钻孔、攻丝一次成形的加工方法和设备的研究

摘要

机械制造业是重要的基础工业，是国民经济发展的先导部门。历史的实践已一再证明：先进的技术设备与先进的制造技术在国民经济发展中起着何等重要的作用。由于现代科学技术的迅猛发展，特别是由于微电子技术、计算机技术的迅猛发展，机械制造业已发生了而且还在继续发生极为深刻的变化，机械技术与微电子技术的紧密结合，特别是与计算机技术的紧密结合，使传统的机械制造技术发生了日新月异、脱胎换骨的变化。本课题就是从这方面着手的。 众所周知，传统的螺纹孔加工都需经过两道工序：先用钻头加工出一个比螺纹孔直径略小的底孔(例如，加工M6×1的螺孔，则先钻个φ5的底孔)，然后换成丝锥加工出螺纹来。这种加工方法显然工作效率低，尤甚对于批量的零件加工，已经难以适应现代化的生产要求。数控机床问世以来，加工螺纹孔的效率大为提高，它采用自动换刀的方法解决螺纹孔的高效成形问题。但仍然靠两步工序加工螺纹孔，即先钻孔再换刀进行攻丝，而且这种机床的造价较高。 本课题正是想通过利用现有的比较成熟的数控技术，并结合一种新型复合刀具，将机械加工螺纹孔过程中钻孔和攻丝这两道工序用一次成形的方法来完成，从而能较大幅度的提高生产效率。 本文所完成的主要工作是： 1)提出螺纹孔一次成形的思路。笔者设想采用前部为钻头后部为丝锥的复合刀具，先以刀具的钻头部分加工出螺纹底孔，再测量出刀具的旋转速度，以此速度配合规定的螺距，由单片机发出合适频率的脉冲，通过功率放大器驱动步进电机，使刀具下降，两者的复合运动就能在底孔中形成螺纹。此设计已申请并获批国家专利，专利名为：一种专用于螺纹孔切制的装置。专利号为ZL200420111013.8。 2)根据上述思路，笔者设计并制成三槽螺旋式复合刀具，其螺纹规格为M6×1，螺旋角为ω=30°，三刃对中，材料为高速工具钢。 3)根据上述思路及复合刀具，笔者设计并制作了单片机螺纹孔一次成形的控制系统，编制了一次成形过程中测量，控制和人机交互的程序。 4)为了保证控制系统的可靠工作，本系统采用了硬件抗干扰措施来防止外部干扰信号进入控制系统，采用软件抗干扰措施消除了测量机构抖动所产生的不利影响。 5)笔者建立了机械传动系统的数学模型，计算出系统的基本自振频率以免在运行时进入共振区而影响螺纹成形的精度，还计算出系统的传递函数及阶跃函数响应，确定系统的超调量不会超出螺纹的公差范围，并运用PID控制对速度匹配的严格性进行调节，在MATLAB/SIMULINK环境下进行了传动系统的计算机仿真，仿真结果证实了加入PID调节的效果明显优于没有使用PID时。 6)为了验证控制电路和新型复合刀具的工作可行性，本课题做了若干次加工实验，从工件的加工效果来看，证实了控制电路和新型复合刀具的设计是达到了预期的目标。 7)通过实验平台的搭建，使用自行设计的控制电路和新型复合刀具，首次实现了M6×1螺纹通孔的一次成形，并对加工的螺纹孔进行测量检验，结果表明螺纹孔的尺寸在国标的规定范围以内。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章控制系统的设计

第三章新型复合刀具的设计

第四章控制系统的硬件电路设计

第五章控制系统程序的设计

第六章实验结果分析

第七章研究工作的总结与展望

参考文献

致谢