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Equipment Manufactring Technology No.12，2009钻孔和攻丝两道工序在机械加工中， 是分开设计的， 用两台机床来完成这两道工序。 在加工汽油机箱体工件时， 遇到了这样的问题： 有些加工面的孔比较多， 而且孔与孔的中心距比较小， 在前面的加工工序中没法排在专机中， 如果再增加一台专机钻其余未加工的孔， 其机床造价费用会增加， 机床占用场地面积增大。 根据现状， 将钻孔和攻螺纹工序合并在一台专机上， 使钻孔和攻螺纹共用一个多轴箱， 前端公用一个钻孔攻丝活动模板， 用两台电机驱动分别控制钻孔和攻丝主轴， 完成了钻孔和攻丝两道工序。这样不但节省了一个机床的主轴动力箱、 滑台等一套机构， 而且还节约场地面积， 减少了操作人员，可以提高工效， 提高经济效益， 。1方案的制定1.1工艺方案分析加工零件名称： LC168、 LC170 汽油机曲轴箱体；材料： 铝合金 Y112；硬度： HB 90100；加工节拍： t = 45 s / 件 （含装卸时间 18 s ） ；主要加工内容：左面工位钻 5mm 孔、 扩端面与攻 M6 螺纹；右面工位钻 5 mm 孔、 铰 8mm、 扩端面倒角与攻 M6螺纹；对面工位铰 6mm 孔与攻 M6、 M8 螺纹。为了保证完成对面孔所有加工内容和方便上下料，将工件位置两个摆放为上下工位。同时保证对面加工孔成水平位置， 将两工位上的零件各旋转了一定角度 （见图 1 ） ， 该图标注了汽油机曲轴箱体加工工序孔号、 定位孔号、 压紧点与零件加工工位。 介绍了汽油机曲轴箱体各面各工位， 各孔的加工工序内容， 从图 1 可以看出， 该机床为三面两位钻孔攻丝机床。活动模板式钻孔与攻丝组合机床设计周晓雄（南京工程学院， 南京聚星机械装备股份有限公司， 江苏 南京 211100 ）摘要： 阐述了活动模板式钻孔与攻丝组合机床的工艺方案， 介绍专机多轴箱、 活动模板、 夹具的设计及工作原理， 并且解决了在一台专机上完成钻孔和攻丝两道工序的难题， 不仅节省了一个机床的主轴动力箱、 滑台等一套机构和控制系统,还节约了工作场地， 减少了操作人员， 提高了经济效益。关键词： 钻孔； 攻丝； 活动模板； 多轴箱； 专机中图分类号： TG52文献标识码： B文章编号： 1672- 545X （2009） 12- 0138- 03收稿日期： 2009- 09- 28作者简介： 周晓雄 （1958 ） ， 男 ， 江苏南京人， 工程师， 主要从事组合机床和非标设备的开发研究和设计。左面加工孔号右面加工孔号对面加工孔号工位一工位二图 1汽油机曲轴箱体加工工序图138装备制造技术 2009 年第 12 期1.2定位夹紧方式定位方式采用以汽油机箱体在前道工序加工好的结合面 H面及其 H 面上两定位孔定位(即为图 1 中序号为 H203、 H204 的定位孔),夹紧点见工序图 1， 夹紧方式采用液压夹紧。1.3组合机床总体方案设计如图 2 所示， 组合机床采用整体铸造床身， 床身中间安装夹具， 夹具两面及对面安装滑台， 滑台上安装钻孔攻丝主轴动力箱， 主轴动力箱前端由导柱支承钻孔攻丝活动模板， 活动模板上分别装有钻套和攻丝用的靠模机构，滑台行程控制机构安装在滑座的侧面与滑鞍相接连；滑台行程控制机构控制钻孔电机与滑台的位置，攻丝行程开关控制机构控制攻丝电机与攻丝行程位置， 并安装在钻孔攻丝活动模板上。 滑台选用西德标准制造的液压滑台。机床还配备了液压站、 润滑系统、 电气柜和冷却箱。2主要部件设计2.1多轴箱设计图 3 所示为其中的一种。在组合机床设计中， 钻孔、 攻螺纹多轴箱共箱设计参照德国 BOK 多轴箱标准， 多轴箱箱体外形尺寸为 500mm600mm， 箱体的后盖与动力箱连成一体， 箱体与动力箱结合后经刮削成共面， 一起落在液压滑台上， 提高了多轴箱主轴的刚性和精度。 多轴箱的动力传动装置分两套，钻孔轴与钻孔传动轴的动力由钻孔电机控制，攻丝轴与攻丝主轴动力由攻丝电机控制， 攻丝电机采用制动电机。 在传动过程中， 钻孔轴齿轮与攻丝轴齿轮有干涉时， 采用空套齿轮轴形式， 使钻孔轴和攻丝轴的传动互不干涉， 保证钻孔轴与攻丝轴正常运转。 主轴和传动轴尽可能采用圆锥滚动轴承作支承， 但在主轴间距较小处， 采用无内环滚针轴承及止推轴承； 也有在间距较小处， 采用轴承错开的滚针轴承主轴。 多轴箱内的润滑由 R121 叶片润滑泵实现， 箱体内三排齿轮与后盖第四排齿轮， 由油管滴注润滑和齿轮转动时飞溅润滑， 润滑油在箱体的前盖底部的油池内循环使用。2.2钻孔、 攻丝活动模板的设计其中一种如图 4 所示。钻孔攻丝多轴箱前端由导柱支承钻孔攻丝活动模板， 钻孔攻丝活动模板上， 分别装有钻孔导向装置钻套和攻丝用的靠模机构，用于活动攻丝靠模板的攻丝靠模， 攻丝靠模机构由靠模杆 12、 靠模螺母 11 和骑马键 19 等零件组成。靠模杆 12 的前端， 装有心杆 8、 丝锥夹头 9 和丝锥10，靠模杆 12 的中部具有靠模螺纹部分并同靠模螺母 11 啮合， 靠模杆的尾部借助骑马键 19 与主轴 20 相连接。 主轴转动通过骑马键 19、 靠模杆 12 和销子 7 传给心杆 8， 当靠模杆 12回转时， 借助靠模螺母 11 使其作进给运动， 此时靠模杆 12 可在主轴 20 孔内作相对移动。 由于靠模螺纹螺距与丝锥螺距制造有误差， 因此设有补偿弹簧 18， 并使销子 7 有可能在靠模杆的长槽中作轴向窜动， 以补偿螺距误差。在正常工作时， 靠模螺母是固定不动的， 如果在工作过程中发生故障， 而使靠模杆不能再继续向前进给时， 靠模螺母便向后推开压板 16 而作轴向移动， 并离开防转销 17， 这样靠模杆的进给运动便停止了，从而起到了保护机构的作用。 采用该种靠模机构时， 在工作时靠模杆要在主轴孔内产生相对移动，因此需要根据机床的具体情况，保证靠模杆尾部伸入主轴孔啮合长度。模板的定位套、 模板垫圈、 支承块等零件采用了组合机床标准通用件。2.3夹具的设计夹具是该机床设计关键部件，该夹具不但要保证工件正确定位， 同时也要保证三面三个钻孔攻丝活动模板的定位。 根据工件结构特点和加工要求,，夹具上工件的采用前道工序已加工好的一个面和两个定位孔为定位基准， 及一面两销定位，限制工件的六个自由度，使工件稳定性好，采用油缸自动夹紧。 夹具上安放两个工件为上下两个， 每件工件外型均有粗定位导向杆， 便于工件安装， 又防止加工完毕夹紧缸松开时工件滑落。夹具上的定位套、 模板垫圈、 支承块等零件采用组合机床标准通用件。另外夹具定位块的定位面设有气密性检测系统， 保证了工件定位的可靠性 （具体结构见图 5 ） 。12 3 4 56789 10 111.床身 2.液压滑台 3.钻孔与攻丝用电机 4.多轴动力箱5.导柱 6.活动模板 7.模板支承块和定位销 8.夹具 9.钻孔接杆与钻套 10.攻丝靠模机构 11.滑台行程控制机构图 2机床总图12345678910111 前盖 2 多轴箱体 3 动力箱后盖 4 导柱 5 传动轴 6 钻孔主轴 7 攻丝主轴 8 钻孔用电机 9 攻丝用电机 10 润滑泵 11 多轴箱传动系统图图 3钻孔攻丝多轴箱1234567891011121314151617181920主轴箱体端面主轴箱前端面1.活动模板 2.钻孔主轴 3.钻孔接杆 4.导向装置钻套 5.刀具 6.支承块 7.是销子 8.心杆 9.丝锥夹头 10.丝锥 11.靠模螺母 12.是靠模杆 13.定位销 14.支承套 15.导柱 16.压板 17.防转销 18.补偿弹簧 19.骑马键 20.攻丝主轴图 4活动钻孔攻丝模板139Equipment Manufactring Technology No.12，2009The Design on the Activities Template Drilling and Tapping Modular Machine ToolZHOU Xiao- xiong（Nanjing Institute ofTechnology， Nanjing Juxing Mechanical Equipment Co., Ltd.， Nanjing 211100， China ）Abstract： This paper summarizes the technical processing plan of activities template drilling and tapping modular machine tool andintroduces the design and working principles of special multi- axial box, activity template and fixture. On the basis, it solves the problemwhich can complete the two processes on one plane. This can save not only control system and a set of mechanism such as spindle power boxand slide, but also the working place and operators, which could enhance the economic efficiency.Key words : drilling; tapping; activities template; multi- axial box; special plane2.4电气控制本机控制系统选用三菱可编程控制器 （PLC ） 、 机床面板上的触摸屏选用 （F930GOT ） ， 增加了监视及人机对话功能， 使设备运行更加可靠， 维修调整更加快捷方便。选用接近开关， 作为分散在各运动部件上的位置传感器。并且置于操作者易于观察的地方， 便于设备的维护与调整。 控制系统基本上构成了无接点控制核心， 从而为专机的高可靠性运行打下坚实基础。3行程控制机构、 工作原理与机床的工作循环钻孔的行程控制由滑台行程控制机构控制，它并可控制钻孔电机。 攻丝的行程控制由攻丝行程开关控制机构控制， 它并可控制攻丝电机。要求钻孔的加工时间比攻丝的加工时间长 23 s， 即为攻丝完成攻丝加工后退回到攻丝启始点， 钻孔滑台才可后退。见滑台和攻丝工作循环图 6。滑台行程控制机构， 其结构主要有电气操纵开关 （接近开关 ） 、 滑槽板、 挡铁等组成。一般情况是将电气操纵开关 （接近开关 ） 安装在滑座上， 把三个挡块分别装在滑槽板三个 T 型槽里并安装在滑鞍上， 根据滑台的快进、 工进、 快退的位置， 安装固定三个挡块位置与接近开关的位置一一对应，保证滑台的快进、 工进、 快退的正确位置。 其工作原理是滑台的快进时， 挡块 1 碰到工进接近开关时， 滑台开始工进， 挡块 2 碰到到位接近开关， 滑台开始快退， 挡块 3 碰到原位接近开关时， 滑台就停在原位不动。攻丝行程开关控制机构， 其结构主要有电气操纵开关 （接近开关 ） 、 挡铁、 拨叉和导杆等组成。 其工作原理是攻丝主轴正转时， 攻丝心杆向前运动时， 通过拨叉带动导杆向前运动， 导杆上固定的挡铁随之向前运动， 挡铁 1 碰到反向接近开关， 攻丝电机反转， 丝攻就回到原位， 挡铁 2 碰到原位接近开关， 电机与主轴就停转， 到此一个攻丝循环就结束。 在反向接近开关前端还设置了越位接近开关。 若原位和反向接近开关失灵， 挡铁 3 碰到越位接近开关， 使攻丝电机断电， 实现超越位保护。机床工作开始使用时， 滑台快进， 当压块压到液压行程调速阀时， 滑台开始工进， 带动主轴动力箱和活动模板， 将活动模板的定位销插入夹具的定位销孔中，并使活动模板与夹具支承块靠紧。此时， 滑台行程控制机构发出信号， 启动攻丝与钻孔电机， 滑台继续工进做钻孔工序， 与此同时， 攻丝主轴正转， 在攻丝靠模机构作用下， 丝锥开始攻丝， 攻丝完毕后， 在攻丝行程开关控制作用下， 攻丝主轴开始反转， 攻丝靠模杆在完成攻丝后， 退回到攻丝启始点。等待钻孔工序完成后， 滑台带动多轴箱和活动模板退回到原位， 开始下一循环。4结束语活动模板式钻孔、攻丝组合机床的多轴箱和活动模板将钻孔、 攻丝两项工序合并在同一机床， 节省了一整套机床的主轴动力箱、 滑台等一套机构。 被加工的零件采用能同时完成两道工序的加工机床， 减少了装夹时间， 不仅可以节约能源及人力资源， 还可提高功效。 现该机床在生产厂家生产取得了一定的经济效益。参考文献：1 大连组合机床研