螺纹抛光机的设计

螺纹抛光机的设计

摘要：在生产实际中，减震器活塞杆端部螺纹牙形中容易夹渣，活塞杆带动活塞运动的过程中，由于上下运动的交变载荷作用，会使夹在牙形内的铁屑等杂质由于摩擦等作用从活塞杆表面脱离，并且被磨碎成微粒，导致活塞杆螺纹与锁紧螺母之间的配合出现松动，使得活塞由于活塞杆的带动，在活塞和锁紧螺母之间晃动，减震器在使用过程中出现异响和减震器减衰力降低，影响产品的品质和使用寿命。本文设计一个自动化的螺纹抛光机，解决由此带来的不良品质问题

关键词：螺纹失效抛光

一、螺纹抛光机设计的必要性分析

1、螺纹的生产方法

螺纹切削一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺纹的方法，主要有车削、铣削、攻丝、套丝、磨削、研磨和旋风切削等。车削、铣削和磨削螺纹时，工件每转一转，机床的传动链保证车刀、铣刀或砂轮沿工件轴向准确而均匀地移动一个导程。2、螺纹的失效现象及后果

（1）螺纹牙形夹渣引发失效

在实际应用中，在器件连接、动力传动等都需要用到螺纹连接。螺纹联接一般都能满足自锁条件，拧紧后螺母和螺栓头部等支承面上也有防松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接不会自动松脱。使得减震器在使用过程中出现响声（异响）和减震器减衰力降低，这种异响和减震器减衰力的降低，会使螺纹的连接受到冲击从而使活塞杆失去减震效果，严重时会引发螺杆脱落产生严重后果。

（2）螺栓螺纹和螺杆部分的失效

大多数螺栓失效是沿螺纹发生的断裂。拧紧螺栓时，螺杆部分由于拉伸应变而承受正应力，同时由于作用于螺纹上的扭矩而承受附加扭转应力，所以螺栓承受拉扭复合应力作用。计算正应力与附加扭转应力共同作用时产生的合成等效正应力，螺栓的剪切强度相当于螺栓材料拉伸强度的62%左右，即τ=0.62σb。

根据回归分析，可得出的椭圆曲线方程为：

式中，x为剪切平面上的剪切应力和拉伸强度的比值;y为剪切平面上的拉伸应力和拉伸强度的比值。

（3）螺纹脱扣引发失效

螺纹失效的另一机理为螺纹脱扣，是指作用于内外螺纹上的应力超过材料强度时，发生的一种剪切失效。变形首先发生在螺纹的第一啮合螺纹上，第一螺纹因变形而承受最高载荷，最终导致失效。如果发生了这种螺纹脱扣失效，装配部件有可能在部分失效、甚至是在故障的状态下运转。

二、螺纹抛光机具体的设计方案及论证分析

1、螺纹抛光机的设计要求

螺纹抛光范围：满足各种尺寸，即活塞杆长度为350～460mm；

清洁度要求：螺纹牙形内部不能存在铁屑等杂质的微小颗粒，Ｄ<0.2mm；

抛光效率：３秒／支；

动化程度：结合现场实际条件实现最大程度的自动化；

抛光机要满足低成本，噪声小等特点。

2、螺纹抛光机的设计基本构思

设计总的思路是用电机带动砂轮转动抛光活塞杆螺纹端，而其它的进给传动机构则要求运用机电方面的知识具体分析，并且要求这个机构在运行过程中基本上实现自动化，满足人机工程学原理和达到节省成本的目的。

先从设计思路里找出合适的运动，再根据运动设计出合适的机构来实现其运动。另外，在设计机构时，还应在满足经济加工精度和装配、使用精度要求的情况下使成本降到最低，满足机械经济加工要求。

机床在设计时应考虑到能方便操作、省力、容易掌握且不易发生故障、不易发生操作错误等问题点。所以，在设计时主体结构采用焊接的形式。又因为本次设计的精度要求不高，所以在选择标准件时，一般选择普通精度级的，自制件的精度也只需在７级精度左右。

1—电机1 2—小电机3 3—气缸3 4—气缸2

图2-1 螺纹抛光机总装图

打开总电源，使三个电机均处于运行工作状态；人工把被加工件依次放在进料传送端。当送料机构（气缸1）工作顶出一个活塞杆至上料机构（气缸2）时，气缸带动轴承轮V形架上升至一定行程时停止。当一根工件加工完毕后，送料机构自动送出，循环加工另一个工件（如图2-1，2-2）。

在整个机构的运行过程中，气缸1，2，3的运动顺序由PLC来实现，其行

程均须事先调整好。另外抛光效率为3秒/支时，各气缸的工作延时时间也由PLC 事先编程好。考虑到安全方面的原因，本次机构还应设置一个急停按钮，以防止某个程序出现故障操作。

1—气缸3 2—电机1 3—气缸2 4—气缸1

图2-2 螺纹抛光机总装图

3、螺纹抛光机的具体方案设计及分析对比

依照本次设计的任务要求，将螺纹抛光机分为以下四部分分别进行设计，即夹具机构，传送机构，磨削抛光机构，机身。下面就针对各部分进行分析比较。

（1）夹具机构的设计方案

夹具机构就是将待抛光工件定位进行加工的机构。该机构直接关系到螺纹抛光质量，另外在抛光过程中要求活塞杆也处于一定的旋转状态。所以要求夹具具有良好的定位能力与带动活塞杆旋转能力。有以下几种方案：

在设计中，由于活塞杆在进行抛光时除了受一个径向的磨削分力外，在轴向和垂直方向上均不受力，同时其在径向上的分力也不大。因此只需要从径向上夹紧防止上下跳动和轴向窜动即可。

方案（一）：在径向上，V形架上的四个支撑导轮即限制了工件的四个自由度；在Y方向上由于不受力的作用所以无须夹紧。为了在抛光过程中要求活塞杆也处于一定的旋转状态可在其中一个支撑导轮上添加一个小电机，在抛光的过程中保持支撑导轮转动从而带动活塞杆旋转。

方案（二）：在径向上，用V形槽来限制了工件的四个自由度；另外可在工件上方用一个V形槽来进行适当压紧以提高抛光精度。在抛光过程中要求活塞杆也处于一定的旋转状态依靠砂轮抛光时的摩擦力来带动工件转动。

此两种方案进行比较方案（一）更有优势。因为方案（二）中靠摩擦力来带动工件转动还必须取决于摩擦力的大小，当摩擦力过大时将不能带动工件转动所以其并不完全可靠，摩擦力不一定能够完全克服活塞杆自身的重力以及与支撑轴承之间摩擦力的合力。

（2）传送机构的设计方案

传送机构就是将被加工工件传送至夹具位置并在抛光完成后将被加工工件传送出去的机构。因为抛光效率为3秒/支，所以要求传送机构要有一定控制性能。有以下几种方案：

方案（一）：设计考虑用摩擦型斜面传动，它是以倾斜的斜面作为传动装置，