一种新型攻丝机的设设计 说明书

1、一种新型攻丝机的设计摘要 攻丝是机械零部件制造、安装及整机装配过程中必不可少的一个步骤。虽然在不少工作现场人们也能用钻床来达到攻丝的目的，但无不存在过程繁琐、质量不高、易出事故等弊端。本设计旨在消除上述攻丝机的一些弊端。 在此次攻丝机的设计过程当中，主要对攻丝机的工作原理进行了分析，对攻丝机的传动部分进行了设计，对轴进行了校核以及一些附件的选择，在此过程中，分析了解了如何选取V型带的带型以及V带轮的设计，使我对机械设计方面的知识有了更进一步的了解与认识。关键字 攻丝机， V带，带轮A new type of tapping machine designAbstract Tapping is t

2、he machinery parts manufacturing, installation and the machine assembly process necessary step. Although in many work field people also can drill to achieve tapping purpose, but all existing process trival, quality is not high, easy to accidents disadvantages. This design aims to eliminate the above

3、 disadvantages tapping machine. In this tapping machine design process, main tapping machine principle is analyzed, tapping machines are designed and transmission part of axial checks and some accessories choice, in the process, analysis learned how selection of v-shaped belt type and V belt wheel w

4、ith the design, leads me to the mechanical design knowledge of understanding and further. Keyword Tapping machine，V belt，Pulleys 1 引言11 攻丝机研究的背景与意义1.1.1 论文研究的背景长螺母、盲孔螺母以及各种螺纹孔在日常生活中应用广泛，出现频繁。而随着工业生产发展步伐的加快，传统攻丝工艺由于其生产效率不高，加工条件不好，冷却润滑不充分，切屑不易排出，加工时切屑挤满了丝锥的容屑槽，当加工完毕退刀时，切屑卡在齿背与零件螺纹间，常发生乱牙、拉伤、止端超差等现象，容易

5、出现废品，同时丝锥切削刃易磨损，严重时甚至折断丝锥。为解决上述问题，国内外许多专家、学者做了一系列的理论设想与试验研究，终于一部分专家、学者证明了将低频振动理论应用于内螺纹切削攻丝工艺中的可行性。此理论是利用专门设置的振动源（定振幅、定频率），人为地使刀具产生一种相对于工件可以控制的振动，实现在整个攻丝过程中连续有规律，而在切削区中近似间断的周期性脉冲加工。还有部分专家、学者通过大量理论和试验研究开发出一种适用于塑性较好、强度较低材料的无屑冷挤压螺纹成型技术。无屑冷挤压螺纹成型技术是利用挤压丝锥锥部的棱齿挤压工件底孔上的金属并使之沿轴向和径向塑性流动变形而形成内螺纹的。在挤压过程中，螺纹是因冷

6、塑性变形而产生的，故其齿部发生加工硬化强度变高，其承载能力大，使用寿命长，齿面粗糙度低。现拟采用所学过的理论知识来设计一台新型攻丝机，以期性能有更大的突破。1.1.2 论文研究的意义随着经济的快速增长和科学技术的不断提高，机床制造也得到了快速的发展。然而，机床机械设备的生产能力和水平与发达国家相比还比较落后，由于机床制造业在我国占有相当重要的地位，对经济的发展起着重要的作用。因此，我国的机械加工行业也必须成为国际领先的机械制造业。研究攻丝车床不仅可以提高车床主轴箱箱体螺纹加工的精度和生产效率，降低工人的劳动强度，减少对操作者的人身伤害，避免不必要的事故发生，而且会大大促进我国螺纹加工制造的数控

7、化普及，对实现水木机械高精度、高质量、高集成化和高自动化的目标具有深远意义。1.2 国内外研究的现状及发展前景1.2.1 国外研究的现状日本攻丝方面的研究比较深入和广泛，并设有专门的研究机构。以宇都宫大学的限部淳一郎教授为代表入物的日本该领域的专家在1954年开始对切削的基础理论和实际应用作了大量的研究。在专著一书中总结了日本在 切削方面的研究成果，列举了大量的实验数据。现在 切削在日本一些实际生产已经中得到广泛的应用。日本在 攻丝方面主要采用低频、螺纹升角方向 ，并有系列专用机床。用10RT型攻丝机进行低频攻丝与普通攻丝加工方法的攻丝扭矩进行比较发现:在切削速度提高时，攻丝扭矩随之提高:在切

8、削速度达到临界速度的三分之一时切削扭矩是传统攻丝扭矩的三分之一;在切削速度达到临界速度时，攻丝扭矩和传统攻丝扭矩相差不大，失去 攻丝效果。在一定的 攻丝参数下，铝的攻丝扭矩是传统攻丝扭矩的八分之一;钢的 攻丝扭矩是传统攻丝扭矩的三分之一;铜的 攻丝扭矩也是传统攻丝扭矩的三分之一。还得到攻丝具有使切屑呈带状排出、丝锥磨损降低、螺纹牙形规整，中径扩大量降低等优点，前苏联也早在50年代末开始 切削方面的研究，并发表了一些很有价值的论文。前苏联在 攻丝方面主要研究的是高频 攻丝，研制有专用轴向超声 攻丝机床和相应的超声 头。他们做了大量的超声 攻丝试验，结果表明超声 攻丝在加工不锈钢和钦合金时与传统攻

9、丝相比丝锥耐用度提高3到10倍，在加工钦合金时扭矩降低40%到50%，表面粗糙度提高级等优点印度的等也对攻丝进行了大量的研究并的得出了一些有价值的结论。他们认为:降低攻丝扭矩和轴向力的最佳 频率因条件而异。使用 攻丝。采用 攻丝可减小攻丝扭矩达8%到14%，降低轴向力达16%到26%。此外，他们认为，对于攻丝存在一个临界切削厚度(螺纹深度)值，在临界切削厚度的范围内，攻丝能降低攻丝扭矩。而其临界切削厚度与材料的硬度有关。且最佳的 频率与切削厚度有关，随着切削厚度的减小，最佳 频率反而增加，而最佳的振幅(对于同一种尺寸或同一种切削厚度)也与材料的硬度有关。在美国，切削也作为一个重点课题来研究。

10、切削系统也部分应用于工业 欧洲发达国家，如英国、前西德等国家对切削的工业应用技术和 切削机理也有较多的研究，也取得一些可观的成果。1.2.2 国内研究的现状我国对攻丝方面的研究工作开始于60年代末。华中理工大学的王立平和杨子对变参数攻丝提高微小孔加工精度进行了深入的研究。北京航空航天大学的陈鼎昌教授和青岛大学的苟琪博士从动态振攻丝扭矩出发，探讨了影响动态切削力变化的因素，从而得到动态攻丝扭矩功率谱可以反映攻丝过程，可以用信号功率变化和信号能量变化对攻丝过程进行监控的结论。北京航空航天大学的张德远等人应用弹塑性理论对攻丝减小合金攻丝扭矩进行了理论分析认为刀面对已加工便面的重复熨压，是减小攻丝中的

11、摩擦扭矩及提高已加工表面精度的主要原因，并利用弹塑性理论推导出了攻丝中丝锥后刀面上产生的摩擦扭矩计算公式。据此公式可以计算要获得最小扭矩的最佳熨压次数，这对指导攻丝中切削参数的选择有一定的指导意义。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、仿品多、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。攻纹机和其它机床一样发展缓慢。国内生产的中档普及数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。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，攻纹机

12、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，产品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，而攻丝机只是车床中的一部分，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。1.2.3 发展前景目前，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。国内的机械行业发展迅速，但相比国外来说

13、，我们还有很长的一段路要走，虽然我国现在机械行业的水平很低，但是我们有很好的发展前景，我们要认识到自己的劣势，弥补自己的不足，提高自身的技术水平和产品的质量，这样才能在市场竞争中占有自己的一席之地。攻丝、攻牙困难，而且容易烂牙，这一直是中国工业市场和模具设计加工行业的难题，我们要吸收外国的先进技术来解决自身的问题，这样我们的发展才不会落后。现在已经出现了组合机床，在专用机床和通用机床的基础上又进了一步，它不但解决了通用机床和专用机床之间的矛盾，同时还尽可能地坚固通用机床与专用机床的优越性，而机床与各种系统所结合生产出来的攻丝机正在向高效率、高自由度、高生产率、高自动化、高定位速度和高切削速度、

14、低成本方向发展。1.3 研究需解决的问题攻丝是机械零部件制造、安装及整机装配过程中必不可少的一个步骤。虽然在不少工作现场人们也能用钻床来达到攻丝的目的，但无不存在过程繁琐、质量不高、易出事故等弊端。2 攻丝机的介绍及设计理论2.1 概述 此次设计的任务是研究新型攻丝机的工作原理、性能和特点，采用理论联系实际的方法，研究如何去消除以往攻丝机的弊端，进行必要的结构改进，提出结构的方案并实施设计。同时，进行相关结构参数和工艺参数的设计与计算、总体方案设计，总体装配以及传动、机体等部件和相关零部件设计及绘图。主要设计方案如下：1）对攻丝机的工作原理进行深入研究，根据攻丝机的工作能力和使用要求，设计出总

15、体方案。2）设计出合理的攻丝机结构和零件的强度，保证运行的稳定性。3）设计出合理的传动机构，保证运行的高效性。2.2 攻丝机的工作原理2.2.1 攻丝机的分类1）按驱动动力分类攻丝机可以分为手动攻丝机、气动攻丝机、电动攻丝机和液压攻丝机等；2）按攻丝机主轴数目分类可分为单轴攻丝机、二轴攻丝机四轴攻丝机、六轴攻丝机、多轴攻丝机等；3）按加工零件分类攻丝机又可分为模内攻丝机、万能攻丝机、热打螺母攻丝机、法兰螺母攻丝机、圆螺母攻丝机、六角螺母攻丝机、盲孔螺母攻丝机、防盗螺母攻丝机等多种型号；4）按攻丝机加工过程的自动化程度分类攻丝机可分为全自动攻丝机、半自动攻丝机和手动攻丝机等；5）按攻丝机攻牙时是

16、否同时钻孔分类攻丝机又分钻孔攻丝机、扩孔攻丝机等。2.2.2 攻丝机的主要部件攻丝机的主要部件有：工作台、立柱、动力头部分、动力头安装架、V带、手柄、钻夹头、底座、中间轴部分。2.2.3 攻丝机的工作原理攻丝机的原理：如图所示2-1，电动机带动带轮1转动，带轮1通过V带带动带轮2、带轮3、带轮4的转动。带轮3带动带轮5，带轮4带动带轮6，当摩擦离合器与带轮5啮合，实现了钻夹头的正转；当摩擦离合器与带轮6相啮合，实现了钻夹头的反转。手柄通过齿轮啮合，转动手柄，实现钻夹头的上下移动，进而实现了“进刀退刀”过程。图2-1 攻丝机的示意图3 攻丝机的主要参数确定及主要结构设计3.1 电动机的选择按已知

17、工作要求和条件选用要求电机功率P=4KW，转速n=1500r/min左右，参照机械设计课程设计手册中的电动机的类型及其应用特点，选用Y-112M-4型电动机。参数如表3-1所示 表3-1 电动机的技术数据电动机型号额定功率/Kw满载转速/（r/min）堵转转速最大转矩质量/kg额定转矩额定转矩同步转速1500r/min，4极Y112M-4414402.22.3433.2 攻丝机传动的设计计算3.2.1 攻丝机传动第一级的设计计算1）确定计算功率由表8-7查得工作情况系数=1.2，故= (3-1)式中：-计算功率，kW; -工作情况系数，见表8-7； -所需传递的额定功率，如电动机的额定功率或名

18、义的负载功率，Kw2）选择V带的带型根据、由图8-10选用A型。3）确定带轮的基准直径并验算带速v1）初算小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径=100mm。2）验算带速v。按式（8-13）验算带的速度v=7.85 (3-2)因为5v303）计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径=3.2100mm=320mm (3-3) 根据表8-8，圆整为=315mm.4）确定V带的中心距a和基准长度 1) 根据式（8-20），初定中心距=600mm。2) 由式（8-22）计算带所需的基准长度+（+）+ (3-4)=2600+(100+315)+mm=1871m

19、m由表8-2选带的基准长度=1800mm。3)按式（8-23）计算实际中心距+=（+）mm (3-5)中心距的变化范围为538619mm。5）验算小带轮上的包角（）= (3-6) 6）计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率。由=100mm和=1440，查表8-4a得=1.32kW.根据=1440，i=3.2和A型带，查表8-4b得=0.17kW.查表8-5得=0.942，表8-2得=1.01,于是=(+)=(1.32+0.17)0.9421.01kW (3-7) =1.42kW2)计算V带的根数zz=3.38 (3-8)取4根7）计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量q

20、=0.1kg/m，所以=+ (3-10)=+=158N应使带的实际初拉力8)计算压轴力压轴力的最小值为=sin=N=1239N (3-11)3.2.2 攻丝机传动第二级传动第一部分的计算 1)确定计算功率 =450r/min由表8-7查得工作情况系数=1.2，故=2)选择V带的带型根据、由图8-10选用B型。3)确定带轮的基准直径并验算带速v1）初算小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径=280mm。2）验算带速v。按式（8-13）验算带的速度v=6.59因为5v303）计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径=1280mm=280mm根据表8-8，

21、圆整为=280mm.4)确定V带的中心距a和基准长度1)根据式（8-20），初定中心距=800mm。2)由式（8-22）计算带所需的基准长度+（+）+=2800+(280+280)+mm=1880mm由表8-2选带的基准长度=1800mm。3)按式（8-23）计算实际中心距+=（+）mm中心距的变化范围为733814mm。5)验算小带轮上的包角（）=6)计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率。由=280mm和=450，查表8-4a得=2.89kW.根据=450，i=1和B型带，查表8-4b得=0kW.查表8-5得=1，表8-2得=1.03,于是=(+)=(2.89+0)11.03kW=2.9

22、7kW2)计算V带的根数zz=1.62取2根7)计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得B型带的单位长度质量q=0.18kg/m，所以=+=+=280N应使带的实际初拉力8)计算压轴力压轴力的最小值为=sin=N=1120N3.2.3 攻丝机传动第二级传动第二部分的计算1)确定计算功率 由表8-7查得工作情况系数=1.2，故=2)选择V带的带型根据、由图8-10选用C型。3)确定带轮的基准直径并验算带速v1）初算小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径=250mm。2）验算带速v。按式（8-13）验算带的速度v=5.88因为5v303）计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a

23、），计算大带轮的基准直径=3.2250mm=800mm根据表8-8，圆整为=800mm.4)确定V带的中心距a和基准长度1)根据式（8-20），初定中心距=1500mm。2)由式（8-22）计算带所需的基准长度+（+）+=21500+(250+800)+mm=4698mm由表8-2选带的基准长度=4500mm。3)按式（8-23）计算实际中心距+=（+）mm中心距的变化范围为13321535mm。5)验算小带轮上的包角（）=6)计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率。由=250mm和=450，查表8-4a得=3.62kW.根据=450，i=3.2和B型带，查表8-4b得=0.35kW.查表8

24、-5得=0.942，表8-2得=1.04,于是=(+)=(3.62+0.35)0.9421.04kW=3.89kW2)计算V带的根数zz=1.23取2根7)计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得B型带的单位长度质量q=0.18kg/m，所以=+=+=347N应使带的实际初拉力8）计算压轴力压轴力的最小值为=sin=N=1360N3.3 传动轴设计及附件的选择3.3.1 轴的材料及热处理 攻丝机传动轴主要承受扭矩，弯矩，是攻丝机中最重要的零件值一，故轴的材料选用45钢，调质处理。3.3.2 轴的强度校核按扭转强度条件计算：轴的扭转强度条件为-扭转切应力，MPa；-轴所受的扭矩，Nmm-轴的抗扭

25、截面系数，；n-轴的转速，r/minP-轴传递的功率，Kwd-计算截面处轴的直径，mm-许用扭转切应力，MPa，见表轴的材料Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13/MPa152520352545355514912613511212610311297由上式可得轴的直径式中, 1)对轴I进行校核 n=1440r/min P=4.8Kw 取许用扭转切应力=40MPa 带入公式mm取将带入公式满足轴的强度校核条件。2)对轴II进行强度校核 n=450r/min P=4.8Kw同样取许用扭转切应力=40MPa 带入公式取 将带入公式

26、满足轴的强度校核条件。3)对轴III进行强度校核 n=140r/min P=4.8kw同样取许用扭转切应力=40MPa 带入公式取 将带入公式满足轴的强度校核条件。3.3.3 轴承的选用1）根据轴I选取轴承参数为：轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm 60042042120.625370.62）根据轴II选取轴承参数为：轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm 60073562141415613）根据轴III选取轴承参数为：轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm 60084068151466213.3.4 带轮的结构设计带轮的相关系数式中：-传递的功率，Kw -带轮的转速，r/min -轮辐数带轮1

27、、带轮3、带轮4、带轮5都采用的是腹板式V带轮；如图所示：1） 根据轴I确定带轮1的参数 ，带入公式2） 根据轴II确定带轮3的参数，带入公式3）根据轴II确定带轮4的参数，带入公式4）根据轴III确定带轮5的参数，带入公式带轮2、带轮6、都采用的是轮辐式V带轮；如图所示1） 根据轴II确定带轮2的参数，带入公式2） 根据轴III确定带轮6的参数，带入公式3.3.5 平键的结构设计 如图所示：1）轴I所需平键的参数，如表所示轴键键槽公称直径公称尺寸公称尺寸轴 毂 半径 公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大172263.5+0.102.8+0.100.160.25注：1.在工作图中，轴槽深用

28、t或标注，轮毂槽深用标注。2. 和两组组合尺寸的极限偏差按相应的和极限偏差选取，但极限偏差值应取负号（-）。3.键尺寸的极限偏差为，为，为。4.键材料的抗拉强度应不小于。2）轴II所需平键的参数，如表所示轴键键槽公称直径公称尺寸公称尺寸轴 毂 半径 公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大3038105.0+0.203.3+0.200.250.40注：同上3）轴III所需平键的参数，如表所示轴键键槽公称直径公称尺寸公称尺寸轴 毂 半径 公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大3844125.0+0.203.3+0.200.250.40注：同上3.3.6 手柄的设计1） 定位手柄座的设计,参数如

29、下表所示基本尺寸极限尺寸18+0.027070M101368.5361321232325钢球GB/T 308-2002压缩弹簧GB/T 2089-1994圆锥销GB/T 117-200081.2*7*356*70 结构图如下图所示：2） 手柄球的设计，参数如下表所示嵌套JB/T 7275-1994手柄球选用A型，黑色：手柄球 手柄球的结构图如下图所示：3）手柄杆的设计，参数如下表所示基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差10+0100112162014128610-0.2200.5手柄杆的结构图如下图所示4 结论在老师的关心和指导下，经过三个月的设计，攻丝机的总体方案设计，总体装配以及传动等部件和相

30、关零部件设计及绘图的设计工作已经完成。本次设计的攻丝机克服了过程繁琐、质量不高、易出事故等弊端。使参 考 文 献1 隈部淳一郎著精密加工振动切削(基础与应用)韩一昆，薛万夫，孙祥根，等译北京：机械工业出版社，1985 2 张德远难加工材料加工与监控技术研究：【学位论文】 北京：北京航空航天大学，1993 3 张德远，陈鼎昌钛合金振动攻丝降低攻丝扭矩的研究机械工程学报，1994(30)：1829 4 陈志同，李光军，张德远低频扭转振动攻丝基本工艺参数组的研究中国机械工程，2003，14(6)：467468 5 李海林，王贵成低频振动攻丝提高加工精度的试验研究现代制造工程，2002(11)：474

31、9 6 苟琪，孙忠义钛合金振动攻丝切削液作用机理的研究机械研究与应用，2000(13)：l27 石淼森切削中的摩擦与切削液北京：中国铁道出版社19948 金钰伺服系统设计指导北京：北京理工大学出版社20009 李志民，张遇杰同步电动机调速系统北京：机械工业出版社，200110 王晓明电动机的单片机控制北京：北京航空航天大学出版社，200211 隈部淳一郎 精密加工一振动切削 1985 12 李样林.薛万夫.张日升 振动切削及其在机械加工中的应用 1985 13 尹韶辉 多轴振动攻丝机理研究期刊论文-机械工艺师 1997(05)14 齐玉新.王洪香 内螺纹加工技术的比较研究15 王军峰 钳工螺纹加工技术初探16 武双杰 深孔螺纹加工方法探讨17 冯启高.马利杰 内螺纹加工新技术18 邓文英 金属工艺学19 梁允奇 机械制造中的传热与热变形20 陈志杰，振动攻丝机及其试验研究J.河北机电学院学报，1991,37（3）：76-9721 Bi Zhang.Fulun Yang.Jiexin Wang Fundamental aspects in vibration- assisted tapping J.Jouranl of mat