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成都理工大学工程技术学院毕业论文螺板攻丝机及刀具和夹具设计作者姓名： 龙 小 虾 专业名称： 机械工程及自动化指导者： 戢老师 二0一一年5月螺板攻丝机及刀具和夹具设计摘要随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向。本次设计工作将设计一台双面卧式攻丝组合机床。因此，目的是使设计出的机床结构简单、使用方便、效率高、质量好。从而选择最佳的工艺方案，合适地确定机床工序集中程度，合理地选择组合机床的通用部件，恰当的组合机床的配置型式，合理地选择切削用量，以及设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱就是本次设计主要内容。具体的工作就是要制定工艺方案，进行机床结构方案的分析和确定，进行组合机床总体设计，组合机床的部件设计和施工设计，机床夹具设计以及刀具的设计。关键词：工艺规程 攻丝机床 夹具 刀具AbstractWith the rapid development of modern industrial technology, especially as it in the rapid development of automation field, combination machine tools research has become the most machine manufacturing sector an important direction. This design work will design a double-sided horizontal tapping combination machine tools. Therefore, the purpose is to make the machine designed simple structure, easy to use, high efficiency and good quality. To choose the best of technological scheme determined machine, suitable process, a reasonable choice concentration degree of general parts portfolio tools, appropriate combination machine tools configuration type, a reasonable choice, and design efficient cutting dosages of fixture, tools, tools and the spindle box is the design of the main content. The job is to formulate specific process scheme, carries on the machine structure project analysis and determine the overall design, combination machine tools, combination machine tools parts design and construction design, the machine tools fixture design and tool design。Keywords：technological procedure，Tapping machine，fixture，tool 目录摘要IAbstractII目录III前言11 绪论21.1 本次设计的目的及意义21.2 国内外同类研究概况21.2.1 国外研究状况21.2.2国内研究状况22组合机床概述42.1组合机床及其特点42.2攻丝组合机床的结构方案62.3组合机床发展趋势83组合机床总体设计93.1确定组合机床方案93.1.1被加工零件特点93.1.2确定机床布局103.2确定切削用量113.2.1选择切削用量113.2.2确定F.P.T123.3组合机床设计133.3.1被加工零件工序图133.3.2加工示意图143.3.3机床生产率计算卡214机床夹具设计254.1机床夹具的用途及使用优点254.2定位装置设计与定位误差分析254.3夹紧装置设计与选型305丝锥的设计325.1丝锥结构尺寸325.1.1长度335.1.2柄部直径和方头尺寸345.2丝锥各主要参数的确定345.2.1切削锥部345.2.2校准部分375.2.3丝锥沟槽的设计385.3丝锥螺纹公差405.4丝锥材料、热处理和表面处理435.5丝锥表面光洁度445.6丝锥工作图45总结46致谢47参考文献4851前言毕业设计是对大四学生专业考核的一个重要环节，通过系统的运用基础知识、基本技能以及设计能力、逻辑分析能力、调查研究、查阅文献、收集资料、撰写论文等各方面能力进行的综合设计的过程，将所学的理论知识和现实设计生产做了初步尝试性的结合。通过做毕业设计锻炼了我们的逻辑思维能力，拓宽了我们的知识视野，增强了我们的专业知识运用能力。本次设计所进行的研究具有十分重要的理论意义。随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。现代大型工业技术的飞速发展，降低了组合机床的实现成本，软件支持机制也使得实现变得更为简单。1 绪论1.1 本次设计的目的及意义目前，组合机床的需求量很大，国家鼓励其出口。而国内汽车工业的迅速发展也势必导致各类零部件加工量的增大。因此，组合机床可多刀、多轴、多面、多工位加工的优点就显得犹为突出。本设计就是在攻丝组合机床的设计基础上，将PLC控制技术和液压控制技术应用到其中，以便进一步提高组合机床的自动化程度。1.2 国内外同类研究概况1.2.1 国外研究状况 1952年美国生产出了第一台数控机床，此后，日本、德国、意大利等国家的一些木工机床的制造厂家应用机电一体化技术，相继推出了各种先进的机床。目前，螺纹加工机床已经与液压系统，气压系统和数控系统结合生产出了很多先进的攻丝机，例如：西班牙的才CMA攻丝机系列，等等。 目前，机床加工正在向复合化，高速化，精密化，高效能化，智能化，环保化方向发展而螺纹加工正在向高效率，高自有度，高生产率，高自动化，高定位速度和高切削速度，低成本方向发展。1.2.2 国内研究状况我国自改革开放以来，虽然机床加工机械的技术水平及产品质量有着显著的提高，但与先进的发达国家相比差距较大，主要存在的问题有：水平低、仿制多、品种少、自动化程度不高，外观质量不高，机床机械合格率低，远低于同类机械产品的平均合格率。螺纹加工机床和其他机床一样发展缓慢。如今，国内组合机床的科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业。是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台式组合机床等；随着技术的不断进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线）等在组合机床行业中所占份额也越来越大。同时，国内生产的中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞力。但在中、高档数控机床方面，与国外一些先进产品相比，仍存在较大差距。螺纹加工的数控化程度也很低。虽然我国现在的水平很低不过我们有很好的发展前景：首先，我国的政策调整有利于车床行业的发展；第二，产业转移给车床行业的发展带来了机遇；第三，下游行业成长较快；第四，数控车床消费增长较快。而螺纹加工的攻丝机只是车床中的一个部分，当然也具有很好的发展前景。目前国内有很多的组合机床仍然采用继电器控制，使用不便，且较为落后。而国外同行业则较多采用PLC先进技术集成控制来实现生产自动化，已形成一系列自动化程度较高的生产流水线，大大提高了生产效率和节省了成本。2 组合机床概述2.1 组合机床及其特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成多种工序，生产效率高，加工质量稳定。组合机床与通用机床，其他专用机床比较，具有以下特点：（1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的百分之七十到百分之八十，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。（2）由于组合机床用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。（4）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。（5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专门机床时，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。（6）组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。图2-1表示由通用部件和少量专用部件组成的卧式组合机床。1中间底座；2夹具；3主轴箱；4动力箱5滑台；6滑座；7床身（侧底座）图2-1 卧式组合机床及其组成部件组合机床常用的通用部件有：动力部件、输送部件、支承部件、控制部件和辅助部件。其中动力部件有4种：（1）主运动动力部件动力箱、多轴箱、单轴头；（2）进给运动部件液压滑台、机械滑台；（3）既能实现主运动又能实现进给运动的部件动力头；（4）为单轴头变化主轴转速的跨系列通用部件。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。而只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。固定在动力箱上的主轴箱是用来布置切削主轴，并把动力箱输出轴的旋转运动传递给各主轴的切削刀具，由于各主轴的位置与具体被加工零件有关，因此主轴箱必须根据被加工零件设计，不能制造成完全通用的部件，但其中有很多零件（例如：主轴、传动轴、齿轮和箱体等）是通用的。床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要是由这些部件保证。移动的或回转的工作台的重复定位精度直接影响组合机床的加工精度。除了上述主要部件之外，组合机床还有各种控制部件，主要是控制机床按顺序动作，以保证机床按规定的程序进行工作。组合机床的通用部件，绝大多数已颁布成国家标准，并按标准规定的名义尺寸、主参数、互换尺寸等定型，各通用部件之间有配套关系。因此，在进行本设计时，主要根据被加工零件的尺寸、形状和技术要求等来完成组合机床的整体设计。2.2 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攻丝动力头用于同一方向单纯攻丝工序。利用丝杠进给，攻丝行程较大，但结构复杂，传动误差大，所以加工螺纹精度较低（一般低于7H级），因此未能得到广泛的应用。2.采用攻丝靠模装置的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，要求尽量接近。攻丝靠模应用于攻丝装置中的情况如图2-2所示。从图中可见，电机传动主轴通过靠模螺杆带动丝锥回转，靠模螺杆5通过攻丝卡头6与丝锥连接，攻丝卡头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。 1电机；2多轴箱；3主轴； 4靠模螺母；5靠模螺杆；6攻丝卡头图2-2 攻丝装置原理图当主轴及靠模螺杆5正转时，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，一般不超过。此种攻丝方法，靠模可以经磨制得到较准确的螺距，由于靠模螺杆带动丝锥进给比较轻巧，同时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，因而攻丝时可得到较高的精度。该靠模装置除了具有结构简单、制造成本较低的特点外，还由于每根靠模螺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，目前应用很广泛。综上所述，可知攻丝工序的工作循环如下2.3 组合机床发展趋势由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺，研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需求，真正成为刚柔兼备的自动化装备。总体来说主要有以下几个发展方向：1提高通用部件的技术水平 要求使用更加先进的工艺来精度更高生产机床的零部件，使得机床的加工精度满足更高的要求。2发展适应中、小批生产的组合机床 目前的组合机床主要用来生产大批量的部件，对于中小批量的生产用户还无法满足他们所要求的性价比，组合机床的性价比一定要降低下去，使其更加通用，更加实用。3采用新刀具 现代组合机床要实现像钻孔攻丝一步到位的刀具来实现工艺要求，大大提高加工效率。 4发展自动化技术 现代组合机床已经向自动化的方向发展，实现了只用一名工人或是不用工人在场即可全自动生产，工人所做只是在操作室中按电钮，机床就可以自动完成上料、夹紧、加工、换工位、装卸等一系列步骤。5扩大工艺范围 未来的组合机床不应该只局限于车、钻、铣、磨、攻丝等传统的工艺，应该转向于更加实用更加广泛更加新颖的加工工艺上面来，例如电火花、焊接、钣金等等工艺。3 组合机床总体设计3.1 确定组合机床方案3.1.1 被加工零件特点被加工零件在攻丝机体左侧，材料为，硬度为，该零件为冲压盘状零件。各孔在冲压工序中已经冲出，只需加工的螺纹，位于工件的正中央。被加工零件的外形如图3-1所示。图3-1 被加工零件外形图1工艺分析工件采用“一面两孔”的定位原理，以底面和两个8的孔为定位基准，因攻丝加工是典型的自为基准加工，故两8孔中采用锥销，用来承担攻丝扭矩。零件装夹也较为方便。2确定工艺路线根据螺板零件的特点，对螺板的工艺路线设计如下：方案一：采用各种通用机床加工工序1：冲压成型工序2：在普通车床上，进行挑扣，粗加工螺纹工序3：在钻床上，用丝锥进行攻丝，形成最终螺纹。方案二：设计专用机床，在专用机床上加工工序1：冲压成型工序2：在专用机床加工螺纹两种方案的比较：方案一，采用通用机床加工，适合单件小批生产，但多次安装定位，丝锥易单侧切削，螺纹精度低，丝锥寿命短，生产率较低。方案二，采用工序集中原则，在专用机床上一次将加工成形，加工精度好，生产率高，但需设计专用机床，适合大批大量生产。螺板的生产纲领为大批大量生产，故选用方案二。3.1.2 确定机床布局机床的总体布局是指确定机床的组成部件，以及各个部件在机床中的操作控制等机构的布置。合理的机床布局可以简化机床传动和结构，提高加工精度缩小机床的占地面积。本次设计的是单面螺纹加工组合机床，待加工零件为盘状冲压件，故该机床适合使用卧式配置。刀具的进给运动为往复直线运动，故使用传动迅速平稳的液压形式比较合理。整体布局如图3-2所示。图3-2 机床整体布局3.2 确定切削用量3.2.1 选择切削用量由于攻丝孔径只有M60一种，所以可以采用同样的主轴和刀具使得所有刀具的每分钟进给量相同。根据专用机床设备设计表7-18查得：高速钢丝锥攻丝切削速度查机械加工工艺手册得： 螺纹间距根据切削实验，当主轴转速在80100，螺纹加工质量较好，故主轴转速选取 主轴转速n = 。其中切削速度： （3-1）应满足要求,则每分钟进给量： （3-2）式中：主轴系统的进给量（）；丝锥每分钟自行引进量（）；丝锥每分钟转速（）；丝锥的螺距，多头螺纹为导程（）。3.2.2 确定F.P.T一、切削扭矩的计算根据专用机床设备设计表7-24查得： （3-3）其中： 丝锥直径 （） 工件螺距 （） 修正系数，取 二、切削力的计算 （3-4）三、切削功率的计算根据专用机床设备设计表7-24查得： （3-5）在确定电动机功率时，考虑到丝锥工作时磨钝的影响，一般取为计算功率的1.52.5倍，根据1.6倍来选取电动机的功率，则。根据保定第二机床厂提供的样本，按选取其生产的系列的攻丝头，此系列攻丝头由TX系列铣削头配以齿轮传动装置、攻丝靠模机构及攻丝行程控制机构组成，用以完成对铸铁、钢及有色金属零件的攻丝。所选的攻丝头的主要技术参数为：规格：320 型 号:功率：5.5 主轴端号：50（128.57）主轴锥孔：7:24 (69.85） 主轴前轴承轴径：903.3 组合机床设计组合机床设计主要是三图一卡，内容包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡。3.3.1 被加工零件工序图1被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求、加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和本道工序加工前毛坯或半成品状况的图纸。因此，它是在原零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明绘制成的。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。图上应表示出：（1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的形状及尺寸。以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。（2）加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（包括辅助定位支承）、限位、夹紧、导向系统的设计。(3）本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求（主要指定位基准）。(4）必要的文字说明。如被加工零件编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。2.绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出本机床的加工内容。绘制时，应按一定比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关的部位（用细实线）表示清楚。凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方画粗实线标记。加工用定位基准、机械夹压位置及方向、辅助支承均须使用规定的符号表示出来。（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标注，而不采用极坐标系。但有时因所选定位基准与设计基准不重合,则需对加工部位要求的位置尺寸精度进行分析换算。此外，应将零件图上的不对称位置尺寸公差应换算成对称尺寸公差，其公差数值的决定要考虑两方面，一是要能达到产品图纸要求的精度，二是采用组合机床能够加工出来。（3）应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。3.3.2 加工示意图1加工示意图的作用和内容零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占据重要地位。它是刀具、辅具、主轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床、刀具及试车的依据。 其内容为：（1）应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。（2）根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度）。（3）决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。（4）选择标准的或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构、参数及尺寸。（5）标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度。（6）根据机床要求的生产率及刀具、被加工零件材料特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。（7）决定机床动力部件的工作行程及工作循环。2加工示意图的画法及注意事项（1）加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图，加工表面用粗实线画。为简化设计，相同加工部位的加工示意（指对同一规格的孔加工，所用刀具、导向、主轴、接杆等的规格尺寸、精度完全相同），允许只表示其中之一，亦即同一主轴箱上结构尺寸相同的主轴可只画一根。但必须在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应）。当轴数较多时，可缩小比例，用细实线画出工件加工部位的外形简图，并在孔旁标注孔号，以便设计和调整机床。（2）一般情况下，在加工示意图上，主轴分布可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须严格按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向是否干涉。（3）主轴应从主轴箱端面画起。刀具画加工终了位置（攻丝加工则应画开始位置）。标准的通用结构只画外形轮廓，但须加注规格代号。对一些专用结构，为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。3攻丝卡头及靠模攻丝卡头用于连接丝锥和攻丝主轴（或靠模装置），其主要作用是：(1)保证丝锥与被加工的螺纹底孔自动对中，并保证丝锥顺利引进。(2)补偿丝锥每分钟引进量与攻丝主轴（或靠模装置）每分钟进给量之差值，保证丝锥引进与攻丝装置进给同步。因此，要求攻丝卡头有很好的定心性及补偿灵活性，径向尺寸应较小，以适应中心距小的螺孔加工。攻丝卡头的主要形式有：a.丝锥“超前”进给的单向补偿攻丝卡头；b.主轴或攻丝靠模“超前”进给的单向补偿攻丝卡头。在此，可选用主轴“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。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，而小于丝锥的进给拉力。其具体结构如图3-3所示。1卡头芯杆；2销；3套罩；4卡头体；5压力弹簧图3-3 攻丝卡头在前面所选择的攻丝头里面已经包含了靠模机构，下面对靠模机构的工作原理做具体的阐述。在专用机床上攻螺纹，是由主轴系统带动丝锥实现主运动和进给运动，即丝锥每转一转的同时，丝锥向前进给一个螺距，当丝锥攻入螺孔12扣之后，丝锥便自行引进，主运动和进给运动之间严格的相对运动关系由丝锥自身保证。丝锥每转进给量（螺距）与靠模螺母或与整个多轴箱进给量的差异由攻丝靠模机构补偿，所以，靠模机构能够保证螺纹加工的精度。攻螺纹主轴系统的主运动由多轴箱主轴传动，进给运动是通过攻丝靠模机构来实现。用来组成攻螺纹靠模装置的攻螺纹机构称为第类攻螺纹靠模；用来组成活动攻螺纹模板的攻螺纹机构称为第类攻螺纹靠模。另外，使用靠模机构攻丝，还可以通过更换不同螺距的靠模螺母来满足加工不同螺距的螺纹的需要。本攻丝头中选用的是第类攻螺纹靠模。其机构示意图如图3-4所示。它由靠模杆7、靠模螺母1及支撑套筒6等元件组成。丝锥通过心杆和攻螺纹卡头装在靠模杆7的前端。靠模杆的中部支撑在衬套4上，并与靠模螺母1相啮合。靠模杆的尾部与攻螺纹主轴相连接。攻螺纹主轴借助双键将主运动传给靠模杆，靠模杆随着转动可在主轴孔内移动一段距离，即攻螺纹靠模的工作行程。套筒装在靠模头前壁上，并用两个压板5固定，两个压板之间的布置角度决定于多轴箱的主轴数和主轴分布情况。靠模螺母借助结合子2与套筒相连接，当靠模杆回转时，因靠模螺母固定不动而迫使靠模杆向前进给，并推动丝锥切入工件。当丝锥遇故障使靠模杆不能前进时，转矩增大导致压板打滑，靠模螺母跟随靠模杆同步回转而停止进给，避免机构或丝锥损坏。所以装配时压板的压力要适当。1-靠模螺母 2-结合子 3-弹簧 4-衬套 5-压板 6-套筒 7-靠模杆图3-4 第类攻螺纹靠模为了保证丝锥稳定可靠地攻入工件，又不干扰丝锥的自行引进，应使靠模杆每转进给量和丝锥的自行引进量一致，即保证靠模杆螺距与丝锥螺距名义尺寸相同。而靠模螺距和丝锥螺距的制造误差，可以通过套筒6内压簧3和配用攻螺纹卡头的方法进行补偿。攻螺纹靠模中的弹簧（压簧）起补偿靠模和丝锥螺距误差的作用。攻螺纹开始时，丝锥与工件底孔口处易发生“打滑”，压簧被压缩一段距离后丝锥才能进入，攻螺纹深度尺寸不准确。为此，攻螺纹前底孔口应先倒角，以利于减少“打滑”，保证螺纹精度和攻螺纹深度。4、工作循环及工作行程的控制丝锥的进给量是通过攻丝头里面的行程控制机构来控制的。攻螺纹行程控制机构常用的有回转式和直线式两种形式。回转式攻螺纹行程控制机构，一般用于多轴攻螺纹。直线式攻螺纹行程控制机构适用于单轴或多轴攻螺纹。本设计中是单轴攻螺纹，所以使用的是直线式的。攻螺纹主轴向前或向后运动时，通过带叉口的杠杆带动在攻丝头侧面的装有挡铁的轴一起移动，挡铁压下行程开关，通过PLC控制来实现电动机反转。 丝锥攻丝完成后，电动机需反转来使丝锥退回原位，在电动机由正转转为反转的过程中，有一个停转的过程，电动机应能迅速停止，以免损坏丝锥和工件，同时，丝锥退回原位时，电动机也要能够迅速停止，以免攻螺纹主轴靠模系统在电动机停止时受惯性的影响，不致造成丝锥超程而破坏靠模机构。因此，对电动机采用了电磁抱闸制动的方法，来实现电动机的迅速制动。(1）工作行程长度的确定工作进给长度应等于工件加工部位长度（多轴加工时应按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。如图3-5所示。图3-5 工作进给长度切入长度L1应根据工件端面的误差情况在之间选择，误差大时取大值。切出长度根据专用机床设备设计表7-32查得： （3-6）式中：丝锥前端锥部的长度(第五章会计算到)。由于加工深度一定，选择 (2)快进快退长度 按加工具体情况而定，保证加工所有刀具均退至安全位置，不影响工件装卸，因此取快进长度为。(3）动力部件总行程长度动力部件的总行程除应保证要求的工作循环行程外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。前备量是指因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件尚可向前调节的距离。后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所需要的动力部件尚能向后退的距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或刀具插入接杆孔内）的长度。因此，动力部件的总行程为快退行程长度与前后备量之和。 依此作为选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。5联系尺寸图的作用及内容一般来说，组合机床是由标准的通用部件动力滑台、动力箱、各种工艺切削头、侧底座、立柱、立柱底座及中间底座加上专用部件主轴箱、辅具系统、夹具、液、电、冷却、润滑、排屑系统组合装配而成。联系尺寸图用来表示机床各组成部件的相互装配联系和运动关系，以检验机床各部件的相对位置及尺寸联系是否满足加工要求，通用部件的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱、夹具等专用部件、零件的设计提供依据。联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，它表示机床的配置型式及总体布局。联系尺寸图的主要内容如下：（1）以适当数量的视图（一般为主、左、右视图）按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相对位置，表明机床的配置型式及总体布局，主视图的选择应与机床实际加工状态一致。（2）图上应尽量减少不必要的线条及尺寸，但反映各部件的联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸，必须完整齐全。各部件的详细结构不必画出，留在具体设计部件时完成。（3）为便于部件设计，联系尺寸图上应标注通用部件的规格代号、电动机型号、功率及转速，并注明机床部件的分组情况及总行程。6中间底座轮廓及尺寸查专用机床设备设计表7-10（中间底座主要尺寸）,中间底座的轮廓尺寸一般根据夹具的尺寸以及加工方向的尺寸来定的。夹具的长、宽方向的尺寸分别为、，根据这些尺寸选取中间底座的标准尺寸，确定其长、宽值为、，根据国家标准，中间底座的高度为优先采用值，也可按具体情况选用和。本设计选用高度。中间底座外形图如图3-6所示。图3-6 中间底座外形图7机床装料高度装料高度一般是指工件安装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首先要考虑工人操作的方便性；对于流水线要考虑车间运送工件的滚道高度；对于自动线要考虑中间底座的足够高度，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统。其次是机床内部结构尺寸限制和刚度要求。考虑上述刚度、结构功能和使用要求等因素，新颁国家标准装料高度为，与国际标准ISO一致。实际设计时常在8501060之间选取。本设计中机床中间底座的高度为，夹具中心高为，拟设计工作台的高度为，则装料高度为，结合本设计中工件较小的实际，此高度基本符合标准。8.非标准件的设计为了方便调整主轴的中心高，在攻丝头与侧底座之间用一块垫块连接，同时考虑到装刀和换刀的方便性，垫块在侧底座上水平位置可以调节，用一根丝杠与侧底座连接，前后有两个固定的位置。要调节时，先松开垫块与侧底座之间的连接螺钉，然后用扳手旋转丝杠，带动垫块到固定位置，再将螺钉拧紧，操作简单方便。侧底座的尺寸设计为长，宽，高。因垫块要在其表面滑动，所以侧底座两边一边做一个圆柱形导轨，用以保证垫块在滑动的过程中不发生偏离，起导向作用，另一边做成一平面。垫块的设计形状为一梯形，根据选定的攻丝头的规格，确定垫块的上表面的长和宽分别为和，下表面的宽与侧底座的宽一样为，根据装料高度、侧底座的高度以及攻丝头上丝锥的中心高，算出垫块的厚度为。9.机床联系尺寸图绘制注意事项（1）画主视图时，主视图的图形布置应与实际机床工作布置一致，并选择合适比例。为便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间需加厚的调整垫。（2）机床各主要组成部件的轮廓尺寸及相关联系尺寸必须标注的完整、恰当，应使机床在长、宽、高三个方向的尺寸链封闭。（3）应注明工件、夹具、动力部件、中间底座对称中心线间的位置关系。（4）应注明电动机的型号、功率、转速及所选标准通用部件的型号规格和其主要轮廓尺寸，并对组成机床的所有部件进行分组编号，作为部件和零件设计的原始依据。根据上面设计的部件尺寸绘制尺寸联系图（详细见图纸）3.3.3 机床生产率计算卡生产率反映机床的循环过程及每一过程所用的时间、切削过程所选择的切削用量及该机床每小时生产率与负荷率；同时反映所设计机床的自动化程度。计算生产率，用以分析所制定的机床方案能否满足生产要求及使用是否合理。加工一个工件花费的时间包括：工人装卸料的时间、送料气缸送料、复位的时间、定位夹紧气缸定位夹紧、复位的时间、丝锥的工作时间等等，下面将对这些时间分别进行计算。1.理想生产率指完成年生产纲领（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。它与全年工时总数有关，一般情况下，单班制生产取，则 件h （3-7） 2.实际生产率指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 件h （3-8）式中：生产一个零件所需的时间（），它可以根据下式计算： （3-9）式中：、分别为刀具第、第工作进给行程长度（）；、分别为刀具第、第工作进给速度（）；当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时，动力滑台在死挡铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转转所需的时间（），本设计中取为；、分别为动力部件快进、快退行程长度（）；动力部件快速行程速度。采用机械动力部件取56，液压动力部件取；送料气缸的动作时间，送料气缸的一个循环行程为，定位夹紧气缸的一个循环行程为，设定两个气缸的速度均为，则两个气缸动作的时间约为；工件装、卸（包括定位、夹压及清除铁屑等）时间，它取决于工件重量大小、装卸的方便性及工人的熟练程度。工人在装卸工件时，只需将工件放在指定位置即可，再加上工人按启动按钮的时间，整个过程设为，即取为；上式中即为丝锥的工作时间，丝锥的工作初始位置距离工件表面的距离设为3个牙的距离，工件上有5扣完整螺纹，为了保证螺纹的精度，丝锥攻完螺纹后要伸出5个牙的距离，这样丝锥的一个循环行程为26个牙，相当于转26转，已知主轴转速为，则丝锥的工作时间约为16.42s，即为0.273。 件h 综上所述，加工一个工件的时间约为，则机床的实际生产率约为2件/，满足了设计要求。3.机床负荷率当时，计算二者的比值即为负荷率。 （3-10）根据组合机床的使用经验，适宜的机床负荷率为。所以该负荷率满足要求。4生产率计算卡生产率计算卡是按一定格式要求编制的反映零件在机床上的加工过程、生产节拍、切削用量、机床生产率和机床负荷率的简明表格，它是用户验收机床的重要依据之一。4 机床夹具设计4.1 机床夹具的用途及使用优点（1）保证产品质量。（2）提高劳动生产率。（3）扩大机床的工艺范围，解决复杂或困难的工艺问题。（4）改变原机床的用途，扩大机床使用范围。（5）减轻操作的劳动强度，做到安全生产。4.2 定位装置设计与定位误差分析在专用机床上加工时，必须使被加工的零件对刀具及其导向保证正确的相对位置，这是靠夹具的定位支撑系统来保证的。定位支撑系统除了用以确定被加工零件的位置外，还要承受被加工零件的重量和夹紧力，有时还要承受切削力。本工件是典型盘类零件，采用“一面两孔”定位方式（图4-1所示），即以下底面和两个8孔为定位基准。图4-1 一面两孔定位示意图考虑攻丝加工的特点，攻丝加工是典型的自为基准加工，故将两8孔中采用圆锥销，只承担抵抗切削扭矩的作用，下底面的定位保证丝锥轴线与工件轴线的同轴度。至此工件四个自由度完全定位，已满足了攻丝加工的要求。工件由垂直丝锥的侧面装入，由气缸带动送到加工位置，再进行加工，实现半自动化送料。由于工件从垂直丝锥的侧面装入，攻丝头不需要快进和快退，大大减少了加工辅助时间，这也是本夹具的独特之处。任何夹具的设计都需要进行定位误差的分析。本次设计采用的“一面两孔”定位方式的误差分析如下：1.确定两定位销的中心距 （4-1）式中：为工件两基准孔中心距。2.两定位销中心距公差 （4-2）式中：为工件两基准孔的中心距公差。3.圆柱销最大直径 （4-3） 式中：为第一基准孔最小直径，公差取、或。 4.补偿值 （4-4）式中：为第一基准孔与圆柱销最小配合间隙，精度要求不高时可以不考虑。5.菱形销宽度、（见表4-1） 表4-1 菱形销尺寸D236688202024243030404050b2345568BD20.5D21D22D23D24D25D256.菱形销与基准孔的最小间隙配合 （4-5）式中：为第二基准孔最小直径。7.菱形销的最大直径（公差取或） （4-6）8.转角误差 （4-7）式中：、为定位孔的直径公差；为圆柱定位销的直径公差；为菱形定位销的直径公差；为圆柱定位销与孔间的最小间隙；为菱形定位销与孔间的最小间隙；为中心距。采用“一面两销”定位时，应充分重视双销类型的确定。当工件重量较轻时、批量较小时，用手将工件装入定位销无疑是可行的，但工件的体积、重量、批量较大时，则上述方案是不合适的。为使工件装入方便，无论何种定位销，其工作端头部均应按15倒角，同时还应使菱形销工作端的上平面低于圆柱销相应部位。本夹具工作流程如下：工人将工件放上气缸将工件送到加工位置插销精确定位和夹紧开始攻丝攻丝完毕，丝锥退回松开，拔销气缸将工件送回，开始进入下一循环。在此程中，工人的操作仅是将工件放上，按下“开始”按钮，加工完后将工件取下，放入下一个，后按“开始”进入下一个加工。送料导轨采用广东新会凯特精密机械有限公司生产的直线导轨。按双导轨四滑块布置。图4-2为各个滑块受力分析图。图4-2 滑块受力分析图W：运动部件重力，M为切削扭矩 R为滑块支反力经运算得出： （4-8） （4-9）本设计中W1.87kgf ，M34.40kgfm， l1060.106m代入得到：根据计算出的载荷，从广东新会凯特精密机械有限公司提供的样本选取型号为HTSDLG15 AA 2400 II。其额定动载荷C660kgf，静载荷1048kgf，满足了使用要求。滑块在导轨上的运动摩擦阻力： （4-10）法向载荷（）,为密封件阻力（）,摩擦系数本设计中 由，得：送料气缸考虑到安装空间，选用平板式气缸，其外形如图4-3所示图4-3 平板式气缸根据SMC公司提供的气缸样本，气缸缸径选用，行程，其型号为MUB25250 D M。当压缩空气压力时，气缸理论输出推力为，理论输出拉力，执行速度可在50500调节。气缸在工作中的仅克服滑块与导轨之间的摩擦阻力。上面已计算出摩擦阻力，该型号能够满足使用要求。4.3 夹紧装置设计与选型在专用机床上加工时，工件依靠夹具上的定位支撑系统，获得对刀具及其导向的正确位置，还需要依靠夹具上的夹紧装置来消除工件由于受到切削力或工件自重的作用而产生的位移和振动，使工件在加工中能继续保持定位所得到的正确位置。设计夹紧机构时，应满足以下基本要求：1保证加工精度夹紧机构应能够保证