軸承套在從動輪上;第二個150 mm帶輪與第三個56 mm帶輪組合成一個二聯輪，稱第二過渡輪，空套在主動輪上;140 mm帶輪為從動輪，通過內花鍵傳動至鉆桿軸，靠軸承實現在機身上的定位，考慮到攻絲過程中扭矩較大，故設計成雙槽結構。

3 鉆夾頭結構改進

由于鉆夾頭為三瓣瓦卡箍結構，當攻絲螺紋直徑較大時，承受不了攻絲扭矩，經常造卡不牢、打滑。查閱了鉆床攻絲夾具等相關資料后，選用了一個簡便實用的夾具［2］見圖 2，實踐證明，此夾具設計合理、方便實用，可大大提高生產效率。

3.1 鉆夾頭的結構

(1)找一廢舊鉆頭，將刀刃部分切除，留用鉆柄部分，將留下的刀刃端加工成方榫形，用于和方榫套配套。

(2)找一合適材料做方榫套，在方榫套上加工出二個方孔，上端方孔與鉆頭上方榫相配，下端方孔與絲錐方榫相配。

此方榫套方便實用，采用螺釘夾緊，通用性強，可以針對不同規格的絲錐。在加工方榫套時，加工出與絲錐配套的方孔，無需更換鉆頭柄，方榫套可以采用廢料(圓鋼或者鋼板)加工，加工簡單方便。

3.2 夾具的使用方法

(1)把攻絲夾具裝在鉆床主軸上，調到攻絲所需轉速，調節絲錐行程。

(2)將工件裝夾到相應工作臺夾具上，調整絲錐位置，開啟電動機，將其對準工件孔，轉動進給手柄使絲錐輕輕壓在工件上，待攻進幾扣絲后，可不必加力，絲錐自動進給。

(3)攻絲到行程設定位置，壓下反向開關，接通電動機反轉電路，絲錐反轉，退出絲攻。

4 攻絲行程機械結構及控制電路設計

為了達到自動攻絲要求，最好的方法是讓絲錐工作時正轉，加工絲孔，退出時絲錐可以反轉。通過分析得出，參照銑床工作臺自動往返工作原理［3］，研制出攻絲行程控制機構和相應的控制電路。

4.1 攻絲行程機械結構

圖3a是攻絲行程機械結構安裝圖，采用約100 mm×400 mm鋼板，厚度在10～15 mm為宜，中心部位割開一個鍵槽形狀孔槽，長度約為300 mm，槽寬50 mm，用于安裝行程開關和做導桿的導向槽。鋼板兩端焊接兩塊小壓板并鉆孔，用于將板安裝在臺鉆機身上，再自制一根導桿，導桿下端固連在臺鉆進給裝置中，用來實現與絲錐同步做上下運動，上端用來推動行程開關(行程開關位置可以依據加工需要進行調節)，以接通相應的電路。

4.2 攻絲行程控制電路設計

結合攻絲行程機構，設計出相應的電氣控制線路圖，如圖3b所示。分主、輔控制電路，主電路中，K1控制電動機正轉，用于絲錐攻絲，K2控制電動機反轉，用于當攻絲完成，帶著絲錐反轉?？刂齐娐分?，SE0為組合開關，控制輔助電路的通斷，SB1為起動控制按鈕，SQ1為上限位開關，SQ2為下限位開關。攻絲進，首先接通組合開關SE0，按下SB1絲錐正轉，攻絲到達指定位置，導桿接通SQ2，接通反轉電路，當退回到安全位置，導桿接通SQ1，絲錐正轉，準備下一次攻絲，若工作完成，斷開SE0組合開關即可。

為安全起見，在電路設計過程中，采用了機械和電氣雙重互鎖控制。我們采用木板自制了一個電氣控制箱，進臺鉆插頭線引入K1接觸器入端，K1接觸器出端與電動機入端相連，K2接觸器與K1接觸器并聯聯接，并固定安裝在控制箱內，分別在正、反轉控制電路上串接了熱保護繼電器，實現過載保護。

5 結語

通過多年的實踐操作證明，本項目改造后，達到了以下效果:(1)節約生產成本，充分利用閑置機床。(2)降低了工人勞動強度，實現了生產自動化，提高了加工效率。(3)技術改造簡單可行，改造成本低廉，生產操作方便，機床運行平穩可靠。

因此，項目方案切實可行。

［1］周建清.臺鉆巧改攻絲機［J］.鐵道機車車輛工人，1996(5).

［2］吳承彪.簡單實用的鉆床攻絲夾具［J］.機床與液壓，1998(2).

［3］夏燕蘭.數控機床電氣控制［M］.北京:機械工業出版社，2006.

［4］成大先.機械設計手冊［M］.4版.北京:化學工業出版社，2002.

［5］胡建新.機床夾具［M］.2版.北京:中國勞動社會保障出版社，2001.

［6］蘭希園.Z3040鉆床控制電路PLC控制方法的研究［J］.微計算機信息，2010(5).