高效自动攻丝机的设计及控制研究.pdf

l 甸 似 高效 自动攻丝机的设计及控制研究 Design and r esear ch on cont r ol of e 仟 icien t aut om at ic t apper 刘本学 申俊 董刚 L l U Be n x u e SHEN J u n DONG Ga n g 郑州大学 机械工程学院 郑州 4 5 0 0 0 1 摘 要 由于堵头在建筑水暖的大范围应用 其生产必须满足高效低廉的要求 现有的堵头攻丝机在加 工堵头时存在着生产效率低下 机床寿命较短的缺点 针对该现状 设计了一种高效 长使 用寿命的自动攻丝机 并确定其整机结构方案及特殊换向机构 完成了控制系统的设计及流 程编制 关键词 自动攻丝机 换向机构 控制系统 中图分类号 T H 1 2 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 4 1 1 I 一0 0 8 7 0 4 D o i 1 0 3 9 6 9 J 1 s s n 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 4 1 1 匕 2 4 0 引言 建筑工程热水管道的安装所使用管道材料为玛 钢材料 该材料的性能特点为 抗断性能优 良 抗脱性能好 抗锈蚀能力强和抗滑性能强 并且 相对于钢材 材料来说 玛 钢材料价格低廉 因此 在水 暖工程上 应用广泛 水暖安装在安装时 管 路 的密封需 要用到相应 的堵头 依据行 业标准与 实 际的安装情况 Rl 2 型堵头 应用最为 广泛 其 为入户水暖管道最后密封部件 市场 需求量最 大 生 产 此类堵 头 的设 备 须满 足 低廉快 捷 的要 求 现有的堵头攻丝设备 在使用过程 中存在如 下 问题 卅 1 生产效率低 现有的加工机械为单机操作 单台机器一次仅能加工一个堵头 生产效率低 2 自动化水平 低 在生产过程中 现有攻丝 机需人工根据 肉眼判 断攻 丝深度 然触动 开关 实 现 电机正反转工作 整个加工过程 人 员劳动 强 度大 生产效率低 3 电机损 坏大 单件用 电量 高 由于堵头 在加工过程 中 需要工人开动按钮操纵 电机 的正 反转才能实现攻丝和退丝的功能要求 电机 的正 转 向反 转快速转换过程中 电流增大 发热量增 多 导致耗电增多 电机寿命降低 基 于现有堵头攻丝机 的诸 多缺 点 本文进行 了一种新型高效 自动攻丝机 的设计 1 新型自动攻丝机结构特点 为了克服现有堵头攻 丝机 的不足 新设计的 自动攻丝机 结构如图1 所示 图l 中 1 为机架 2 为动力总成系统 主要包 括 电动机与减速机 3 为换 向总成系统 4 为刀 具加工总成系统 5 为电器控制 系统与气动执行元 件 6 为毛坯输送总成 图 1攻 丝机 机 构 图 该结构 的显著特点为 1 采用机械 气动和 自动化组合 自动化程度高 加工精度高 2 采 用新型结构保 证在加工和卸料过程 中电机 不正反 转交替 延长使用寿命并节约能源 3 采用传感 器及执行元件降低工人劳动强度 4 一次可以生 产 多个堵头 本方案为 四个 数量可 以根据现场 布置添加 生产效率高 自动攻 丝机 采用全 自动模式进行生产 并通 过相应的传感器来满足工艺精度 加工效率和工 作可靠性要求 利用传感开关等来控制 自动攻 丝 机的加工 与退刀过程H 全 自动攻丝机生产过程如 图2 所示 收稿日期 2 0 1 4 0 5 2 1 作者简介 刘本学 1 9 7 7一 男 讲师 博士 高级工程师 研究方向为车辆动力学仿真 结构疲劳耐久性研究 和结构优化 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 1 1 上 8 7 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 訇 似 1 工 件 2 位 置 传 感 器 3 攻 丝 机 4 传 送 带 5 位 置 传 感器 图2 攻 丝机 加工 原理 图 工件在传送带的带动下前行 走到位置传感 器5 时 传送带停止 攻丝机 刀具下行对工件进行 加 工 加工 至设 定深度 加工完成或其他 时 攻 丝机 刀具 位置传感 器2 感应到相 应加工距 离 并通过控制器控制攻丝机换 向机构进行换向 同 时 在攻 丝机 的加工 刀具离开工件之后 传送带 开 始运行 已加工工件被输送走 为加工工件到 达加工位置等待下一循环 这样整个过程 中操作 人 员只需要在工作 台左侧将工件逐个安放于工作 槽 中即可 2 不停机换向机构的设计 自动攻丝机在加工完成后应具有相应 的退 刀 过程 以此来保证工件的合理取 出与 自动加工 的 延续性 与现有攻丝机技 术相 比 本文所设计攻 丝机在工件加工完成后的退 刀 不需要 电动机 的 反转 通过 中间换向机构 即可 实现退 刀 其优点 在于可 以避免电动机的频 繁启停 提高 了电机 的 使用寿命 并降低能耗 图3 所示为所设计的相应 的不停机换向机构图 I 1 带轮 2 输出轴 3 气缸 4 拨叉杆 5 拨叉板 6 连接构件 7 输入轴齿 轮 8 输入轴 9 中间轴 l O 中间轴齿轮 1 1 1 中间轴齿轮2 1 2 惰轮 1 3 滑 动轴承 l 4 情轮轴 l 5 倚 出轴齿轮 1 6 换 向外花键 l 7 滑动轴承 图3 换向机构图 8 8 1 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 1 1 I 自动换向的实现主要通过 正转时 花键套 与上 部轴 连 接 反 转 时 花键 套与 下部 机构 连 接 正反转 的输 出装置装有 中间惰轮实现转动方 向的改变 如 图3 所示 在轴系的空间布局中 通 过合理的轴 系布局使动力输 出轴2 惰轮轴1 4 中 间轴9 上面的齿轮 动力输 出轴齿轮l 5 中间惰轮 1 2 中间齿轮 1 1 啮合 同时保证动 力输入轴齿轮7 与中间齿轮l 0 啮合 具体的工作过程为 动力输入 由联轴器输送至换向机构输入轴8 输入轴带动输入轴齿轮7 运转 通过啮合传递带动 中间齿轮l 0 中间轴9 中间齿轮1 1 运转 之后 中间齿轮1 1 带动惰轮l 2 运转 啮合传递带动输 出 齿轮 1 5 输 出齿轮 1 5 固定安装于换 向外花键 在 气缸活塞位于行程下端时 拨叉杆带动拨叉 与连 接构 件6 是输 入轴与输 出轴通过外花 键与花键 套直 接连接 此时动力 由输入轴8 直接 传递到输 出轴2 从而带动带轮 1 运转 使动力输送 至进给 系统 此过程中 输出齿轮 1 5 与换 向外花键在轴 承上面空转 不传递动力 当气缸位于行程上端 时 拨叉杆带动拨叉与连接构件6 上行 输入轴与 输出轴不再直接相连 此时 输出轴2 与换向外花 键1 6 相连 此时 由于输入轴输 入的动 力带动相应 的齿轮与轴系运 转 齿轮 l 5 固定连接在换 向外花 键1 6 上面 动力的传递路径为 输入轴一 中间轴 一 惰轮一输出轴 传递过程 中经过三次齿轮外啮 合传递 此时 输 出轴带动带轮 的转 向与气缸活 塞位于下止点时带轮转 向相反 这样通过控制气 缸的活塞位置就 可以调节相应 的动力输 出方 向 以此来达到控制 自动攻丝机的加工与退刀过程 3 自动攻丝机的基本控制设计 3 1毛坯工件在传送带上面的控制 工件在传送带上面运行过程 中 通过位置传 感器来感触毛坯工件位置 在毛坯运行至攻丝机 加工 刀具 正 下方 时 相应 的位 置传 感器 发 出信 号 通过控制单元令输送机停止运行 以保证工 件加工的精确度 在加工 完成后 控制单元指令 输送机继续运行 以此保证后续工件的加工 J 3 2 自动攻丝机动力部分及工件加工的控制 攻 丝机 的动 力部 分 由 电动机 与 气动 元 件 提 供 其 中 电动机为刀具的进给与退刀过程提 供 动力 完成相应的加工流程 气动元件 为工件 加 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 訇 似 4 结束语 本设计从提高攻 丝机加工 效率与合理 延长机 床 电动机 寿命着手 进行不停机换向机构的开发 设计 通过对 自动攻丝机 的控制进行相应的方案 设定 保证机床能够高效率 准确 的进行加工 相应的设 计产品相对于现有的攻丝机床具有 以下优势 1 可以大幅提高相应产品的生产效率 单台 机床的 日加工量可达到1 5 0 0 0 以上 相较于现 有设 备4 0 0 0 左右的 日加工量 效率提升明显 2 自动化程度高 工人劳动强度低 同时基 于不停机换 向机构 电动机 不需要进行频繁 的启 动 提高了电动机及整个机床的寿命 3 废 品率低 采用单一电动机带动组合刀具 的加工方式 以此来保证刀具运 行的一致性 同 时 输送机构的 自动控制提高了加工的精确度 参考文献 1 张银保 立 式轴 承座钻孔组合机床设计 J 湖北 工业 大学 学报 2 0 0 5 0 6 2 孙正义 攻丝机的改造攻丝机的改造 科技创新与应 用 2 0 1 3 6 3 叶大鹏 何聪 惠 新型振 动攻丝机 J 机械工程 师 2 0 0 2 1 4 梁 应选 杨 明亮 复合振动 挤压攻 丝机 的设 计 J 铸 造技 术 2 0 1 1 1 1 5 张传林 徐世许 王世红 伺服系统在自动攻丝生产线上的 应用 J 机械制造与 自动化 2 0 1 0 1 6 张 鹏万 孙剑峰 李 占平 机 电一体化 中的接 口技 术 J 矿 业工程 2 0 0 5 3 6 4 8 4 9 7 夏际金 方凯 昂勤树 CA N 总线在遥操作机 器人运动控 制系统中的应用 J 电子技术 2 0 0 3 3 0 9 4 7 8 陈青 P L C 控制 步进电机进行位置控制 浅析 J 动 力与电 气工程 2 0 1 3 1 5 蠡 曼 蠡 岛 蠢 蠢 j矗I 蠡 盘 j岛 蠡 岛 j蠢 j岛 矗 岛 量 童 矗 j蠡 生 盘 童 岛 上接第8 6 页 3 快速设计系统的应用情况 为检验 系统 的有效性 对 以往三十余套 箱盖 模具进行 了应用模拟设计 设计时 依 据箱盖结 构特征 选择相应的设计模块 输 入箱盖的结构 参数 系统能快速生成满足实际需要模 具零件模 型 模型可直接用于新造模具生产 通 常一个熟 练 的模具设计人 员设计一套 完整 的模具图纸 装 配图 工程 图等 需要超过三个工作 日 而一个 一 般 工艺人 员通过快速设计 系统可在半个工作 日 内完成整套模具图纸设计 提高效率逾6 倍 且设 计的模具 符合拉深模具 的相关要求 另外 针对 两种新型号的包装容器箱盖模具进行了快速设计 实际应用 制作 了相应 的工程 图 并试制生产 经箱盖冲压试验 设计 的模具冲压的箱盖完全符 合图样要 求 因此 快速设计 系统可直接用于新 型号箱盖模具的设计 4 结论 1 本文分析包装容器箱盖模具快速设计的基 本 思路 论述 了更新 图形模板的参数化设 计基本 流程 分析了基于UG OP E N C 的箱盖模具快速 设计 系统 的详细开发过程 开发 了用户菜单及用 9 0 1 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 1 1 上 户对话框 构建了系统总体框架 2 分析 了NX环境下模具 零件 的参数化设计 方法 论 述 了程序 更新 表达 式 的参数 化设 计 方 法 并成功应用于包装容器箱盖快速设 计系统的 开发 3 通过模 具模拟 设计和 新型号 箱盖模具设 计实际应用检 验了快速设计 系统的有效性 高效 性 智能性 系统可直接用于新型号箱盖模具 的 设计 4 基于零件结构参数的模具快速设计思想可推 广到其他类似产 品模具的快速设计系统开 发 可 减 少许 多不必要 的重复设