摘要 本文通過(guò)對(duì)鋼絲螺套全自動(dòng)繞制過(guò)程的簡(jiǎn)介，著重論述了繞套機(jī)設(shè)備各主要組成部分的驅(qū)動(dòng)原理以及工業(yè)數(shù)控機(jī)（CNC六軸電腦控制器）控制多個(gè)交流伺服電機(jī)的應(yīng)用方法。。

       概述 鋼絲螺套（Wire Thread Insert）,是一種新型內(nèi)螺紋緊固件，將其嵌入金屬或非金屬材料上形成高強(qiáng)度，耐磨損，具有互換性的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)螺紋。在鋁，鎂合金等低強(qiáng)度工程材料上應(yīng)用可明顯提高內(nèi)螺紋的強(qiáng)度和耐磨性。應(yīng)用在鋼件，鑄件，鑄鐵上，可以提高螺釘?shù)哪陀眯裕乐褂捎诟鞣N振動(dòng)引起螺釘松動(dòng)，疲勞斷裂及提高螺釘連接時(shí)的耐疲勞強(qiáng)度；在出現(xiàn)螺紋加工錯(cuò)誤或?qū)σ褤p壞的內(nèi)螺孔修復(fù)時(shí)，使用鋼絲螺套作為手段，可以不增加重量和體積獲得經(jīng)濟(jì)的維修，拯救重要部件快速有效的修復(fù)到原始狀態(tài)；利用鋼絲螺套進(jìn)行公--英制螺紋孔轉(zhuǎn)換，非常方便，快捷；鎖緊型鋼絲螺套，其多邊形能鎖緊圈能把螺釘鎖緊在螺紋孔中，在受振動(dòng)和沖擊時(shí)，可使螺釘不致松扣，比通常鎖緊裝置工藝性能好。
      鋼絲螺套被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)，航空，航天，專(zhuān)用設(shè)備等行業(yè)隨著工業(yè)的發(fā)展，鋼絲螺套的用途越來(lái)越大。目前，國(guó)內(nèi)鋼絲螺套制造業(yè)，要繞制一個(gè)鋼絲螺套，需繞制一個(gè)成型螺套，再經(jīng)過(guò)人工去除尾柄，然后人工在專(zhuān)用刀具上開(kāi)90°V型折斷槽。這對(duì)大型鋼絲螺套來(lái)說(shuō)還容易，但對(duì)M2-M6這樣小型的鋼絲螺套，人工操作起來(lái)比較困難，這種半自動(dòng)化的生產(chǎn)方式，遠(yuǎn)不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，所以全自動(dòng)數(shù)控繞套機(jī)的生產(chǎn)很必要。
      J66510/ZF型數(shù)控全自動(dòng)繞套機(jī)能一次完成公，英制鋼絲螺套的繞制成型（包括繞成螺套的安裝柄），開(kāi)折斷槽，去尾柄的加工全過(guò)程，并能繞制帶自鎖圈的鋼絲螺套。

      一．主要技術(shù)參數(shù)為：
      1．加工鋼絲螺套范圍按螺距分：P=0.4～2.0 mm，按螺紋分：M2～M16 mm
      2．生產(chǎn)效率：8件/分鐘以上（與繞制的螺套規(guī)格有關(guān)）；
      3．送線(xiàn)速度：77～116米/分鐘；
      4．氣動(dòng)磨模機(jī)，空轉(zhuǎn)時(shí)12000轉(zhuǎn)/分鐘，負(fù)載時(shí)約為9000轉(zhuǎn)/分鐘；該設(shè)備生產(chǎn)的鋼絲螺套應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB119.1~.4-86普通型鋼絲螺套技術(shù)條件，航空工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB6200～6202-89鎖緊型鋼絲螺套技術(shù)條件和Q/WS9 2012～2014-1997 渦扇九發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用鋼絲螺套技術(shù)條件；
      5．送線(xiàn)指令值：±0.01mm～±9999.99 mm
      6．凸輪轉(zhuǎn)角指令：±0.1°～±359.9°

      二．?dāng)?shù)控繞套機(jī)的工作原理：
      根據(jù)所繞制鋼絲螺套的規(guī)格，選用配套的前導(dǎo)咀，送絲輪，中間導(dǎo)板，導(dǎo)絲管和導(dǎo)絲嘴（它們都刻有相應(yīng)規(guī)格的菱形槽子），把它們安裝在各自的位置上。菱形鋼絲從放線(xiàn)架上引出，通過(guò)校直機(jī)構(gòu)校直后，經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)板，送線(xiàn)輪，導(dǎo)絲管，穿過(guò)導(dǎo)絲嘴，氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)的氣缸前進(jìn)使送絲輪壓緊菱形鋼絲，送絲電機(jī)旋轉(zhuǎn)送絲，與此同時(shí)凸輪軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)各自的凸輪驅(qū)動(dòng)裝在滑塊上的引線(xiàn)輪，浮動(dòng)頂尖同步動(dòng)作到位，送絲到位后，送絲氣缸后退使送絲輪松開(kāi)菱形鋼絲，停止送絲，升降電機(jī)下降，待芯軸前端卡入菱形絲后，卷繞電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，繞套時(shí)，升降電機(jī)，卷繞電機(jī)依據(jù)所繞鋼絲螺套的規(guī)格，按一定的比例關(guān)系同步旋轉(zhuǎn)，繞至1.5~2圈時(shí)停止圈繞，開(kāi)槽機(jī)構(gòu)上前，氣動(dòng)磨膜機(jī)帶動(dòng)切槽刀高速旋轉(zhuǎn)，到位后，開(kāi)折斷槽。開(kāi)槽成功后，開(kāi)槽機(jī)構(gòu)退回，隨后又開(kāi)始卷繞，繞至設(shè)定的圈數(shù)后，升降，圈繞電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，使芯軸退出螺套，接著，氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)的氣缸又前進(jìn)，使送絲輪壓緊菱形鋼絲，送絲電機(jī)反轉(zhuǎn)，使鋼絲螺套的尾柄部分退回到導(dǎo)絲嘴的出口處，切斷刀上前切斷。此時(shí)一個(gè)螺套的完整繞制過(guò)程完成。該設(shè)備具有寸動(dòng)，手動(dòng)，自動(dòng)三檔，設(shè)備調(diào)試好后，程序可以?xún)?chǔ)存到電腦中。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先要做凸輪電機(jī)和升降電機(jī)的歸零，然后開(kāi)始自動(dòng)繞制鋼絲螺套。
      繞套機(jī)的整機(jī)如圖1所示：
      構(gòu)的氣缸前進(jìn)使送絲輪壓緊菱形鋼絲，送絲電機(jī)旋轉(zhuǎn)送絲，與此同時(shí)凸輪軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)各自的凸輪驅(qū)動(dòng)裝在滑塊上的引線(xiàn)輪，浮動(dòng)頂尖同步動(dòng)作到位，送絲到位后，送絲氣缸后退使送絲輪松開(kāi)菱形鋼絲，停止送絲，升降電機(jī)下降，待芯軸前端卡入菱形絲后，卷繞電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，繞套時(shí)，升降電機(jī)，卷繞電機(jī)依據(jù)所繞鋼絲螺套的規(guī)格，按一定的比例關(guān)系同步旋轉(zhuǎn)，繞至1.5~2圈時(shí)停止圈繞，開(kāi)槽機(jī)構(gòu)上前，氣動(dòng)磨膜機(jī)帶動(dòng)切槽刀高速旋轉(zhuǎn)，到位后，開(kāi)折斷槽。開(kāi)槽成功后，開(kāi)槽機(jī)構(gòu)退回，隨后又開(kāi)始卷繞，繞至設(shè)定的圈數(shù)后，升降，圈繞電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，使芯軸退出螺套，接著，氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)的氣缸又前進(jìn)，使送絲輪壓緊菱形鋼絲，送絲電機(jī)反轉(zhuǎn)，使鋼絲螺套的尾柄部分退回到導(dǎo)絲嘴的出口處，切斷刀上前切斷。此時(shí)一個(gè)螺套的完整繞制過(guò)程完成。該設(shè)備具有寸動(dòng)，手動(dòng)，自動(dòng)三檔，設(shè)備調(diào)試好后，程序可以?xún)?chǔ)存到電腦中。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先要做凸輪電機(jī)和升降電機(jī)的歸零，然后開(kāi)始自動(dòng)繞制鋼絲螺套。
      繞套機(jī)的整機(jī)如圖1所示：

圖1

      本機(jī)主要組成部分：
      該設(shè)備主要由主動(dòng)放線(xiàn)架，矯直機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)芯機(jī)構(gòu)，凸輪軸機(jī)構(gòu)，升降卷繞機(jī)構(gòu)，浮動(dòng)頂尖裝置，氣動(dòng)開(kāi)槽機(jī)構(gòu)，引線(xiàn)輪裝置，滑塊杠桿機(jī)構(gòu)，氣動(dòng)系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)等部分組成。
      1主動(dòng)放線(xiàn)架：放線(xiàn)架為主動(dòng)送絲，控制原理是通過(guò)美國(guó)KLC直流控制器直接控制直流電機(jī)，支架上裝有上下限位傳感器，運(yùn)行中菱形絲拉動(dòng)擺桿，接觸傳感器，電控信號(hào)通過(guò)繼電器轉(zhuǎn)接入直流控制器輸入口，去控制電機(jī)的起停。放線(xiàn)速度與主機(jī)速度的匹配，可通過(guò)面板上的調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)。
      2氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)只送螺套的前端折彎部分，待卷繞螺套時(shí)，卷繞的動(dòng)力來(lái)自卷繞電機(jī)，此進(jìn)氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)的氣缸后退使送絲輪松開(kāi)菱形鋼絲，使菱形鋼絲處于自由狀態(tài)，停止送絲。待卷繞好鋼絲螺套后，氣動(dòng)離合送絲機(jī)構(gòu)的氣缸前進(jìn)使送絲輪壓緊菱形鋼絲，以便當(dāng)送絲電機(jī)以轉(zhuǎn)時(shí)，使鋼絲螺套尾柄后退至導(dǎo)絲嘴處，切斷刀上前切斷。
      3轉(zhuǎn)心機(jī)構(gòu)：用0。75KW的日本三洋公司交流伺服電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)絲嘴的旋轉(zhuǎn) ，實(shí)現(xiàn)繞制左，右旋鋼絲螺套。
      4凸輪機(jī)構(gòu)：用2。5KW的日本三洋公司交流電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)八個(gè)輪軸傳動(dòng)。輪軸上帶有三種不同的凸輪片，調(diào)整凸輪片位置，通過(guò)擺臂依次驅(qū)動(dòng)八個(gè)滑塊運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)裝在其上的各刀具實(shí)現(xiàn)不同的功能。
      5升降卷繞機(jī)構(gòu)：用0。4KW的日本三洋公司交流伺服電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)卷繞裝置上，下運(yùn)動(dòng)，上，下運(yùn)動(dòng)用日本THK直線(xiàn)導(dǎo)軌來(lái)導(dǎo)向，保證了運(yùn)動(dòng)精度。卷繞裝置通過(guò)0。4KW的交流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)卷繞主軸旋轉(zhuǎn)，卷繞主軸上裝有繞套軸芯，為更換軸芯方便，用銑床上的彈簧夾頭來(lái)裝夾繞套芯軸，保證了芯軸與主軸的同軸度，從而保證了繞套質(zhì)量。
      6氣動(dòng)開(kāi)槽機(jī)構(gòu)：用日本東空公司的氣動(dòng)磨膜機(jī)帶動(dòng)開(kāi)槽刀片旋轉(zhuǎn)，開(kāi)鋼絲螺套上的90°V型折斷槽。

      本設(shè)備中所使用的六軸數(shù)控電腦機(jī)（即CNC控制器），內(nèi)有CPU控制板，伺服控制板，輸出入界面控制板等。各伺服驅(qū)動(dòng)器采用位置控制模式，驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)通過(guò)CNC數(shù)控機(jī)伺服控制板的輸入接口板M2039，控制器驅(qū)動(dòng)個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)行。CNC電腦數(shù)控機(jī)自身鍵盤(pán)帶有各軸命令，通過(guò)鍵盤(pán)命令輸入，在數(shù)控機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換為伺服脈沖信號(hào)，通過(guò)M2039板卡輸出到各驅(qū)動(dòng)器從而控制相應(yīng)的各軸電機(jī)。同時(shí)數(shù)控機(jī)帶有氣缸輸出口，通過(guò)M2019板卡控制個(gè)氣缸的動(dòng)作。
      本設(shè)備中所使用的六軸數(shù)控電腦機(jī)（即CNC控制器）；是針對(duì)繞簧所設(shè)計(jì)的控制器，通過(guò)鍵盤(pán)可控制程序更新或儲(chǔ)存鋼絲螺套加工程序，系統(tǒng)軟件更新及信息輸出可通過(guò)電腦機(jī)外圍接口下載或打印。
      由于本機(jī)的操作語(yǔ)言不同于一般通用設(shè)備，它的特點(diǎn)是一條語(yǔ)句就可以完成一個(gè)動(dòng)作。繞制可任意編制電機(jī)的運(yùn)行程序，機(jī)床上附帶有與電腦連接的感應(yīng)探針，可隨時(shí)修正送絲長(zhǎng)度與各軸旋轉(zhuǎn)角度的誤差，對(duì)任一軸系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，電腦報(bào)警，整機(jī)系統(tǒng)停止工作，這時(shí)用戶(hù)可在監(jiān)控顯示窗口觀(guān)察，檢查故障原因，針對(duì)顯示      內(nèi)容對(duì)硬件或者程序作出相應(yīng)的修改。
      結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)備填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，生產(chǎn)的鋼絲螺套已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)，航空，航天及專(zhuān)用設(shè)備等行業(yè)，隨著工業(yè)的發(fā)展，鋼絲螺套緊固件使用越來(lái)越廣，該設(shè)備市場(chǎng)前景看好。

     設(shè)計(jì)研究所電氣設(shè)計(jì)員  范春榮
     2010年5月27日

      參考文獻(xiàn)：
      1.日本三洋的R型交流伺服控制器手冊(cè)及電機(jī)手冊(cè)。
      2.臺(tái)灣的六軸電腦控制器說(shuō)明書(shū)。
      作者介紹：范春榮，女，電氣工程師，從事電氣控制及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。
      地址：陜西西安高新區(qū)新型產(chǎn)業(yè)園創(chuàng)匯路15號(hào)西北機(jī)器有限公司設(shè)計(jì)所
      郵編：710119

      郵箱：fancr@2008.sina.com