SXSL—2型雙頭數控螺紋銑床的設計制造

程愛華 程啟龍 郭天昊

摘 要： 本文介紹了一種雙主軸數控螺紋銑床，此設備采用雙主軸對置結構，整體設計結構簡單，空間緊湊，能大幅度提高零件的加工效率。

關鍵詞： 雙主軸 數控螺紋銑 對置結構

隨著中國制造業的不斷升級換代，人力成本快速上升。傳統的螺紋制造設備效率低，人力成本高，不能形成自動化流水操作，已經遠遠不能滿足快速、高效生產螺紋的需求。面對鋼鋁復合采暖散熱器在國內的大量制造，對雙頭G1正反牙螺紋管件的需求以每日百萬計，傳統的數控螺紋車床車該螺紋僅為每分鐘2-3個（單頭），效率極低，迫切需要新的加工理念與設備。為了改變目前這一狀況，我們研究、設計出SXSL-2型雙頭螺紋銑專用設備。

1.總體布局

本設備為機電液一體化設計。設備采用了雙主軸對置結構，配置自動上下料接口，方便生產線的組成，具有結構緊湊、布局先進合理、操作方便等優點。主機部分主要由左床身、右床身、左主軸箱、右主軸箱、拖板、工作臺、自動夾具、上下料口等部件組成，數控螺紋銑設備結構見圖1所示。

2.設備性能特點

數控螺紋銑為臥式雙主軸數控螺紋銑，采用四軸控制，四軸可自動定位。專用夾具將螺紋管件自動夾緊，夾具體帶著螺紋件隨著拖板及工作臺做X、Y向插補運動，左右主軸箱分別實現Z向進給運動，左右主軸同時并一次性完成片石加熱器連接管的兩端螺紋的加工，實現工件裝夾后一次性完成多道工序加工，縮短原有工序二次裝夾二次加工的時間，大大提高加工效率。

數控螺紋銑選用國產藍天數控系統GJ301M，通過5.5kW的主軸電動機及皮帶傳動將動力傳遞到左右主軸上。各軸向采用進口精密級絲杠螺母副及導軌，采用高精度絲桿專用支撐軸承，并對滾珠絲桿進行預拉伸，確保絲桿傳動精度，使設備具備動態性能好、無爬行、定位精度高及性能穩定可靠等特點。

數控螺紋銑每分鐘加工雙頭螺紋6至8個，比傳統設備效率大大提高五六倍，適合大批量大批次螺紋加工。一臺數控螺紋銑可抵傳統設備約五臺。對直徑25以上的內螺紋效率遠遠優于數控車床和攻絲機；對30以上的外螺紋，效率遠遠優于數控車床；目前大螺距外螺紋數控車削速度慢，搓絲機和滾牙機無法完成甚至很難完成。數控螺紋銑對大螺距外螺紋也可以輕松快速加工。由于數控螺紋銑加工參量由控制箱自由設定，自動加工精度可控達到0.01mm，并自動檢測螺紋部件。對操作員工技能要求不高，普通員工簡單培訓即可完成高要求的螺紋加工。

與傳統設備比較，高效、高精度、雙頭同時加工、結構緊湊、布局合理的數控螺紋銑流水線，是全新一代螺紋加工設備，可極大節省人力成本、加工時間及大大節約加工場地，為企業帶來豐厚回報。

3.設備的關鍵技術

本設備各功能部件布局緊湊合理，外觀造型宜人，功能齊全，上下料方便。設備操作站采用旋轉式結構，操作簡單，安全，在設計制造中解決以下關鍵問題。

（1）加工排屑。因為片石加熱器連接管兩端加工導致排屑困難，為了解決這個問題，在主軸上配置主軸中心出水功能，靠主軸中心出水將切削排除管件中心孔。片石加熱器連接管兩端內孔螺紋為正反牙螺紋，所以，我們在選用主軸配置旋轉接頭時，對主軸旋轉接頭分別提出要求。主軸在加工過程中一個正向旋轉，一個反向旋轉，所用高速旋轉接頭一個左旋，一個右旋。主軸及主軸高速旋轉接頭均選用臺灣知名品牌，根據要求進行定制，滿足設備的技術需求。

（2）左右主軸同軸度。為實現片石加熱器連接管兩端內孔螺紋的同時加工，本設備的左右主軸同軸對置，并且雙主軸可在軸向移動中進行工件的上下料。由于工件的兩端螺紋的同時加工，這就對左右主軸的同軸度、主軸轉速的同步及Z向進給同步提出很高的要求，同軸度允差≤0.01mm。為解決這個問題，設計時，在左右床身加工時采用連接座、左右床身組合加工；左、右主軸箱一次裝夾，一次性加工；通過一次裝夾加工，保證左右主軸箱安裝基準面的一致性要求。裝配過程以左右床身導軌安裝靠面為基準，通過修配基準靠面，從而達到左右主軸的同軸要求；主軸轉速及Z向進給要求同步，為解決兩主軸轉速及Z向進給同步問題，設計時分別在左右主軸及主軸箱上安裝分辨率為1024的增量式編碼器，用于速度反饋。

（3）自動夾具。為了能快速便捷的與自動化生產線對接，必須實現工件的自動裝夾。因為雙主軸對置結構，雙主軸同時加工，所以對夾具的夾緊要求比較高。夾具結構如圖2所示。工件自進料道落下，取料氣缸伸出與夾緊塊配合夾緊工件，夾緊氣缸伸出，取料氣缸同步退回，將工件推送到V型塊所在的工作位。工件到位夾緊后，工件就位指令反饋給系統，其他各軸配合完成工件的兩端螺紋加工。零件加工完畢，夾緊氣缸退回，工件自動落至出料盤。在此過程中，夾緊氣缸的出力要求比較大，夾緊氣缸如果力道不夠，將導致工件在加工過程中受切屑力的影響發生震動及跑位，工件及刀具容易遭到損壞。

4.結語

該產品經生產現場考驗證明，性能可靠穩定，完全滿足客戶需求，得到客戶好評。本產品不僅減少了制造零件種類，優化了零件的加工工藝，使產品成本得到有效控制，而且占地面積小，提高了客戶及我公司產品的市場競爭力。

參考文獻：

[1]李才兒.單向螺紋銑刀發加工大直徑螺紋.新技術新工藝，2013.

[2]孫翀翔.小孔螺紋銑削加工.產業和科技論壇，2012.

本文為面向機床及自動化生產線的機器人關鍵部件研發的研究成果之一，項目編號為CE20130037。