台钻改装成自动往返攻丝机的研究与应用

兰希园

(咸宁职业技术学院，湖北咸宁 437100)

为适应高等职业教育“产学结合”发展需要，我院机电工程系实训中心积极响应，承接企业产品加工业务，2008年主要承接有箱体和液压阀体。产品加工过程中有较大量的攻丝需求，手工攻丝已难以满足生产要求。为节约生产成本和充分利用现有设备，同时也为提高专业教师技能水平，技术研发小组决定将实训车间一台小型台钻Z4016改装成简易自动往返攻丝机，自2008年投人使用以来，攻丝质量可靠，效率大幅度提高，比手工攻丝提高效率20倍以上，收到了较为满意的效果，该机改装后仍可钻孔、铰孔。

1 Z4016型台钻现状分析

Z4016采用塔轮结构增、减速，从电动机输出的动力，通过三角带直接传输到主轴，具有5种转速。

台钻主要是为钻孔设计制造的，其最大钻孔直径16 mm，转速范围480～4 080 r/min，这样高的转速，用于攻丝是不合适的。根据有关资料，考虑攻丝机及工件装夹的稳定性及人工的可操作性，攻4 0 Cr、20CrMnTi、A3等钢件螺孔80～407 r/min为宜，攻铸铁件螺孔80～233 r/min，80～130 r/min适宜于维修和工具制造时铰孔。阀体类产品材质一般为球墨铸铁，实践表明，在铸钢铸铁等材料上攻M16以下螺纹，转速一般应取80～100 r/min为宜。

2 攻丝机降速传动方案确定

台钻Z4016由电动机输出动力到主动轴，主动轴带动第一个塔轮，由三角皮带传动到第二个塔轮，第二个塔轮装在钻杆上，通过内花键带动。目前比较广泛的降速传动方案有串电阻调速、改变传动结构及增加传动装置等几种，通过方案讨论，技术小组最终确定通过改变传动结构这一方案实现传动降速。

具体实施做法:在两根轴上分别空套皮带轮，实现三级降速，达到所需转速，传动路线及装配结构［1］见图1。其传动路线为:

其中:第一个V带轮的基准直径为56 mm的皮带轮为主动轮，直接与电动机轴联接，通过V带将动力传到第一个150 mm带轮，由图可知，第一个150 mm带轮与第二个56 mm带轮组合成一个二联轮(参照传动齿轮是双联滑移齿轮结构)，称其为第一过渡轮，过渡轮通过轴承套在从动轮上;第二个150 mm带轮与第三个56 mm带轮组合成一个二联轮，称第二过渡轮，空套在主动轮上;140 mm带轮为从动轮，通过内花键传动至钻杆轴，靠轴承实现在机身上的定位，考虑到攻丝过程中扭矩较大，故设计成双槽结构。

3 钻夹头结构改进

由于钻夹头为三瓣瓦卡箍结构，当攻丝螺纹直径较大时，承受不了攻丝扭矩，经常造卡不牢、打滑。查阅了钻床攻丝夹具等相关资料后，选用了一个简便实用的夹具［2］见图 2，实践证明，此夹具设计合理、方便实用，可大大提高生产效率。

3.1 钻夹头的结构

(1)找一废旧钻头，将刀刃部分切除，留用钻柄部分，将留下的刀刃端加工成方榫形，用于和方榫套配套。

(2)找一合适材料做方榫套，在方榫套上加工出二个方孔，上端方孔与钻头上方榫相配，下端方孔与丝锥方榫相配。

此方榫套方便实用，采用螺钉夹紧，通用性强，可以针对不同规格的丝锥。在加工方榫套时，加工出与丝锥配套的方孔，无需更换钻头柄，方榫套可以采用废料(圆钢或者钢板)加工，加工简单方便。

3.2 夹具的使用方法

(1)把攻丝夹具装在钻床主轴上，调到攻丝所需转速，调节丝锥行程。

(2)将工件装夹到相应工作台夹具上，调整丝锥位置，开启电动机，将其对准工件孔，转动进给手柄使丝锥轻轻压在工件上，待攻进几扣丝后，可不必加力，丝锥自动进给。

(3)攻丝到行程设定位置，压下反向开关，接通电动机反转电路，丝锥反转，退出丝攻。

4 攻丝行程机械结构及控制电路设计

为了达到自动攻丝要求，最好的方法是让丝锥工作时正转，加工丝孔，退出时丝锥可以反转。通过分析得出，参照铣床工作台自动往返工作原理［3］，研制出攻丝行程控制机构和相应的控制电路。

4.1 攻丝行程机械结构

图3a是攻丝行程机械结构安装图，采用约100 mm×400 mm钢板，厚度在10～15 mm为宜，中心部位割开一个键槽形状孔槽，长度约为300 mm，槽宽50 mm，用于安装行程开关和做导杆的导向槽。钢板两端焊接两块小压板并钻孔，用于将板安装在台钻机身上，再自制一根导杆，导杆下端固连在台钻进给装置中，用来实现与丝锥同步做上下运动，上端用来推动行程开关(行程开关位置可以依据加工需要进行调节)，以接通相应的电路。

4.2 攻丝行程控制电路设计

结合攻丝行程机构，设计出相应的电气控制线路图，如图3b所示。分主、辅控制电路，主电路中，K1控制电动机正转，用于丝锥攻丝，K2控制电动机反转，用于当攻丝完成，带着丝锥反转。控制电路中，SE0为组合开关，控制辅助电路的通断，SB1为起动控制按钮，SQ1为上限位开关，SQ2为下限位开关。攻丝进，首先接通组合开关SE0，按下SB1丝锥正转，攻丝到达指定位置，导杆接通SQ2，接通反转电路，当退回到安全位置，导杆接通SQ1，丝锥正转，准备下一次攻丝，若工作完成，断开SE0组合开关即可。

为安全起见，在电路设计过程中，采用了机械和电气双重互锁控制。我们采用木板自制了一个电气控制箱，进台钻插头线引入K1接触器入端，K1接触器出端与电动机入端相连，K2接触器与K1接触器并联联接，并固定安装在控制箱内，分别在正、反转控制电路上串接了热保护继电器，实现过载保护。

5 结语

通过多年的实践操作证明，本项目改造后，达到了以下效果:(1)节约生产成本，充分利用闲置机床。(2)降低了工人劳动强度，实现了生产自动化，提高了加工效率。(3)技术改造简单可行，改造成本低廉，生产操作方便，机床运行平稳可靠。

因此，项目方案切实可行。

［1］周建清.台钻巧改攻丝机［J］.铁道机车车辆工人，1996(5).

［2］吴承彪.简单实用的钻床攻丝夹具［J］.机床与液压，1998(2).

［3］夏燕兰.数控机床电气控制［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［4］成大先.机械设计手册［M］.4版.北京:化学工业出版社，2002.

［5］胡建新.机床夹具［M］.2版.北京:中国劳动社会保障出版社，2001.

［6］兰希园.Z3040钻床控制电路PLC控制方法的研究［J］.微计算机信息，2010(5).