论文部分内容阅读
摘 要：M20～M30大直径数控全自动绕套机能一次完成公，英制钢丝螺套的绕制成型，开折断槽，去尾柄的加工全过程
关键词：M20～M30钢丝螺套;矫直机构;电磁铁夹紧;送丝机构;升降卷绕机构;电主轴开槽;转芯机构;凸轮机构
钢丝螺套被广泛应用于汽车、航空、航天、专用设备等行业。是一种新型内螺纹紧固件，将其嵌入金属或非金属材料上形成高强度、耐磨损、具有互换性的标准内螺纹。在铝，镁合金等低强度工程材料上应用可明显提高内螺纹的强度和耐磨性。应用在钢件，铸件，铸铁上，可以提高螺钉的耐用性，防止由于各种振动引起螺钉松动，疲劳断裂及提高螺钉连接时的耐疲劳强度;在出现螺纹加工错误或对已损坏的内螺孔修复时，使用钢丝螺套作为手段，可以不增加重量和体积获得经济的维修，拯救重要部件快速有效的修复到原始状态;利用钢丝螺套进行公——英制螺纹孔转换，非常方便，快捷;锁紧型钢丝螺套，其多边形能锁紧圈能把螺钉锁紧在螺纹孔中，在受振动和冲击时，可使螺钉不致松扣，比通常锁紧装置工艺性能好。
随着工业更进一步的发展，钢丝螺套的用途也越来越多。目前，国内钢丝螺套制造业，已经有了一定的突破，但是还存在对于大直径钢丝螺套，比如M20～M30的难以进行绕指钢丝螺套，我们大直径数控全自动绕套机正好解决了此问题。此设备所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种M20～M30大直径数控全自动绕套机，其结构紧凑，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，加工效率高，适用性强，推广应用价值高。
1 主要技术参数：
1.1加工范围按照螺距分：P=2.5～3.5mm;
按照螺纹分：M20～M30;
1.2生产效率：6件/分钟左右（与绕制的螺套规格，长短有关）;
1.3电动开槽装置：空载时12000转/分，负载时9000转/分;
1.4送线速度：（65～102）m/min;
1.5该设备生产的钢丝螺套应满足GJB119-86和Q/WS9 2012-2014-1997标准对它的要求。航空工業行业标准HB6200～6202-89，锁紧型钢丝螺套技术条件和Q/WS92012～2014-1997涡扇九发动机专用钢丝螺套技术条件。
1.6五轴数控交流伺服电机及其驱动器：
1.6.1送丝电机及其驱动器：SGMJV-08AAA61+SGDV5R5A
1.6.2 凸轮轴电机及其驱动器：SGMGV-30ADA61+SGDV330A
1.6.3转芯轴电机及其驱动器：SGMJV-08AAA61+SGDV5R5A
1.6.4升降轴电机及其驱动器：SGMJV-04AAA21+SGDV2R8A
1.6.5卷绕轴电机及其驱动器：SGMJV-08AAA21+SGDV5R5A
1.6.6送线轮指令值：±0.01mm～9999.99 mm
1.6.7凸轮转角指令值：0.1°～359.9°
2 M20～M30大直径数控全自动绕套机工作原理：
M20～M30大直径数控全自动绕套机根据所绕制钢丝螺套的规格，选用合适的前导嘴，送丝轮，中间导板，导丝管和导丝嘴（刻有相应规格的菱形槽子）把他们安置在各自合适的位置上。菱形钢丝经过放线架主动送丝，经过矫直机构，导丝嘴，之后进入送丝机构，送丝时，先给送丝机构中的电磁铁通电，将上送丝轮下压，与下送丝轮夹紧菱形钢丝。送丝电机旋转开始送丝，送丝到位后，电磁铁断电松开，上送丝轮回升，升降电机工作，带动丝杠旋转使卷绕电机及芯轴下降，待芯轴前端卡入菱形丝后，开始钢丝螺套端部折弯，随后绕套时，升降卷绕电机按照一定的关系同步旋转，绕至1.5～2圈时，停止卷绕，此时凸轮电机开始工作，通过滑块机构带动电动开槽机构进给开折断槽，待满足螺套工艺参数后，开槽机构回退，随后又开始卷绕，绕至设定的圈数后，升降，卷绕电机反转，是芯轴退出螺套，接着，电磁铁通电夹紧菱形钢丝，送丝电机反转，使螺套的螺尾部分退回到导丝嘴的出口处，切断刀进给切断。此时便结束了一个螺套的绕制工作，反复重复以上动作，就会绕制出大量的钢丝螺套。待及其调试好后，把程序储存到电脑中，然后机器启动，开始自动绕制钢丝螺套。
2.1矫直机构由四组矫直轮上下两排对菱形钢丝进行矫直作用其矫直原理是：矫直轮的位置与菱形钢丝的运动方向成某种角度在送线动力以及送丝轮的作用下使菱形钢丝得到压缩，就会使菱形钢丝的精度越高，满足绕套所需精度的菱形钢丝。
2.2电磁铁夹紧是利用截流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器，将电能转换为机械能，当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化成为极性相反的两块磁铁，他们之间产生磁吸力，当电磁吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心方向运动，当电磁吸力小于弹簧的反作用力时，衔铁将在反作用的作用下返回原来的释放位置。送丝轮的压紧就是利用了电磁铁的作用力对送丝轮产生压力，当送丝停止时又能自动返回，使得菱形钢处于自由状态。
2.3送丝机构动力选用850W的交流伺服电机，保证送丝的精度送丝只送螺套的前端折弯部分，待卷绕螺套时卷绕的动力来自卷绕电机，此时电磁铁压紧完全松开，菱形钢丝处于自由状态停止送丝。待卷绕好钢丝螺套后，电磁铁使送丝轮压紧菱形钢丝，以便当送丝电机转动时使钢丝螺套尾柄后退至导丝嘴处，切断刀上前切断，一个螺套的送丝动作完成。
送丝部分的送丝轮采用四个送丝轮，送丝轮采用正反两面使用，每个送丝轮上刻有两种规格的菱形格子，达到有效利用。
2.4升降卷绕机构使用1.5KW的交流伺服电机通过滚珠丝杠从而带动卷绕装置运动，上下运动采用直线导轨进行导向，保证了运动的精度。卷绕装置通过交流伺服电机来驱动卷绕主轴旋转，卷绕主轴上装有卷绕芯轴，根据所绕制螺套规格的不同可以选择相对应的芯轴，为更换方便，用弹簧夹头（NT30-ER32-70）来装夹绕套芯轴，保证了芯轴与主轴的同轴度，从而实现绕制钢丝螺套的需求。
2.5电主轴开槽，空载时12000转/分，负载时9000转/分，开钢丝螺套上的90度V形折断槽，利用了电主轴的高速度，确保开槽精度已达到要求。
2.6转芯机构是利用750W的交流伺服电机，通过齿轮传动旋转角度和改变方向来驱动导丝嘴的旋转，从而实现绕制左旋和右旋转钢丝螺套的绕制
2.7凸轮机构采用2.9KW的交流伺服电机，通过齿轮传动驱动4个齿轮轴传动，各齿轮轴上带有不同角度的凸轮片，调整凸轮片位置，通过摆臂依次通过滑块运动，带动其上的刀具，实现各自的功能，达到绕套的目的。
结束语
M20～M30大直径数控全自动绕套机填补了国内空白，解决了钢丝螺套一直以来没有解决的问题。大规格绕制，生产的钢丝螺套已被广泛应用于汽车，航空，航天及专用设备等行业，随着工业的发展，钢丝螺套使用越来越广，该设备市场前景看好。
参考文献：
[1]徐灏，机械设计手册第2版，北京，机械工业出版社2000
[2]孙恒，陈作模，机械原理，第5版。北京。高等教育出版社。1995.
[3]高泽远，王 金主编 机械设计基础课程设计 沈阳，东北工学院出版社1987
作者简介：
刘薇（1982—），工程师，从事专用设备设计研发工作。
（西北机器有限公司，陕西 西安 710119）
关键词：M20～M30钢丝螺套;矫直机构;电磁铁夹紧;送丝机构;升降卷绕机构;电主轴开槽;转芯机构;凸轮机构
钢丝螺套被广泛应用于汽车、航空、航天、专用设备等行业。是一种新型内螺纹紧固件，将其嵌入金属或非金属材料上形成高强度、耐磨损、具有互换性的标准内螺纹。在铝，镁合金等低强度工程材料上应用可明显提高内螺纹的强度和耐磨性。应用在钢件，铸件，铸铁上，可以提高螺钉的耐用性，防止由于各种振动引起螺钉松动，疲劳断裂及提高螺钉连接时的耐疲劳强度;在出现螺纹加工错误或对已损坏的内螺孔修复时，使用钢丝螺套作为手段，可以不增加重量和体积获得经济的维修，拯救重要部件快速有效的修复到原始状态;利用钢丝螺套进行公——英制螺纹孔转换，非常方便，快捷;锁紧型钢丝螺套，其多边形能锁紧圈能把螺钉锁紧在螺纹孔中，在受振动和冲击时，可使螺钉不致松扣，比通常锁紧装置工艺性能好。
随着工业更进一步的发展，钢丝螺套的用途也越来越多。目前，国内钢丝螺套制造业，已经有了一定的突破，但是还存在对于大直径钢丝螺套，比如M20～M30的难以进行绕指钢丝螺套，我们大直径数控全自动绕套机正好解决了此问题。此设备所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种M20～M30大直径数控全自动绕套机，其结构紧凑，设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷，加工效率高，适用性强，推广应用价值高。
1 主要技术参数：
1.1加工范围按照螺距分：P=2.5～3.5mm;
按照螺纹分：M20～M30;
1.2生产效率：6件/分钟左右（与绕制的螺套规格，长短有关）;
1.3电动开槽装置：空载时12000转/分，负载时9000转/分;
1.4送线速度：（65～102）m/min;
1.5该设备生产的钢丝螺套应满足GJB119-86和Q/WS9 2012-2014-1997标准对它的要求。航空工業行业标准HB6200～6202-89，锁紧型钢丝螺套技术条件和Q/WS92012～2014-1997涡扇九发动机专用钢丝螺套技术条件。
1.6五轴数控交流伺服电机及其驱动器：
1.6.1送丝电机及其驱动器：SGMJV-08AAA61+SGDV5R5A
1.6.2 凸轮轴电机及其驱动器：SGMGV-30ADA61+SGDV330A
1.6.3转芯轴电机及其驱动器：SGMJV-08AAA61+SGDV5R5A
1.6.4升降轴电机及其驱动器：SGMJV-04AAA21+SGDV2R8A
1.6.5卷绕轴电机及其驱动器：SGMJV-08AAA21+SGDV5R5A
1.6.6送线轮指令值：±0.01mm～9999.99 mm
1.6.7凸轮转角指令值：0.1°～359.9°
2 M20～M30大直径数控全自动绕套机工作原理：
M20～M30大直径数控全自动绕套机根据所绕制钢丝螺套的规格，选用合适的前导嘴，送丝轮，中间导板，导丝管和导丝嘴（刻有相应规格的菱形槽子）把他们安置在各自合适的位置上。菱形钢丝经过放线架主动送丝，经过矫直机构，导丝嘴，之后进入送丝机构，送丝时，先给送丝机构中的电磁铁通电，将上送丝轮下压，与下送丝轮夹紧菱形钢丝。送丝电机旋转开始送丝，送丝到位后，电磁铁断电松开，上送丝轮回升，升降电机工作，带动丝杠旋转使卷绕电机及芯轴下降，待芯轴前端卡入菱形丝后，开始钢丝螺套端部折弯，随后绕套时，升降卷绕电机按照一定的关系同步旋转，绕至1.5～2圈时，停止卷绕，此时凸轮电机开始工作，通过滑块机构带动电动开槽机构进给开折断槽，待满足螺套工艺参数后，开槽机构回退，随后又开始卷绕，绕至设定的圈数后，升降，卷绕电机反转，是芯轴退出螺套，接着，电磁铁通电夹紧菱形钢丝，送丝电机反转，使螺套的螺尾部分退回到导丝嘴的出口处，切断刀进给切断。此时便结束了一个螺套的绕制工作，反复重复以上动作，就会绕制出大量的钢丝螺套。待及其调试好后，把程序储存到电脑中，然后机器启动，开始自动绕制钢丝螺套。
2.1矫直机构由四组矫直轮上下两排对菱形钢丝进行矫直作用其矫直原理是：矫直轮的位置与菱形钢丝的运动方向成某种角度在送线动力以及送丝轮的作用下使菱形钢丝得到压缩，就会使菱形钢丝的精度越高，满足绕套所需精度的菱形钢丝。
2.2电磁铁夹紧是利用截流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器，将电能转换为机械能，当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化成为极性相反的两块磁铁，他们之间产生磁吸力，当电磁吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心方向运动，当电磁吸力小于弹簧的反作用力时，衔铁将在反作用的作用下返回原来的释放位置。送丝轮的压紧就是利用了电磁铁的作用力对送丝轮产生压力，当送丝停止时又能自动返回，使得菱形钢处于自由状态。
2.3送丝机构动力选用850W的交流伺服电机，保证送丝的精度送丝只送螺套的前端折弯部分，待卷绕螺套时卷绕的动力来自卷绕电机，此时电磁铁压紧完全松开，菱形钢丝处于自由状态停止送丝。待卷绕好钢丝螺套后，电磁铁使送丝轮压紧菱形钢丝，以便当送丝电机转动时使钢丝螺套尾柄后退至导丝嘴处，切断刀上前切断，一个螺套的送丝动作完成。
送丝部分的送丝轮采用四个送丝轮，送丝轮采用正反两面使用，每个送丝轮上刻有两种规格的菱形格子，达到有效利用。
2.4升降卷绕机构使用1.5KW的交流伺服电机通过滚珠丝杠从而带动卷绕装置运动，上下运动采用直线导轨进行导向，保证了运动的精度。卷绕装置通过交流伺服电机来驱动卷绕主轴旋转，卷绕主轴上装有卷绕芯轴，根据所绕制螺套规格的不同可以选择相对应的芯轴，为更换方便，用弹簧夹头（NT30-ER32-70）来装夹绕套芯轴，保证了芯轴与主轴的同轴度，从而实现绕制钢丝螺套的需求。
2.5电主轴开槽，空载时12000转/分，负载时9000转/分，开钢丝螺套上的90度V形折断槽，利用了电主轴的高速度，确保开槽精度已达到要求。
2.6转芯机构是利用750W的交流伺服电机，通过齿轮传动旋转角度和改变方向来驱动导丝嘴的旋转，从而实现绕制左旋和右旋转钢丝螺套的绕制
2.7凸轮机构采用2.9KW的交流伺服电机，通过齿轮传动驱动4个齿轮轴传动，各齿轮轴上带有不同角度的凸轮片，调整凸轮片位置，通过摆臂依次通过滑块运动，带动其上的刀具，实现各自的功能，达到绕套的目的。
结束语
M20～M30大直径数控全自动绕套机填补了国内空白，解决了钢丝螺套一直以来没有解决的问题。大规格绕制，生产的钢丝螺套已被广泛应用于汽车，航空，航天及专用设备等行业，随着工业的发展，钢丝螺套使用越来越广，该设备市场前景看好。
参考文献：
[1]徐灏，机械设计手册第2版，北京，机械工业出版社2000
[2]孙恒，陈作模，机械原理，第5版。北京。高等教育出版社。1995.
[3]高泽远，王 金主编 机械设计基础课程设计 沈阳，东北工学院出版社1987
作者简介：
刘薇（1982—），工程师，从事专用设备设计研发工作。
（西北机器有限公司，陕西 西安 710119）