SXSL—2型双头数控螺纹铣床的设计制造

程爱华 程启龙 郭天昊

摘 要： 本文介绍了一种双主轴数控螺纹铣床，此设备采用双主轴对置结构，整体设计结构简单，空间紧凑，能大幅度提高零件的加工效率。

关键词： 双主轴 数控螺纹铣 对置结构

随着中国制造业的不断升级换代，人力成本快速上升。传统的螺纹制造设备效率低，人力成本高，不能形成自动化流水操作，已经远远不能满足快速、高效生产螺纹的需求。面对钢铝复合采暖散热器在国内的大量制造，对双头G1正反牙螺纹管件的需求以每日百万计，传统的数控螺纹车床车该螺纹仅为每分钟2-3个（单头），效率极低，迫切需要新的加工理念与设备。为了改变目前这一状况，我们研究、设计出SXSL-2型双头螺纹铣专用设备。

1.总体布局

本设备为机电液一体化设计。设备采用了双主轴对置结构，配置自动上下料接口，方便生产线的组成，具有结构紧凑、布局先进合理、操作方便等优点。主机部分主要由左床身、右床身、左主轴箱、右主轴箱、拖板、工作台、自动夹具、上下料口等部件组成，数控螺纹铣设备结构见图1所示。

2.设备性能特点

數控螺纹铣为卧式双主轴数控螺纹铣，采用四轴控制，四轴可自动定位。专用夹具将螺纹管件自动夹紧，夹具体带着螺纹件随着拖板及工作台做X、Y向插补运动，左右主轴箱分别实现Z向进给运动，左右主轴同时并一次性完成片石加热器连接管的两端螺纹的加工，实现工件装夹后一次性完成多道工序加工，缩短原有工序二次装夹二次加工的时间，大大提高加工效率。

数控螺纹铣选用国产蓝天数控系统GJ301M，通过5.5kW的主轴电动机及皮带传动将动力传递到左右主轴上。各轴向采用进口精密级丝杠螺母副及导轨，采用高精度丝杆专用支撑轴承，并对滚珠丝杆进行预拉伸，确保丝杆传动精度，使设备具备动态性能好、无爬行、定位精度高及性能稳定可靠等特点。

数控螺纹铣每分钟加工双头螺纹6至8个，比传统设备效率大大提高五六倍，适合大批量大批次螺纹加工。一台数控螺纹铣可抵传统设备约五台。对直径25以上的内螺纹效率远远优于数控车床和攻丝机；对30以上的外螺纹，效率远远优于数控车床；目前大螺距外螺纹数控车削速度慢，搓丝机和滚牙机无法完成甚至很难完成。数控螺纹铣对大螺距外螺纹也可以轻松快速加工。由于数控螺纹铣加工参量由控制箱自由设定，自动加工精度可控达到0.01mm，并自动检测螺纹部件。对操作员工技能要求不高，普通员工简单培训即可完成高要求的螺纹加工。

与传统设备比较，高效、高精度、双头同时加工、结构紧凑、布局合理的数控螺纹铣流水线，是全新一代螺纹加工设备，可极大节省人力成本、加工时间及大大节约加工场地，为企业带来丰厚回报。

3.设备的关键技术

本设备各功能部件布局紧凑合理，外观造型宜人，功能齐全，上下料方便。设备操作站采用旋转式结构，操作简单，安全，在设计制造中解决以下关键问题。

（1）加工排屑。因为片石加热器连接管两端加工导致排屑困难，为了解决这个问题，在主轴上配置主轴中心出水功能，靠主轴中心出水将切削排除管件中心孔。片石加热器连接管两端内孔螺纹为正反牙螺纹，所以，我们在选用主轴配置旋转接头时，对主轴旋转接头分别提出要求。主轴在加工过程中一个正向旋转，一个反向旋转，所用高速旋转接头一个左旋，一个右旋。主轴及主轴高速旋转接头均选用台湾知名品牌，根据要求进行定制，满足设备的技术需求。

（2）左右主轴同轴度。为实现片石加热器连接管两端内孔螺纹的同时加工，本设备的左右主轴同轴对置，并且双主轴可在轴向移动中进行工件的上下料。由于工件的两端螺纹的同时加工，这就对左右主轴的同轴度、主轴转速的同步及Z向进给同步提出很高的要求，同轴度允差≤0.01mm。为解决这个问题，设计时，在左右床身加工时采用连接座、左右床身组合加工；左、右主轴箱一次装夹，一次性加工；通过一次装夹加工，保证左右主轴箱安装基准面的一致性要求。装配过程以左右床身导轨安装靠面为基准，通过修配基准靠面，从而达到左右主轴的同轴要求；主轴转速及Z向进给要求同步，为解决两主轴转速及Z向进给同步问题，设计时分别在左右主轴及主轴箱上安装分辨率为1024的增量式编码器，用于速度反馈。

（3）自动夹具。为了能快速便捷的与自动化生产线对接，必须实现工件的自动装夹。因为双主轴对置结构，双主轴同时加工，所以对夹具的夹紧要求比较高。夹具结构如图2所示。工件自进料道落下，取料气缸伸出与夹紧块配合夹紧工件，夹紧气缸伸出，取料气缸同步退回，将工件推送到V型块所在的工作位。工件到位夹紧后，工件就位指令反馈给系统，其他各轴配合完成工件的两端螺纹加工。零件加工完毕，夹紧气缸退回，工件自动落至出料盘。在此过程中，夹紧气缸的出力要求比较大，夹紧气缸如果力道不够，将导致工件在加工过程中受切屑力的影响发生震动及跑位，工件及刀具容易遭到损坏。

4.结语

该产品经生产现场考验证明，性能可靠稳定，完全满足客户需求，得到客户好评。本产品不仅减少了制造零件种类，优化了零件的加工工艺，使产品成本得到有效控制，而且占地面积小，提高了客户及我公司产品的市场竞争力。

参考文献：

[1]李才儿.单向螺纹铣刀发加工大直径螺纹.新技术新工艺，2013.

[2]孙翀翔.小孔螺纹铣削加工.产业和科技论坛，2012.

本文为面向机床及自动化生产线的机器人关键部件研发的研究成果之一，项目编号为CE20130037。