便携式管螺纹加工机

便携式管螺纹加工机 机械系2004级机制(2)班 董恒岩 436000 随着科学技术和生产的不断发展，对各种产品的质量和生产效率提出了 越来越高的要求。产品加工工艺过程的自动化是实现高质量、高效率的重要措施 之一。 但是，在产品加工中，大批量生产的零件并不很多，据统计，单件与小批量生产 的零件约占机械加工总量的80%以上。对这些多品种且加工批量小、零件形状复杂、精度要求高的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自动生产线就 显得很不合适。为在竞争中求得生存与发展，各企业纷纷在提高产品技术档次、 增加产品种类、缩短试制与生产周期和提高产品质量上下功夫，但传统的自动化 生产线难以适应小批量、多品种生产要求。 为了解决以上问题，各企业在生产中采用了便携式的螺纹加工机来生产，螺 纹加工作为目前一种使用广泛、典型的机电一体化产品，，是一种高效的自动化螺 纹加工机。 本文就针对便携式螺纹加工机在机械加工中的应用范围、特点、要求和发展 方向作出论述。 优化传动链;套丝机;丝杠;减速器 1 ……………………………………… …………………………………………… ……………………………………… …………………………………………… ………………………………………………… ………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… ………………………………………… ……………………………… ………………………………………… ……………… ………………………………………………… ………………………………………………… 2 随着生活的需要，目前生活用水方便，可水管的安装有一定的难度，非常 的麻烦，由而想到一些水管安装时所需要的工具。 生活用金属水管之间通过接头采用螺纹连接，空心接头两端加工有内螺纹， 可以制作成标准件。但是被接水管随着实际供水距离的需要，其长度不能确定， 而不能预先加工出螺纹。 通常根据用户的需要截取管长后再在管子两端加工连接用的外螺纹，这样需 要一种简便的工具及管螺纹加工机械来满足这种灵活的螺纹加工要求。 套丝机核心部分图片如下： 3 目前市场上加工此类螺纹的方法是，在一个高一米多左右的三角架上， 用一老虎钳夹紧水管，按照所需要的尺寸切割下来的金属管，再用一个套丝 机套丝，该套丝机的机构核心是一个双向棘轮套丝时，一个外部长达一米多的扳 手有工人转动，而带动棘轮，棘轮再带动板牙加工出罗纹。螺纹加工好以后，改 变棘轮方向，反转扳手，推出板牙。 针对上面这种方法，其缺点非常之大： 1.2.1不稳定 在加工水管时，用老虎钳对其水管进行夹紧，夹紧后用套丝机对其套丝，在 套丝过程中由于其结构为三角架支撑，所以在使用过程中，由于扳手过长，用力 过大，都会致使三角架左右歪斜，非常的不稳定。 1.2.2效率低 针对用套丝机对水管进行套丝，这种方法的效率非常的低，在套丝时用棘轮 在水管上，然后用扳手对棘轮进行驱动，棘轮带动板牙进行加工。最快驱动为扳 手扳动四下，棘轮才会转动一周即套出一丝，这种方法效率非常的低。 1.2.3费力 在这种套丝方法上，使用中非常的麻烦，在一般的五金店中套丝的都为男性 朋友，在套丝中把棘轮套在水管上，用扳手进行驱动，使其套丝，对其棘轮扳动 数次才会套出一丝，非常的费力，其女性朋友根本就无法使用此方法对其操作， 非常的费力。 1.2.4占地面积大 这种套丝设备占地面积比较大，只能在户外或室内面积较大的地方进行操作。 三角架，老虎钳，长达一米左右的大扳手，笨重且不容易放置。 结论 4 这种套丝设备及工具效率低下、操作不便、占地面积大、加工空间有局限、 费力，不稳定。 针对上面的设备的缺点，为什么市场上没有一种新的能够没有加工局限、省 力、稳定、效率高而且还便于携带的机器呢？ 目前针对以上问题已对市场进行调查，市场上现在还没有这种设备，随着社会的 发展，人们的需要，所以需要一部这样的设备诞生。作为一个当代机械类大学生 我们要解决这一难题。由此我们需要做出一个关于便携式管罗纹加工机的设计， 随着它的出现就能解决社会上此加工的难题。 设计内容 1.3.1 工件夹持机构（设计的管螺纹加工机，要改进以上夹紧方法，摆脱笨重的 三角架，老虎钳） 1.3.2 刀具夹持机构，能更换不同的板牙。 1.3.3 刀具驱动机构。采用机动驱动板牙，解放人力，提高加工效率。 1.3.4 整体设计。夹持机构和加工机构要巧妙结合，从整体上使加工机便于携带， 操作，以达到能灵活运用的目的 目前市场对水管或其他工件加工螺纹时其加工方法为： ?用车床对其工件进行车 ?用套丝机对工件进行套丝 两者的优点及缺点 针对车床车丝 优点：这种方法省时省力，但是只适合大批量生产 缺点：在小批量生产时，不划算且不容易放置，不便于携带，笨重。 套丝机套丝 优点：方便适合小批量加工。 缺点：费力 不稳 针对以上的分析比较，套丝机比较适合我们的需求，但是它的费力不稳，故 而我们要设计出一种便于使用，方便携带且省力的机械套丝加工机！ 怎样才能设计出一台既省力又稳定，且便于携带的机器，而且都有什么部件 组成。 5 便携机由以下几部分组成： （1）动力提供 ? 电动机。 动力传送（动力装置怎么样把动力传到刀具） （2） 工件夹具（水管）。 （3） 刀具夹具（板牙）。 （4）进刀运动实现方案 （5）怎样把动力组和其他部件连接固定（即组装）。 2.3.1电动机选择 原动机的类型及其运动参数的选择原动机的运动形式主要是回转运动，往复 摆动和往复直线运动等。 原动机选择是否恰当、对整个机械的性能、对 机械传动系统的组成及其繁简 程度有直接影响。 在一般机械中用得最多的交流异步电动机，其同步转速有3000min 1500min 1000min 750r/min 5种。当机械执行构件的速度很低时，若选用高速电动机势 必需要大减速比的减速装置，可能会造成机械传动系统的过分庞大和造成成本的 显著增加。 在执行件和原动机的运动参数确定以后，即可着手计算出各运动链的总传动 比。 机械的原始运动参数和运动链的总传动比是下一步选择机构进行机械传动系 统设计时所必须具备的数据。 除此之外，在对各运动链进行设计时，还必须考虑各执行构件运动的协调关 系。这主要有以下几种情况。在某些机械中各执行构件的运动是独立的，因此在 设计时不考虑运动的协调问题。 2 在拟定机械传动系统方案的任务在于根据机械的设计要求，在选定机械的工 作原理之后，被选传动方案，确定基本传动参数，合理选择机构并进行恰当的组 合，使之满足传动要求，给出机构运动简图，评比方案，选择最佳方案。 采用简短的运动链有利于降低机械的重量和成本，提高传动效率，减小积累 误差。 机械的效率取决于组成机械的各个机构的效率。因此，当机械中包含有效率 6 的机构时就会使机械的总效率降低。在设计时应注意使传递功率最大的主运动链 具有较高的机械效率。 根据以上的设计要求计算出该动力驱动电机为： A、B、C 三种 B最适合我们的要求，在此选用B电机 （A） （B） （C） 1．主电机功率：4.0KW 2．配用电源：三相380V 50HZ 3．主轴转速：40—62r/min 4．螺纹最大加工长度：80mm 1.夹具设计的注意事项 专用夹具的设计方法与步骤： 一个优良的夹具必须满足下列基本要求： ?．能保证工件的加工精度要求。 ?．能提高加工的生产率，降低成本。 ?．操作方便，省力和安全。 ?．便于排屑。排屑问题是夹具设计中的一个重要问题。 ?．有良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、检验、装配、调整，维修等。 总之，夹具设计必须使加工质量、生产效率、劳动条件和经济性等方面达到 7 辨证的统一。 2.4.1 专用夹具设计的步骤 专用夹具设计的一般步骤如下： (1)明确设计任务，认真研究有关资料，了解生产条件。 (2)拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图。 ?确定工件的定位方法并设计相应的定位装置。 ?确定工件的夹紧方式并设计夹紧装置。夹紧力的方向和作用点符合夹紧原 则。对夹紧力的大小应进行分析和必要计算，以确定夹紧元件和传动装置的主要 尺寸。 ?确定其他元件或装置的结构形式，考虑这些元件和装置的布局，确定出夹 具体的结构。 在构思夹具方案的同时应绘制夹具的结构草图，以检验方案的合理性和可行 性，并为进一步绘制夹具总图做好准备。 (1)绘制夹具总图，结构方案经讨论审查后便可正式绘制夹具总图。 (2)标注总图上各部分尺寸和技术要求。 (3)绘制夹具零件图，为简化夹具设计和制造，应尽可能使用标准元件。 在实际操作中，上述设计步骤并非一成不变，但它在一定程度上反映了设计 夹具所需要考虑的问题和设计经验，因此对于缺乏工作经验的人员来说，遵循一 定的方法，步骤进行设计是很有益的。 2.4.2夹具公差和技术要求的制定 制定夹具总图的技术要求和夹具公差，是夹具设计中的一项重要工作。因为 它直接影响工件的加工精度，也关系到夹具制造的难易程度和经济效果。 2.4.3 夹具总图上应标注的尺寸和技术要求 (1)外形轮廓尺寸，一般指夹具的最大外形轮廓尺寸。特别是当夹具结构中有 可动部分时，应包括 可动部分处于极限位置时在空间所占尺寸。 (2)与定位精度有关的尺寸公差及相互位置要求。 (3)定位元件及导向元件，对刀元件间的位置尺寸及相互位置精度要求。 (4)夹具与机床连接部分的尺寸及配合性质。这类尺寸表示夹具如何与机床有 关部分连接。从而确定夹具在机床上的正确位置。 (5)与保证夹具装配精度有关或检验方法有关的特殊技术要求。这类技术要求 指属于夹具内部各组成连接副的配合，各组元件之间的位置关系等。 此外，对夹具制造和使用的一些特殊要求，如夹具的操作平衡、安全、装配 使用中的注意事项等，则用文字在夹具总图上加以说明。 2.4.4夹具公差的确定 (1) 夹具中与工件尺寸有关的公差 8 ?．在不增加制造困难的前提下，夹具公差应制得尽量小，以增加夹具的可 靠性，并补偿磨损中的磨损量。 ?．便于夹持装配，夹具的距离尺寸应作对称分布，其基本尺寸应为工件相 应尺寸的平均值。 ?．在夹具制造中，为减少加工困难，提高加工的精度，可采用调整法、修 配法、组合加工或在使用的机床上加工等。 ?．在实际设计中多用经验类比法来确定这类公差值的大小。 (2) 夹具中与工件加工要求无直接关系的公差 ?．当加工尺寸或角度公差为自由公差时，夹具上相应公差一般取为+—0.1mm 或+—10 ?．当工件的加工面没有提出相互位置精度要求时夹具上那些主要元件的位 置公差可按经验取为（100：0.02）~（100：0.05）或者在全长上不大于0.03~0.05mm. 由以上的设计方案与方法与论证 设计出便携式管螺纹加工机的夹具为： 2.4.5.1现代夹具的发展方向 ? 柔性化 ? 精密化 ? 高效自动化 ? 标准化 夹具一般可分为通用可调夹具、成组夹具、组合夹具和拼装夹具。 可调夹具是指其上个别元件或少数零件、部件的安装位置个形状是可以调节 的或者是可以进行更换的那类夹具，因而可以适应加工对象的变化，是多品种、 中小批量生产条件下的一种先进的新型夹具。可调夹具又可分为通用可调夹具和 专用可调夹具两种，后者又叫成组夹具。 这两种夹具结构上十分相似，都是根据夹具结构多次使用原理而设计的。对 不同尺寸或种类的工件，只需调整或更换个别定位元件或加紧元件，便可使用。 但是通过可调夹具加工对象并不是很明确，通用范围大；而组成夹具则是为加工 成组工艺中某一组零件而设计的，加工对象十分明确，调整范围也只限于本组内 的工件。 这两类夹具的结构一般是由两大部分组成。一是基本部分，为夹具的主体， 包括一系列可多次重复使用的标准件和基础件，如夹具体、加紧装置和操纵机构 等。基本部分约占夹具加工量的80%，占整个夹具重量的90%左右。另一部分是可 9 调可换部分，如定位、加紧和导向元件等。对同一组内不同元件的加工，只需要 更换或调整有关定位和加紧元件即可。 组合夹具是在机床夹具零、部件标准虾基础上发展起来的一中新型的工艺装 备，其工作原理类似于搭积木。它是由一套结构、尺寸已规格化、系列化、标准 化的通用元件和合件组装而成的夹具，故也称是积木式夹具。其元件和合件由优 质材料制造，且有高精度、高硬度和良好的耐磨性及完全的互换性。利用各种元 件和合件的不同组合，在几个工作日，甚至几小时的时间即可组装一套满足某工 件加工要求的专用夹具。使用完毕后，又可方便的拆卸成单个元件，经洗净后入 库存放，供重新组装新夹具使用。由此可见，组合夹具就是一中零、部件可以多 次重复使用的专用夹具。经生产实践表明，与专用夹具相比，组合夹具有以下特 点： （1） 灵活多变，适应范围大，可大大缩短生产周期；可以随时组装，以应 生产之急； （2） 可节省大量人力、物力，减少金属材料的消耗。 （3） 可大大减少存放专用夹具的库房面积，简化了管理工作。 （4） 一般组合夹具 的外形尺寸较大、笨重，不及专用夹具那样紧凑。 （5） 由于组合夹具是由各标准件组合起来的，因此刚性较差，尤其是元件 连接的结合面积接触刚度，对加工精度影响较大。 （6） 由于所需元件的储备量大，故一次性投入费用较高。 根据以上的分析，以及对我们的要求需要，我们所选的夹具为通用可调夹具 工件夹具（即水管夹具）如下图： 10 11 螺纹副实现进刀运动 把以上各个部件（工件夹具体和刀具夹具体）连接在一起，并实现进刀运动，考 虑选用螺纹副连接。其中，刀具夹具和螺母刚性连接，做旋转运动，工件夹具和 螺杆刚性连接，做直线运动，以实现进刀。如下图： 12 2.6.1加工前的准备 1．按要求接好电源线和接地线，接通电源。电源为三相380V 50HZ的交流电 源，为保证人身安全请使用带漏电保护功能的自动开关。 2．冷却液箱中，加足溶性冷却液（严禁加油性冷却液） 2.6.2空车试转 1．接通电源，检查冷却水泵是否正常。 2．操作按钮，检查电器控制系统是否正常。 2.6.3加工前的调整 1．根据所加工水管的直径，调换与加工直径相适应的板牙。 2．调换板牙的同时，调换与板牙螺距相适应的垫圈，以保证螺距的正确性。 2.6.4工件装夹 将待加工的水管卡在定心钳口上，伸出长度应与起始位置的刀片端面对齐， 然后扳动手柄夹紧。 2.6.5操作过程 1．接通电源，打开冷却水阀门，按下正转启动按钮，即可转动进给手柄，轴 向进给一个螺距长度，当 进给到一定长度后，即可实现自动进给，直至整个加工 完成后自动停车，按下反转启动按钮，即可实现自动退刀。 2．自动退刀结束后顺时针转动手柄，将滚头退回到初始位置，此时板牙刀自 动复位。卸下加工完成的工件即可。 3．用环规检查螺纹长度，误差在范围内合格；同时用螺纹通止规检查丝头尺 13 寸，通规旋入，止规不能旋入或不能完全旋入为合格。 4．套反丝时，先将滚头中的板牙任意；两个互换位置；再将行程开关压块前 后互换位置，并保证形成不变。 5．加工反丝时，按下正转按钮，转动进给手柄相工件方向进给实现加工，当 剥肋长度达到要求时，剥肋到自动张开，停止进给，此时按下停止按钮停车后， 按下反转按钮，板牙反向旋转，操作手柄继续进给，即可加工出反螺纹。 （六）刀具的更换 在更换板牙时，调整螺距的垫圈必须安装正确，否则不能正常工作。 2.7.1总体布置设计的基本原则 作为总体设计的重要环节，总体布置设计就是确定机械各主要部件之间的相 对位置关系，以及它们之间所需要的相对运动关系。进行总体布置设计时应遵循 的基本原则为： （1）功能合理 （2）结构紧凑 （3）层次清楚 （4）比例协调 减速器是由置于刚性的封闭箱体中的一对或几对相齿合的齿轮或蜗轮蜗杆所 组成，它在机器中常为一独立部件，用于减低转速，以适应机器的要求。齿轮减 速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，。 齿轮减速机特点: ? 平行输出、体积小、减速比小、输出转速快、 能耗小、噪声低。 ? 底座式安装具有低中心高特点，平均效率98%。 ? 输入轴与输出轴旋转方向相反。 ?小偏置输出,结构紧凑,最大限度利用箱体空间,二 级、三级在同一箱体内。 ?采用整体式铸造箱体,箱体结构刚度好,易于提高 轴的强度和轴承寿命。 ?安装方式:底座式安装,法兰有大小法兰易于选择。 ?实心轴输出,平均效率是二级96%、三级94%、 CR/CR平均效率85%。 速比范围: 5-264 扭矩范围: 0.13-18kN 功率范围: 0.12-160kW M B系列无级变速机主要由压紧的主动装置、摩擦传动机构、调速控制机构组 14 成。 变速范围大：调速范围R=5，即输出转速可在输入转速的1/1.45至 1/7.25之间任 意变化，适合连续工作，可以正反运转，能在负载起动及负载中按需要调节速度， 适应工艺参 数多变或连续变化的要求。调速精度高、高强度、同轴结构，体积小， 重量轻。性能稳定，在允许负载下，选定的输出速度恒定。运行平稳、噪声低、 寿命长、维修少、操作简单、效率高。 旋转方向：基本型输入轴与输出轴旋转方向相同；其它组合型跟据传动极数等确 认旋转方向。 跑合要求：变速机跑合开始时，温升可高于正常工作的温升，当跑合60-80小 时后，温升逐渐降低至正常温升。在跑合期内需经常调速，以利于长期的稳定使 用；跑合时的高温影响正常和允许的工作条件，但对部件的使用寿命并无有害影 响。 组合能力强：可与各种减速机直联式组合，实现小体积、高效率的 低、高速 无级变速，因而该机具有良好适应性。 n2max/n2min =5 基本型调速范围: 200-1000rpm 组合: 0.001-2000rpm分段 扭矩范围: 1.5-980kW 功率范围: 0.18-22kW 在设计管螺纹机时应注意到电机的大小，速度过快，所以必须加以一个减速 装置。针对设计方法与方案应选择齿轮减速器的传动布置简图为下图： 15 传动链的传动比应合理地分配各级传动机构： （1）、每一级传动的传动比应在常用的范围内选取。 （2）、当运动链减速传动时（因电机的转速一般较执行构件的转速高，通常都是 减速传动）一般情况下，按照前小后大的原则分配传动比较为有利。 16 机械是现代社会进行生产和服务的基本要素；机械的发展史就是一步人类进 步史。任何现代产业和工程领域都需要应用机械，并行成了机械产品的行业特色 所以便携式螺纹加工机的产生对人们的生产生活产生极大的效应。 由于时间仓促、水平有限，文中不足之处在所难免，殷切希望各位专家老师 批评指正。 17 [1]《机械加工技术》.西安电子科技大学出版社.主编：魏康民.主审：严慧萍 [2]《机械设计基础》．主编:戴振东．岳林 [3]《 机械原理 》．高等教育出版社主编：吴克坚 18