CN103752959A - 一种自变量液压攻丝机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自变量液压攻丝机，涉及攻丝设备技术领域，用以解决现有攻丝机遇到丝锥积屑或工件材质较硬时通常会发生止规不止导致工件超上差的问题；该自变量液压攻丝机包括攻丝机构，攻丝机构包括液压马达、丝锥套筒和丝锥，液压马达输出主轴与丝锥套筒连接，丝锥套筒通过丝锥夹头连接丝锥；液压马达通过液压回路与油箱连接，液压回路上设有压力控制阀和换向阀，压力控制阀和换向阀均与油箱连接，换向阀还连接有变量泵电机组，变量泵电机组连接有控制开关；本发明的自变量液压攻丝机在丝锥攻丝加工遇到积屑导致扭矩急速加大时，通过自变量控制系统自动降低攻丝转速，并相应提高攻丝输出扭矩来解决这个问题，极大的方便了用户的操作使用。

Description

一种自变量液压攻丝机

技术领域

本发明涉及攻丝设备技术领域，特别是指一种自变量液压攻丝机。

背景技术

攻丝机包括手动攻丝机、气动攻丝机、电动攻丝机、机械式攻丝机和液压攻丝机等。攻丝机丝锥在工作过程中，攻丝深度超过丝锥公称直径1.5倍以上时，绝大部分情况下会发生或轻或重的丝锥积屑现象；当攻丝机的丝锥遇到积屑或工件材质较硬时，所需扭矩会急剧增大，若这个扭矩超过丝锥断裂强度时，就会导致丝锥断裂损坏；若这个扭矩超过攻丝机扭矩极限时，普通型液压攻丝机主轴会自动停转和液压卸荷，而电动攻丝机会发生电机憋转——导致电机过热保护或烧毁或者机械变速齿轮损坏；若由扭矩保护夹头夹持的话，会导致夹头打滑保护，这种频繁地打滑保护会使扭矩保护夹头的使用寿命因摩擦磨损而急速消耗；普通型的攻丝机在严重积屑情况下只有频繁正反转断屑后再次攻丝，这样对于有通止规检测要求的攻丝加工工件来说，这样会导致所加工工件的螺纹孔止规检测不止现象；通常情况下，若一次性正转攻丝到深度的话，只要丝锥合格，即没有磨损到超上差或者需要重新刃磨的情况下，通常是可以保证通止规检测合格的；但是对于多次正反转断屑后攻丝到深度的工件来说，十有八九是通规通过而止规不止而导致工件超上差，即质量达不到合格要求。

现有各种攻丝机通常配用扭矩保护夹头，尤其是加工较小规格直径的螺纹时，用于攻丝丝锥在攻丝积屑时扭矩增大的情况下夹头打滑空转，避免丝锥因积屑而导致的扭矩增大到超过丝锥断裂强度而断裂损坏；然后，操纵机床反转断屑或者退出攻丝清理切屑后重新攻丝加工；但是，这样却会导致需要通止规检测要求的高精度螺纹孔通规可以通过而止规止不住的现象，即攻丝加工的螺纹孔往往会超上差，导致整个工件不合格甚至报废。现在还有不少工厂采用摇臂钻和立钻以及钻铣床等通用机床刚性连接丝锥来攻丝加工，这种攻丝加工工艺无法控制丝锥扭矩的大小，常常在攻丝深长孔和深长盲孔时频繁发生丝锥超扭矩而断裂损毁的现象，严重的情况下会导致所加工工件报废，即使在使用很低的转速条件下也无法避免。通常情况下合格丝锥攻丝时只要是一次性正转攻丝到螺纹孔底的，退出丝锥后通止规检测通常情况下都是合格的；而多次正反转断屑后攻丝到底的，通常都会发生止规止不住的超上差现象。

目前，国内外现有的各种攻丝机通常大都在加工大直径规格螺纹和较小规格螺纹时分别采用不同的转速和扭矩，即相当于调整档位；当一个工件中需要攻丝多个直径大小差异较大的螺纹规格时，就需要频繁的调整档位、压力和流量等参数来适应直径差异较大的不同直径规格的丝锥和孔径，这就造成费时费力，操作很不方便。

发明内容

本发明提出一种自变量液压攻丝机，既解决了现有技术中攻丝机遇到丝锥积屑或工件材质较硬时通常会发生止规不止导致工件超上差的问题，解决了深孔和深盲孔攻丝加工的丝锥断裂问题，又解决了在加工直径差异较大的不同螺纹时需要频繁调整档位而造成费时费力的问题，极大地提高了攻丝加工效率。

本发明的技术方案是这样实现的：包括攻丝机构，所述攻丝机构包括液压马达、丝锥套筒和丝锥，所述液压马达输出主轴与所述丝锥套筒连接，所述丝锥套筒通过丝锥夹头连接所述丝锥；所述液压马达连接有液压回路，所述液压回路另一端连接有油箱，所述液压回路上设有控制阀，所述控制阀包括压力控制阀和换向阀，所述压力控制阀和所述换向阀均与所述油箱连接，所述换向阀还连接有变量泵电机组，所述变量泵电机组电连接有控制开关，所述控制开关为数字控制与保护KBO开关。

本发明通过设置在液压回路上的变量泵电机组、控制开关、控制阀组成液压自变量控制系统，自变量控制系统内设有自变量变化曲线，通过检测液压马达攻丝加工时的实际输出扭矩在液压回路上对应的压力大小自动按照自变量变化曲线进行自动变量；液压马达输出主轴通过丝锥和丝锥夹头直接感知所需的工作力矩，液压马达输出主轴感知的攻丝力矩对应的压力并通过液压回路反馈给变量泵电机组，变量泵电机组就会根据反馈过来的系统压力而自动按设定的自变量变化曲线运行变量，改变液压油流量，并将液压系统自变量结果——更高的压力和更低的流量直接作用于丝锥夹头单元的液压马达，从而改变主轴马达的转速和力矩，以更加适合的转速和力矩来对工件进行攻丝加工；实现攻丝力矩和转速的自变量调整功能。

作为一种优选的实施方案，所述变量泵电机组包括电机和变量泵，所述变量泵通过过滤器与所述油箱连接；所述变量泵与所述电机连接，所述电机与所述数字控制与保护KBO开关连接，数字控制与保护KBO开关用于显示、控制和保护所述变量泵电机组。该数字控制与保护KBO开关可以根据实际变量泵电机组的额定电流和功率要求设置过压、欠压、过流、欠流、断电保护和缺相保护等机床实际运行保护和电源故障保护功能，有效实现了变量泵电机组的可靠保护。

作为一种优选的实施方案，所述换向阀为二位四通换向阀、三位四通换向阀或伺服比例换向阀中的一种。在换向阀的作用下可以实现液压马达的正转、反转或停止运动，进而实现攻丝丝锥的正转、反转或停止攻丝等操作；换向阀可以根据实际情况进行选择，批量型攻丝机配用二位四通换向阀，数控型或模具类单产攻丝机配用三位四通换向阀或伺服比例换向阀。

作为一种优选的实施方案，所述压力控制阀为溢流阀，所述溢流阀和所述换向阀之间设有压力表。设置在液压回路上的溢流阀是液压回路上的安全阀，当液压回路系统压力超过溢流阀设定压力时，溢流阀会立即开启，并开始卸荷，直到液压回路内系统压力低于设定压力时才关闭，从而有效地对液压回路进行保护；同时，在个别特殊用途时，例如限制扭矩时，溢流阀可以通过溢流限压来达到这种特殊的需求。

作为一种优选的实施方案，所述攻丝机构通过连接支架安装在一个工作台上，所述连接支架包括立柱、摇臂和工作臂，所述立柱固定在工作台上，所述摇臂与所述立柱转动连接，所述摇臂的另一端与所述工作臂的一端连接，所述工作臂的另一端与所述攻丝机构转动连接。摇臂和工作臂以立柱为中心可以360度自由旋转，加工范围可以自由选择，使用方便。

作为一种优选的实施方案，所述摇臂和所述工作臂通过铰轴连接，所述工作臂上设有平衡器，所述平衡器为65Mn钢丝弹簧。采用65Mn钢丝弹簧作为平衡器，用于对液压攻丝机的工作臂进行平衡，钢丝弹簧的使用寿命长，可以大大延长攻丝机的维护周期，可以真正实现国家机床行业整机质量保修一年的标准要求，节约费用。

作为一种优选的实施方案，所述液压马达安装在马达座中，所述马达座为固定式马达座或万向式马达座中的一种。通过固定式马达座、万向式马达座和强力万向式马达座来调整和控制液压马达所连接的丝锥的攻丝方向，可以方便地实现竖直、水平和各种角度的攻丝加工，攻丝机构还标配有快换型式刚性丝锥夹头，可以方便地实现丝锥快换和各种规格之间快换，还可以配置扭矩保护丝锥夹头，以实现特殊工件的攻丝要求；无需调节液压和电气参数而通过直接更换快速型丝锥夹头来加工不同直径的螺纹，可以大大提高工作效率。

作为一种优选的实施方案，所述攻丝机构还连接有升降装置。用户可以根据实际需要，通过升降装置调整攻丝机构的加工高度范围，特别适合于一些特殊工件用途或特殊需要的用户使用。

作为一种优选的实施方案，所述工作台底部设有移动轮。工作台底部设有4只移动轮，其中两只为固定式，两只为万向式，可以方便地进行移动，便于特殊工件的大型工件的攻丝加工，使用方便。

作为一种优选的实施方案，所述换向阀和所述数字控制与保护KBO开关之间设有电器元件组，所述电器元件组包括断路器、启动/停止按钮、正/反转按钮和指示灯。通过电器元件组统一对自变量液压攻丝机进行控制，从而使控制简单，使用方便，提高操作效率。

工作原理：将待加工的工件固定在工作台上，通过调整摇臂和工作臂使丝锥对准待加工的攻丝基孔，启动自变量液压攻丝机进行攻丝操作；该自变量液压攻丝机会自动根据攻丝加工工件的实际攻丝扭矩的大小来自动调整降低攻丝加工转速的快慢速度，自动变量调整的原理是液压马达根据攻丝丝锥传递到液压马达主轴的力矩大小反馈成液压油的压力，这个液压油压力通过液压管路反馈给变量泵电机组，从而触发变量泵的自变量控制系统的自动变量，以达到液压回路内合适的液压流量。该自变量控制系统主要是根据液压回路系统内的压力、变量泵电机组显示的流量并结合数字控制与保护KBO开关所显示的电机运行实际参数来设定的压力和流量自动变化曲线来实现自动调整功能。

本发明的有益效果：本发明通过连接在液压回路上的自变量控制系统成功解决了不同丝锥直径和攻丝工件材质情况下的自适应攻丝功能，无需调节系统参数即可实现大小不同规格的螺纹之间的攻丝加工，极大地方便了用户的操作使用；同时，这种自变量控制系统也成功解决了有通止规精度检测要求的深孔和深盲孔攻丝止规不止问题，在攻丝加工出现积屑扭矩急剧增大的现象时，自动变量型液压攻丝机会根据攻丝加工扭矩的增加而自动按变量曲线降低攻丝转速，这就成功降低了攻丝加工所需扭矩和积屑阻力扭矩，这些扭矩与攻丝转速呈复合指数比例，转速降低将导致所需力矩的急速下降，避免了攻丝扭矩超过丝锥断裂这一恶果，因而，无需反转断屑即可顺利的一次性攻丝到达工件要求的深度，这样也就避免了因为多次正反转攻丝所导致的止规不止现象，特别适合用于有通止规检测要求的深孔和深盲孔攻丝加工；该自变量液压攻丝机会根据实际攻丝力矩来自动调整丝锥转速，在攻丝入口即开始阶段和攻丝通孔末端以及攻丝完成返程时，因所需力矩较小，自变量液压攻丝机会自动提高丝锥转速到自变量控制系统调定的高转速，因而整个攻丝过程一直是按照最大可能的高速来运转的，生产加工效率远高于同样功率流量没有自动变量的通用型攻丝机；由于自变量控制系统的作用，通常情况下可以攻丝加工超过额定攻丝直径一个档次的螺纹——即比相同配置不具有自动变量功能的液压攻丝机实际攻丝范围大一个规格档次，因而，该自变量液压攻丝机可以适当提高最大攻丝范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的平面结构示意图；

图2为本实施例的自变量变化曲线示意图；

图中：1-丝锥；2-丝锥套筒；3-马达；4-换向阀；5-压力表；6-变量泵电机组；7-数字控制与保护KBO开关；8-油箱；9-溢流阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明包括攻丝机构，所述攻丝机构包括液压马达3、丝锥套筒2和丝锥1，所述液压马达3输出主轴与所述丝锥套筒2连接，所述丝锥套筒2通过丝锥夹头连接所述丝锥1；所述液压马达3连接有液压回路，所述液压回路另一端连接有油箱8，所述液压回路上设有控制阀，所述控制阀包括压力控制阀和换向阀4，所述控制阀用于调节液压回路内的压力和控制液压回路内液压油的流动方向，所述压力控制阀和所述换向阀4均与所述油箱8连接，所述换向阀4还通过液压管路连接有变量泵电机组6，所述变量泵电机组6电连接有控制开关，所述控制开关为数字控制与保护KBO开关7。所述变量泵电机组6包括电机和变量泵，所述变量泵通过过滤器与所述油箱8连接，所述变量泵与所述电机连接，所述电机与所述数字控制与保护KBO开关7连接，数字控制与保护KBO开关7用于显示、控制和保护所述变量泵电机组6。

所述换向阀4为二位四通换向阀，这种是批产型攻丝机配用的换向阀，其它的攻丝机如数控型或模具单产型攻丝机可以配用三位四通换向阀或伺服比例换向阀；所述换向阀4和所述数字控制与保护KBO开关7之间设有电器元件组，所述电器元件组包括断路器、启动/停止按钮、正/反转按钮和指示灯，用于控制整个自变量液压攻丝机的运停情况；所述压力控制阀为溢流阀9，所述溢流阀9与所述换向阀4之间设有压力表5，用于显示液压回路内的压力。

本发明通过设置在液压回路上的变量泵电机组6、数控控制与保护KBO开关7和控制阀组成液压自变量控制系统，液压马达3根据攻丝丝锥1传递到液压马达3主轴的力矩大小反馈成液压回路中液压油的压力，这个液压油压力通过液压回路反馈给变量泵电机组6，从而触发自变量控制系统的自动变量；该自变量控制系统主要是根据液压回路上的系统压力、变量泵电机组6显示的流量并结合数字控制与保护KBO开关7显示的电机实际运行参数来设定的压力和流量自动变化曲线，如图2所示，在自变量控制系统的作用下进行压力的调整，从而改变液压马达3主轴的转速和力矩，以更加合适的转速和力矩对待加工工件进行攻丝加工，实现攻丝力矩和转速的自动调整。同时，在换向阀4的作用下，液压马达3可以实现正转、反转和停止攻丝等操作，使丝锥1灵活地实现正转、反转或停止攻丝操作，从而高效地完成攻丝操作；当液压回路系统压力超过溢流阀9设定压力时或个别特殊用途时（例如限制扭矩时），溢流阀9会立即开启，并开始卸荷或进行溢流限压。

本发明的所述攻丝机构通过连接支架安装在一个工作台上，所述连接支架包括立柱、摇臂和工作臂，所述立柱固定在工作台上，所述摇臂与所述立柱转动连接，所述摇臂的另一端与所述工作臂的一端连接，所述工作臂的另一端与所述攻丝机构转动连接。通过这种万向折臂式连接支架连接攻丝机构，便于攻丝机构的调整，使用方便；所述摇臂和所述工作臂通过铰轴连接，所述工作臂上设有平衡器，所述平衡器为65Mn钢丝弹簧，钢丝弹簧的使用寿命明显延长，大大延长了液压攻丝机的维护周期。

本发明的所述攻丝机构还连接有升降装置，用户可以根据实际需要，通过升降装置调整攻丝机构的加工高度范围，特别适合于一些特殊工件用途或特殊需要的用户使用；油箱8对液压管路内运输的液压油进行储存，便于液压自变量控制系统运行稳定和运行方便；所述工作台底部设有移动轮，可以方便地进行移动，便于特殊工件的大型工件的攻丝加工，使用方便。

本发明的所述液压马达3安装在马达座中，所述马达座为固定式马达座或万向式马达座中的一种，该液压自变量控制系统通过液压回路上的自变量变化曲线，如图2所示，成功解决了不同丝锥1直径和攻丝工件材质情况下的自适应攻丝功能，无需调节系统参数即可实现大小不同规格的螺纹之间的攻丝加工，极大地方便了用户的操作使用。

如图1所示，自变量液压攻丝机，在正常运转时，KBO开关启动，电机带动变量泵运转，变量泵把液压油从油箱8经过换向阀4由液压马达3的一端进入液压马达3，并由液压马达3的另一端流出，再次经过换向阀4后进入油箱8，从而驱动液压马达3运转。当攻丝丝锥1出现积屑时，丝锥1扭矩急剧增大，液压马达3感知的压力即迅速增大，液压泵电机组6即根据自变量变化曲线（如图2）运行变量，从而降低液压管路内的液压油流量，以调整使丝锥1在合适的力矩下进行工作；当有特殊需要时，使溢流阀9打开，液压油由溢流阀9流进油箱8。当丝锥1需要反转攻丝时，电器元件组控制换向阀4工作，由液压泵电机组6输送至换向阀4的液压油通过换向阀4的另一个出口流出，从液压马达3的另一端口进入液压马达3，并从液压马达3一端的流出，再次经过换向阀4后流进油箱8，从而改变液压马达3内液压油的流动方向，以控制液压马达3的运转方向，进而改变丝锥1的攻丝方向。当液压管路内的系统压力超过溢流阀9设定的压力值时，液压油通过溢流阀9流进油箱8，从而完成卸荷，以有效保护变量泵、控制阀和液压管路。

工作原理：将待加工的工件固定在工作台上，通过调整摇臂和工作臂使丝锥1对准待加工的攻丝基孔，启动自变量液压攻丝机进行攻丝操作；该自变量液压攻丝机会自动根据攻丝加工工件的实际攻丝扭矩的大小来自动调整攻丝加工转速的快慢速度，自动变量调整的原理是液压马达3根据攻丝丝锥1传递到液压马达3主轴的力矩大小反馈成液压油的压力，这个液压油压力通过液压管路反馈给变量泵电机组6，从而触发自变量控制系统的自动变量。该自变量控制系统主要是根据液压回路上的系统压力、变量泵电机组6显示的流量并结合数字控制与保护KBO开关7显示的电机实际运行参数来设定的压力和流量自动变化曲线来实现自动运行的，这个自动变化曲线符合各种不同直径丝锥1和攻丝工件毛坯所对应的合理扭矩和转速，从而使攻丝机在加工不同直径丝锥1和工件毛坯材质以及深孔和深盲孔攻丝积屑时需要不同的扭矩和转速需求来自动调整实现比较理想的攻丝加工工艺参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过连接在液压管路上的自变量控制系统成功解决了不同丝锥1直径和攻丝工件材质情况下的自适应攻丝功能，无需调节系统参数即可实现大小不同规格的螺纹之间的攻丝加工，极大地方便了用户的操作使用；同时，这种自变量控制系统也成功解决了有通止规精度检测要求的深孔和深盲孔攻丝止规不止问题，在攻丝加工出现积屑扭矩急剧增大的现象时，自变量型液压攻丝机会根据攻丝加工扭矩的增加而自动按自变量变化曲线（图2）降低攻丝转速，这就成功降低了攻丝加工所需扭矩和积屑阻力扭矩，这些扭矩与攻丝转速呈复合指数比例，转速降低将导致所需力矩的急速下降，避免了攻丝扭矩超过丝锥1断裂这一恶果，因而，无需反转断屑即可顺利的一次性攻丝到达工件要求的深度，这样也就避免了因为多次正反转攻丝所导致的止规不止现象，特别适合用于有通止规检测要求的深孔和深盲孔攻丝加工；该自变量液压攻丝机生产效率很高，会根据实际攻丝力矩来自动调整丝锥1转速，比如在攻丝入口即开始阶段和攻丝通孔末端以及攻丝完成返程时，因所需力矩较小，自变量液压攻丝机会自动提高丝锥1转速到自变量控制系统调定的高转速，因而整个攻丝过程一直是按照最大可能的高速来运转的，生产加工效率远高于同样功率流量没有自动变量的通用型攻丝机；由于自变量控制系统的作用，通常情况下可以攻丝加工超过额定攻丝直径一个档次的螺纹——即比相同配置不具有自动变量功能的液压攻丝机实际攻丝范围大一个规格档次，因而，该自变量液压攻丝机可以适当提高最大攻丝范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自变量液压攻丝机，包括攻丝机构，所述攻丝机构包括液压马达、丝锥套筒和丝锥，所述液压马达输出主轴与所述丝锥套筒连接，所述丝锥套筒通过丝锥夹头连接所述丝锥；其特征在于：所述液压马达连接有液压回路，所述液压回路另一端连接有油箱，所述液压回路上设有控制阀，所述控制阀包括压力控制阀和换向阀，所述压力控制阀和所述换向阀均与所述油箱连接，所述换向阀还连接有变量泵电机组，所述变量泵电机组电连接有控制开关，所述控制开关为数字控制与保护KBO开关。

2.根据权利要求1所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述变量泵电机组包括电机和变量泵，所述变量泵通过过滤器与所述油箱连接；

所述变量泵与所述电机连接，所述电机与所述数字控制与保护KBO开关连接，数字控制与保护KBO开关用于显示、控制和保护所述变量泵电机组。

3.根据权利要求2所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述换向阀为二位四通换向阀、三位四通换向阀或伺服比例换向阀中的一种。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述压力控制阀为溢流阀，所述溢流阀与所述换向阀之间设有压力表。

5.根据权利要求4所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述攻丝机构通过连接支架安装在一个工作台上，所述连接支架包括立柱、摇臂和工作臂，所述立柱固定在工作台上，所述摇臂与所述立柱转动连接，所述摇臂的另一端与所述工作臂的一端连接，所述工作臂的另一端与所述攻丝机构转动连接。

6.根据权利要求5所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述摇臂和所述工作臂通过铰轴连接，所述工作臂上设有平衡器，所述平衡器为65Mn钢丝弹簧。

7.根据权利要求5所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述液压马达安装在马达座中，所述马达座为固定式马达座或万向式马达座中的一种。

8.根据权利要求2所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述攻丝机构还连接有升降装置。

9.根据权利要求6所述的自变量液压攻丝机，其特征在于：所述工作台底部设有移动轮。

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