攻丝多轴箱的设计特点讲解

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1、攻丝多轴箱的设计特点1.攻丝组合机床结构方案的选择1.1 组合机床上常用的攻丝方法在组合机床上常用丝锥攻制螺纹，其特点是在一定的轴向压力和扭矩作用下，当丝锥攻入螺纹底孔12 扣后，则丝锥自行引进，主运动和进给运动之间的严格关系由丝锥自身保证，这就是所谓“自引法”攻丝 若丝锥每分钟回转n转，则有：S丝=宀式中：S丝一一丝锥每分钟自行引进量（毫米/分）；n丝锥每分钟转数（转/分）；t丝锥的螺距，多头螺纹为导程（毫米）。 为了保证丝锥稳定可靠地攻入工件和不干扰丝锥的自行引进，要求攻丝主轴系统向前进给与丝锥的自 行引进完全同步。即：V Sf 丝V主轴系统的进给量（毫米/分）。 实际上，无论那一种攻丝主

2、轴系统都难于达到完全同步这一点。因此，在组合机床上，丝锥和攻丝主 轴系统绝大多数都不是刚性连接，而是在二者之间设有进给差的补偿环节，补偿越灵活则加工出的螺纹精 度越高。1.2 常用攻丝组合机床的结构方案 通用机床加工螺纹的特点是主运动和进给运动之间保持严格的传动比关系，即内联系传动。攻丝组合 机床也不例外。根据实现内联系传动系统所选用的机构不同，攻丝组合机床可以分为下列两大类：（1）采用攻丝动力头的攻丝组合机床 当被加工零件的孔数量较多，深度不大，且全部为攻丝工序时，可采用攻丝动力头。攻丝动力头结构复杂，传动误差大，攻丝卡头不易完全补偿，所以加工精度低，加工的螺孔精度一般 低于 3 级，因此未

3、能得到广泛的应用。（2）采用攻丝靠模装置的攻丝组合机床 用攻丝靠模装置加工内螺纹的特点是，攻丝主轴系统的进给运动由攻丝靠模机构得到。靠模机构由靠模螺杆和靠模螺母组成，其螺距应等于被加工螺孔的螺距，当靠模螺杆每转一转时，则 带动丝锥向前进给一个螺距t，要求t尽量接近t。杆 杆 工图 1 攻丝装置原理图1 一电机； 2 一主轴箱；3主轴；4 一靠模螺母5 一靠模杆； 6 一攻丝接杆攻丝靠模应用于攻丝装置中的情况如图1所示。从 图中可见，电机驱动主轴通过靠模螺杆带动丝锥回转， 靠模螺杆5通过攻丝接杆6与丝锥连接，攻丝接杆6是 攻丝主轴靠模系统进给量与丝锥自行引进量的补偿环 节。当主轴及靠模螺杆5正转

4、时，由于靠模螺母4的作 用，使靠模螺杆按螺母的螺距带动丝锥进给，攻丝结束 后，主轴反转，丝锥退回。由于攻丝过程中，只是靠模螺杆 5 带动丝锥轴向移 动，因此主轴与靠模螺杆连接处，轴向应可以相对滑动，一般用滑键连接，滑动的最大距离即攻丝的最大行程。按标准设计，一般不超过60 毫米。至于整个攻丝装置，只要保留快速、调整等辅助运动即可。此种攻丝方法，靠模可以经磨制得到较准确的螺距，由于靠模杆带动丝锥进给比较轻巧，再加上又有 攻丝接杆补偿攻丝主轴靠模系统与丝锥自行引进的进给差，则攻丝时可得到较高的精度，一般可加工出 2 级精度螺孔。与攻丝动力头比较，攻丝装置除了具有结构简单，制造成本较低的特点外，还由

5、于每根靠模杆都各自 具有自己的螺距数值，因此可用一个攻丝装置方便地加工出不同尺寸规格的螺纹，且可各自选用合理的切 削用量。用靠模原理进行攻丝的机床可分为两种型式：一种是把攻丝靠模直接装在主轴箱内，组成用于整台机 床或个工位全部是攻丝工序的攻丝装置。它的特点是刚性好，结构较简单，但调整更换丝锥不方使。另 一种是用攻丝模板，即将攻丝靠模系统装在模板上，模板用固定在多轴箱上的导杆导向，攻丝模板对于被 加工工件要有定位装置，定位销和孔一般分置在攻丝模板和夹具上。这种方法结构较复杂，刚度亦差些， 但其调整更换丝锥方便，且使用时灵活性大，普通的多轴箱上加上攻丝靠模板就能进行攻丝。当攻丝工序 和其他钻孔工序

6、需在一个多轴箱上同时进行，即钻孔攻丝复合时，则用此种形式最为方便。用钻孔攻丝复合模板进行攻丝，其传动原理如图2。1 一钻孔用电机； 2攻丝用电机； 3钻、攻复合主轴箱；4 一弹簧；5 一靠模螺母；6 一靠模螺杆： 7 一丝锥；8 一模板；9 一钻孔主轴；10动力滑台； 11 一动力箱；此种加工方法，攻丝主轴由单独电机带动。整个攻丝过程应在钻孔的工进中完成，即丝锥从孔中退出后稍停（通常为0.1分钟），动力滑台继续进给1距离，然后动力滑台才带动整个主轴箱快退。一般攻丝：综合上述各例，可知攻丝的工作循环如下：（主轴正转）原柱快进.1攻进”丁攵退停止快退（主轴反转）钻孔、攻丝同时进行：k原位 快进攻进

7、（主轴正转）攻退（主轴反转）工进l为攻丝主轴启动时，动力滑台已工作进给的距离；11为攻丝主轴停转时，动力滑台继续工作进给的距 离。为了使多轴箱完成上述的攻丝工作循环，一般是借助攻丝行程控制机构来实现的。目前生产中使用的 攻丝行程控制机构种类甚多，后面将对最常用的作简单介绍。2. 攻丝卡头及攻丝靠模装置2.1 攻丝卡头（1）攻丝卡头的作用攻丝卡头用于连接丝锥和攻丝主轴，其主要作用是：1）保证丝锥与被加工的螺纹底孔自动对中，并保证丝锥顺利地引进。2）补偿丝锥每分钟引进量与攻丝主轴每分钟进给量之差值，保证丝锥引进与主轴进给同步。因此，要求 攻丝卡头有很好的定心性和补偿灵活性，径向尺寸应较小，以适应中

8、心距小的螺孔加工。（2）攻丝卡头的主要型式1）丝锥“超前”进给的单向补偿攻丝卡头 丝锥“超前”进给，是指丝锥每分钟引进量大于攻丝主轴每分钟进给量，其差值由攻丝卡头中的拉力 弹簧补偿。这种攻丝卡头常见的两个结构实例如图3 和图4所示。图 3 “超前”进给的单向补偿攻丝卡头1-丝锥；2-紧定螺钉；3-丝锥方头；4-锁紧圆螺母；5-卡头芯杆；6-扁销；7-拉簧；8-卡头体；9-半月键；10-轴向固定螺钉图 3中，丝锥1安装固定于卡头芯杆5中，芯杆尾部圆柱装配于卡头体8 孔内，拉簧7 一端固定于卡 头体 8 上，另一端则固定在芯杆5 尾部，卡头体8 装于攻丝主轴或靠模杆孔中，由两螺母4调整轴向位置，

9、螺钉10作轴向固定，半月键9 把动力传递到卡头体8 ，再通过扁销6传到卡头芯杆5和丝锥。在攻丝过程中，每当丝锥超前时，弹簧拉长，芯杆5在卡头体8 孔中滑动，又芯杆5与扁销6 配合是 一个长槽，槽的长度和芯杆的起始位置决定了补偿量的大小，因补偿时扁销6 在槽中有滑动摩擦，限制了 补偿灵活性的提高。为克服这一缺点，出现了另一种攻丝卡头结构，如图 4，其结构原理基本上和图3 相同， 主要差别之处就是由补偿时扁销与长槽的滑动摩擦改为如图4 所示的四排钢球6 与卡头体7 的滚动摩擦， 由销子 6 改为钢球6 传递切削扭矩。上述的攻丝卡头，经常与攻丝靠模组成攻丝装置，一般使攻丝靠模的螺距比丝锥螺距小12%

10、。这种 结构开始攻丝时，丝锥是强制攻入螺孔的，可得到准确的攻丝深度。图 4 丝锥“超前”进给的单向补偿攻丝卡头1-丝锥；2-弹簧夹头；3-锁紧螺母；4-芯杆；5-螺钉6-钢珠；7-卡头体；8-拉簧；9-圆螺母；10-键2）主轴“超前”进给的单向补偿攻丝卡头 主轴“超前”进给，是指攻丝主轴每分钟进给量大于丝锥每分钟的引进量，其差值由攻丝卡头中的压 力弹簧来补偿。这种卡头常见的结构如图5 所示。图 5 主轴“超前” 进给的单向补偿攻丝卡头1-卡头芯杆；2-销；3-罩套；4-卡头体；5-压力弹簧；丝锥用弹簧卡头装于卡头芯杆1中，芯杆尾部装于卡头体4孔中，其中有一小段用H7/j7公差与孔配 合，压力弹

11、簧 5 一端顶于卡头体上，另一端则作用于芯杆的尾端。卡头体4 装在靠模杆或主轴孔中，用螺 母调整丝锥轴向位置，并用螺钉作轴向固定。平键把动力传给卡头体4，再通过销子2传给芯杆1和丝锥， 罩套3用于防止销子2 脱落和杂物进入槽中。攻丝开始前，销子 2 紧靠长槽的前端，当主轴超前时可压缩弹簧 5 补偿。这种攻丝卡头的结构，丝锥 在开始攻丝时遇到硬材料或丝锥钝化时，轴向力增大，卡头就有可能压缩弹簧 5 向后位移。因此开始攻丝 时，丝锥不是强制攻入螺孔的，所以不易准确地保证攻丝深度。补馈时，销子2 在槽中是滑动摩擦，由于 卡头芯杆只有一段圆柱凸缘与卡头体孔按H7/j7配合，尾柄与相配孔间有较大间隙，这

12、样芯杆可绕凸缘回 转，使丝锥与螺纹底孔对中，以补偿丝锥与螺纹底孔的偏心。弹簧的预压力，最好稍大于丝锥开始切入被 加工螺纹底孔所需的轴向力，而小于丝锥的进给抗力。上述攻丝卡头，与攻丝动力头配套，可攻出3 级精度的螺孔。若与攻丝装置配套，可攻出2 级精度的 螺孔。用丝锥攻制更高精度的螺纹，可采用补偿极为灵活的另一种主轴“超前”进给单向补偿攻丝卡头，在 这种卡头中，补偿时，卡头芯杆和卡头体接触表面的滑动摩擦被滚动摩擦所代替。此种卡头与攻丝靠模组 成攻丝靠模装置，可加工出 1 级精度螺纹孔。2.2 攻丝靠摸装置 在组合机床上攻制螺纹较多地采用攻丝靠模装置。其原理仍然是“自引法”攻丝。这种攻丝装置的进

13、给运动，直接由靠模螺杆、螺母得到。(1)通用的T0281型攻丝靠模装置 这种攻丝靠模装置，通常由攻丝靠模和攻丝卡头配合组成攻丝装置，并由攻丝装置配置成攻丝组合机 床，如图 6 所示。主伯磁台商.也IlTrti=BTtrKFfl 阳mJ* 心也：图 6 T0281 型攻丝靠模装置结构图1-靠模杆；2-套筒；3-压板；4-衬套；5-弹簧；6-接合子；7-靠模螺母；8-攻丝卡头 动力由攻丝主轴通过双键传到攻丝靠模杆1，再经平键传递给攻丝卡头8上的丝锥。靠模螺母7通过结 合子6和弹簧5装在套筒2内，套筒由压板3压在靠模板上。攻丝时，靠模杆1 边转动边向前移动，其进 给量与丝锥引进量相同。压板 3 的压

14、力要适当，以保证丝锥遇到故障不能前进时，扭力增大，靠模杆与靠 模螺母同时转动，停止进给，避免破坏传动件或扭损丝锥。这种装置易于调整，只要松开压板3，则可方便地将攻丝靠模取出，且在变动被加工螺孔规格时，易装 卸调换。但由于整个结构轴向尺寸较大，因此不能组成钻攻复合的组合机床。(2)通用的T0282型攻丝靠模装置这种攻丝靠模装置的特点，是不用单独的攻丝卡头，而由靠模杆兼作卡头体。此种结构轴向尺寸较小， 如图 7 所示。图 7 T0282 型攻丝靠模装置结构图1-丝锥;2-芯杆;3-销;4-压板;5-靠模螺母;6-弹簧;7-靠模杆;8-弹簧键;9-弹簧；10-销子；a-螺孔这种装置主要用于活动攻丝模

15、板和钻攻复合模板。活动攻丝模板可与普通多轴箱配合，组成攻丝组合机床。钻攻复合模板亦可和多轴箱配套，但多轴箱内攻丝系统要由单独电机传动，如图2 所示。 动力由主轴通过弹簧键8传到靠模杆7，再通过销子3传给芯杆2和丝锥1。靠模螺母6 通过定位销10 和压板 4 固定在模板上；攻丝时靠模杆边转动边向前进给，因靠模螺纹的螺距与丝锥螺距不可能绝对相等， 进给差由弹簧6 补偿。如攻丝遇到故障，靠模杆不能前进，则螺母5 后退将压板4 顶开，直到螺母5脱离 销子10时，靠模螺母5与靠模杆7 一起转动，以避免丝锥和其他元件的损坏。丝锥至工件端面距离的调整：在装配时可转动靠模螺母5，使靠模杆7 移动到需要的位置，

16、然后打上销子10,用压板4压紧靠模螺母5。在使用过程中，则可用紧定螺钉旋入螺孔a中，压缩弹簧9,使弹簧键8 脱离主轴键槽，然后旋转靠模杆7，使之作轴向移动。这种调整方法所获轴向行程距离数值只能是靠模杆螺 距的倍数。调整时要转动攻丝主轴，才能使 a 孔外露。因而，对于主轴多的主轴箱，调整起来较麻烦。3. 活动攻丝模板及钻攻复合模板 活动攻丝模板多用于多工位组合机床或自动线的单工位组合机床。其结构与活动钻模板有很多相同之 处，如导向、定位装置等。不同之处在于钻孔时模板上多安装各种导向套，而攻丝则装有攻丝靠模装置。 如只有攻丝工序，可用活动攻丝模板。若在钻孔的同时进行攻丝，则用钻攻复合模板。当采用单

17、独的活动攻丝模板而在模板定位的同时启动攻丝时，为了能正常工作，必须保证两个条件： 其一，丝锥在动力部件工作进给过程中攻至最前端时，靠模杆尾部在主轴孔中要有足够的（最小的）重合段长 度K；其二，在动力部件工作进给至终点，丝锥已反转退回原位时，靠模杆尾部在主轴孔中的最大重合长 度（助应保证靠模杆尾端不碰撞主轴孔底部。设计时，坷的计算可参考图8。图8 的计算参考图S图中，l攻丝及退回时动力部件分别工作进给距离，l =分动xL ； I 攻丝完毕，丝锥退回停l1 S攻 2分攻止后，动力部件继续前进的距离；位置A活动攻丝模板定位并同时启动攻丝时主轴端部位置；位置A1 动力部件工作进给过程中，丝锥攻至终点时

18、主轴端部位置；位置a2动力部件工作进给过程中，攻 丝循环结束，丝锥退回原位时主轴端部位置；位置a3攻丝循环结束，丝维退回原位后，动力部件工作 进给至终点时主轴端部位置。从图 8 推得：S分动S分攻攻丝多轴箱的设计特点 7 式中：K最小重合段长度，设计时由表查得；L 2 动力部件工作进给至终点时，活动攻丝模板与动力部件主轴相对位移；S 动力部件每分钟进给量；分动S 丝锥每分钟进给量； L 攻丝行程长度。分攻 攻公式使用条件是：计算L1时，无论用活动攻丝模板或钻、攻复合模板，都应在模板定位的同时启动攻 丝主轴。如在模板定位后，动力部件进给一段距离才启动攻丝主铀，则需用另外公式计算，读者可自己推 导

19、。4. 攻丝行程控制机构 攻丝行程控制机构用来控制攻丝工作循环，常见的形式有两种。4.1 回转式攻丝行程控制机构这种型式在大型主轴箱中应用很广，已列入标准的有T7941型、T7942型，两种型号工作原理相同。 后者采用了组合行程开关。根据要求，它可以安装在多轴箱的左、右侧面或顶面上，T7942型结构如图9。组合 行程开关图 9 T7942 型攻丝行程控制机构1-互锁挡铁；2-反向挡铁；3-原位挡铁；4-蜗杆；5-蜗轮；6-挡铁盘；7-原位触点；8-互锁触点；9-反向触点 攻丝主轴正向切削回转时通过齿轮（往往在主轴与蜗杆之间不止一对齿轮，图中未示出）蜗杆4、蜗轮5， 带动挡铁盘6回转，当攻丝到全

20、深，盘6相应地转过一定角度，盘上的反向挡铁2压下组合开关中的反向 触点9，攻丝电机反转带动丝锥反转退回，盘6亦随之反转，待丝锥退到原位，盘上原位挡铁3 重新压下原 位触点 7，切断电机电源，主轴停止转动，至此一个攻丝循环结束。若原位或反向触点失灵，互锁挡铁1 随 即压下互锁触点 8（或称越限保护开关），使攻丝电机断电起保护作用。在设计攻丝主轴箱时，要安排攻丝主轴与挡铁盘6 之间的传动环节，其传动比计算如下：丝锥每前进一个螺距t时（多头螺纹为一个导程），攻丝主轴要转一转，故攻丝全深为L时（L应包括切入L长度和切出长度），则主轴应转n攻 -转。图 10 直线式攻丝行程控制机构示意图根据 T7942

21、 攻丝行程控制机构组合开关和挡铁的布置关系，在完成一个攻丝行程时，挡铁盘的回转角 度须在120300范围内，约为0.330.83圈。因此，攻丝主轴到挡铁盘的传动，应满足下式要求：Z Z Zn x 1 3杆二 n攻 Z - ZZ盘2 4蜗式中：Z = 1 ； Z = 24 ； n = 0.330.83 ；杆蜗盘Z、Z2、Z3、Z4、为中间传动齿轮。由此可以得出攻丝主轴至蜗杆轴的传动比.Z - Z （0.330.83） x 24i 二 13二Z - Z n24攻设计攻丝主轴箱时，应先定主轴传动系统，再计算攻丝行程控制传动系统。如可能，尽量使中间传动 齿轮Z、Z2、Z3、缩减到最少。因T7942为通

22、用部件，其结构尺寸已定，在结构安排时应使蜗杆轴的 轴心线与主轴箱体外壁相平行，且距离箱壁外表面为80mm的位置上，这样才能与控制机构的蜗轮相啮合。 如小于80mm,则应设法在箱外壁上加凸台或垫板解决。蜗杆在蜗轮上方或下方均可，只影响挡铁盘的转向， 转向不同则选用的控制机构型号不同。机构也显得复杂。如在较小的多轴箱上安装有上述的回转式攻丝行程控制机构主要缺点是体积较大困难时，可采用直线式的攻丝行程控制机构。2.直线式攻丝行程控制机构直线式攻丝行程控制机构，列入标准的有T7943型，其传动原理如图10所示。攻丝主轴1由多轴箱的传动系统带动回转时，边回转 边进给的攻丝靠模杆8带动挡铁架3沿固定的导向

23、杆7移 动，挡铁架上固定有挡铁2和6。当攻丝主轴正转时，靠 模杆8带动丝锥向前进给，此时挡铁6放开原位开关5， 当丝锥攻到所要求的深度时，挡铁3压下反向开关4,发 出攻丝电机反转信号，攻丝主轴带动丝锥反转退回。丝锥 退至原位，挡铁6压下原位开关5,切断攻丝电机，完成 一个攻丝工作循环。在这种直线式攻丝行程控制机构上，也可加上“越限保护开关”达到安全保护的目的。直线式攻丝行程控制机构传动部分比较简单，调整方便，目前已广泛应用于攻丝工序上。1主轴；2、6-挡铁；3-挡铁架；4-反向开关；5. 设计攻丝主轴箱的其他问题5原位开关；7导向杆；8攻丝靠模杆5.1 攻丝电机功率及转速的选择 确定攻丝电机功

24、率时，应考虑丝锥钝化的影响，一般按计算功率的 1.52.5 倍选取。由于攻丝主轴的转速一般都比较低，为了便于设计和简化传动系统，通常 采用n=1000转/分的电机。但在相同功率条件下，低转速电机比高转速电机的重量和尺寸都要大些，故有 时也采用同步转速n=1500转/分的电机。5.2 攻丝主轴的制动 攻丝主轴制动的目的是消除攻丝主轴靠模系统在其电机反转停止时的转动惯量，使丝锥迅速而准确 地停止在原位上。除一些主铀数少且转动惯量小的攻丝多轴箱外，一般攻丝主轴都要制动。常用的制动方式有制动电机和电磁抱闸两种。前者结构简单，制动效果较好。如外购不到制动电机时 可用普通电机进行改装，在电机尾端加制动器即可。电磁抱闸制动器结构较复杂，其制动效果与制动轮转 速有关，制动轮转速越高，其制动效果越好。二O四年三月十二日星期三