SXSL—2型雙頭數(shù)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(shù)控螺紋銑床，此設備采用雙主軸對置結(jié)構(gòu)，整體設計結(jié)構(gòu)簡單，空間緊湊，能大幅度提高零件的加工效率。

關(guān)鍵詞： 雙主軸 數(shù)控螺紋銑 對置結(jié)構(gòu)

隨著中國制造業(yè)的不斷升級換代，人力成本快速上升。傳統(tǒng)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(jīng)遠遠不能滿足快速、高效生產(chǎn)螺紋的需求。面對鋼鋁復合采暖散熱器在國內(nèi)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(tǒng)的數(shù)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(jié)構(gòu)，配置自動上下料接口，方便生產(chǎn)線的組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、布局先進合理、操作方便等優(yōu)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(shù)控螺紋銑設備結(jié)構(gòu)見圖1所示。

2.設備性能特點

數(shù)控螺紋銑為臥式雙主軸數(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)控螺紋銑選用國產(chǎn)藍天數(shù)控系統(tǒng)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(tài)性能好、無爬行、定位精度高及性能穩(wěn)定可靠等特點。

數(shù)控螺紋銑每分鐘加工雙頭螺紋6至8個，比傳統(tǒng)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(shù)控螺紋銑可抵傳統(tǒng)設備約五臺。對直徑25以上的內(nèi)螺紋效率遠遠優(yōu)于數(shù)控車床和攻絲機；對30以上的外螺紋，效率遠遠優(yōu)于數(shù)控車床；目前大螺距外螺紋數(shù)控車削速度慢，搓絲機和滾牙機無法完成甚至很難完成。數(shù)控螺紋銑對大螺距外螺紋也可以輕松快速加工。由于數(shù)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(tǒng)設備比較，高效、高精度、雙頭同時加工、結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理的數(shù)控螺紋銑流水線，是全新一代螺紋加工設備，可極大節(jié)省人力成本、加工時間及大大節(jié)約加工場地，為企業(yè)帶來豐厚回報。

3.設備的關(guān)鍵技術(shù)

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(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，操作簡單，安全，在設計制造中解決以下關(guān)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(nèi)孔螺紋為正反牙螺紋，所以，我們在選用主軸配置旋轉(zhuǎn)接頭時，對主軸旋轉(zhuǎn)接頭分別提出要求。主軸在加工過程中一個正向旋轉(zhuǎn)，一個反向旋轉(zhuǎn)，所用高速旋轉(zhuǎn)接頭一個左旋，一個右旋。主軸及主軸高速旋轉(zhuǎn)接頭均選用臺灣知名品牌，根據(jù)要求進行定制，滿足設備的技術(shù)需求。

（2）左右主軸同軸度。為實現(xiàn)片石加熱器連接管兩端內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速及Z向進給要求同步，為解決兩主軸轉(zhuǎn)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(chǎn)線對接，必須實現(xiàn)工件的自動裝夾。因為雙主軸對置結(jié)構(gòu)，雙主軸同時加工，所以對夾具的夾緊要求比較高。夾具結(jié)構(gòu)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(tǒng)，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(fā)生震動及跑位，工件及刀具容易遭到損壞。

4.結(jié)語

該產(chǎn)品經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場考驗證明，性能可靠穩(wěn)定，完全滿足客戶需求，得到客戶好評。本產(chǎn)品不僅減少了制造零件種類，優(yōu)化了零件的加工工藝，使產(chǎn)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(chǎn)品的市場競爭力。

參考文獻：

[1]李才兒.單向螺紋銑刀發(fā)加工大直徑螺紋.新技術(shù)新工藝，2013.

[2]孫翀翔.小孔螺紋銑削加工.產(chǎn)業(yè)和科技論壇，2012.

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