攻丝机与丝锥的设计及制造摘要：在机械行业中想要企业提高生产效益、降低工人的劳动强度、从而降低制造成本, 主要是进行产品的新加工工艺改善，面对我公司螺栓公差与普通车床加工的螺母公差不理想的配合，互换性差等的问题存在。

追其原因发现螺母的中径尺寸、牙型角等参数在加工过程中都难于保证，为解决这些问题。

从而提出改变加工工艺：用攻丝机与丝锥配套进行攻丝来加工螺母。

而是先对攻丝机进行了设计及制造，经校验设计及制造成功。

此后从市场上高价购买回几条标准丝锥进行螺母加工，在加工过程中发现丝锥容易被攻断，基于丝锥的使用寿命和购买价格高等因素的考虑，决定自行设计及制造丝锥给予现存问题的解决，从而增加经济效益。

关键词：设备简单、投资费用少、生产率高、产品配合保证、可降低操作员的劳动强度和技术要求。

前言攻丝机与丝锥设计及制造（一）原因：在攻丝机与丝锥未设计及制造出之前，所有螺栓和螺母的加工都是用传统方法（普通车床）来进行加工的，发现质量都难能以保证，影响其之间的配合。

（二）目的：①主要改善我公司螺栓公差与普通车床加工的螺母公差的配合不理想，互换性差的问题及增加经济效益。

②改变加工工艺，降低生产成本的同时要提高生产效率、保证产品的配合合格率；降低操作员的劳动强度和技术要求。

预期使螺栓与螺母配合合格率达到100%的目标。

自2002年我公司车间购买滚丝机以来，加工螺栓的产品数量成倍增长，直到2004年，年产量高达三十万左右，面对加工出来的这么一大批数量的螺栓要与螺母配合，（螺母为传统加工，即：普通车床车削），采用传统的样板调整试配合法，由于螺栓与螺母的中径尺寸制造误差，导致配合后出现“一夫一妻”的现象，大大降低了螺栓与螺母的互换性，从而在大大降低了生产效益的同时也大大增强了操作工人的劳动强度，增加了产品的制造成本。

第1页共7页基于上面问题的存在，要求螺栓与螺母配合互换性好，提高生产效益、降低工人的劳动强度、从而降低制造成本。

面对这种“压力”，我公司车间每位领导、技术人员和员工都一直在积极学习、探索和创新，都具有强烈的责任感和使命感，终于在2004年11月26日成功设计并制造出攻丝机与丝锥并投入生产，取得了骄人的成绩，较原来生产制造的加工工艺（车床车削）的总体生产效率提高了；螺栓与螺母配合互换自由；可以大大降低操作工人的劳动强度及技术要求；从此产品制造成本大大降低了；得到了公司领导和财务的一致认可。

现分别介绍攻丝机与丝锥的设计及制造的原因、目的、攻丝机和丝锥的结构特点；生产出的产品特点；比较丝锥攻丝与车床车削工艺的经济性；比较自行设计及制造的丝锥与在市场购买的丝锥的经济性；设计步骤及设计过程中存在问题的解决方案和待解决的问题。

攻丝机设计及制造的原因：在未制造出攻丝机之前，我公司车间的所有螺栓和螺母都是用普通车床来加工的，发现质量都难能以保证，后来螺栓采用滚压机滚压加工，螺栓的质量得到保证的同时螺栓强度也得到了提高。

但发现螺栓公差与普通车床加工出来的螺母公差的配合仍不理想，互换性差，追其原因，发现是螺母的中径尺寸、牙型角等参数在加工过程中都难于保证。

要想较好地达到产品的配合要求，则要求机床操作人员的技术水平要高，但也都不可能排除有费品出现。

基于这些问题的存在考虑，我公司车间技术人员提出进行攻丝机的设计及制造，并取得了成效。

丝锥的设计及制造的原因：在攻丝机制造好准备投产时，从市场上高价购买回几条标准的丝锥进行螺母加工，在加工过程中发现丝锥容易被攻断，追其原因，发现标准丝锥的导向性不好，测量得主偏角Kr太大为17°，后来改变主偏角Kr为X°，效果较好，但仍然不理想，丝锥仍容易，再进一步认真的分析和总结，最终得出丝锥易断的的二个原因；①：主偏角Kr过大；②：丝锥的切削刃强度不够。

基于丝锥的使用寿命和购买价钱高等因素的考虑，决定自行设计和制造丝锥。

选择切削性能好的9CrSi材料做丝锥，设计切削导向角度为X.X°～X.X°，前角为XX°，设计为四刀刃丝锥，可增大切屑的容屑面积，并通过热处理加强切削刃的强度，经试用后，加工出来的螺母与螺栓配合达到了产品的配合要求，互换自由。

第2页共7页攻丝机与丝锥设计及制造的目的：主要改变产品的加工工艺，在生产成本降低的同时要提高生产效率；可降低操作人员的劳动强度的同时也可降低技术要求；且要提高产品质量。

基于上述的要求存在，为了解决问题从而进行设计及制造此设备。

此设备适用于攻丝材料为延伸率为δ≥10%，抗拉强度为σb＜1KN/mm的各种碳素钢、合金钢和白色金属，包括对M27～M80的普通螺纹加工，亦可对工件进行矫直。

攻丝机的结构特点1：整体刚性好。

各受力部件结构坚实、定位、夹紧装置可靠且简单。

2：安装准确快捷、拆卸方便。

工件夹具和刀具装夹部位都设有简便的更换装置，需要时可随时按需更换。

3：攻丝机刀架中心与夹具的夹紧中心自对基准性好，从而保证了产品的质量，大大减少了对刀时间。

4：攻丝机的传动系统简单，采用马达与减速机配用的二级传动，主轴的传动平稳，噪声小。

5：攻丝机整体设备简单，便于是常的保养和维修。

6：由于攻丝机的设备简单，所以制造成本较低且工艺性好。

丝锥的结构特点1：丝锥的材料塑性、韧性好，硬度为HRC57～59。

2：丝锥的导向性好，切削性能好，切削刃强度高。

3：经试用丝攻的设计结构合理，容屑槽面积大，排屑顺畅，散热冷却都快，从而使丝攻的使用寿命增长。

4：丝锥的结构较简单，所以制造成本较低且工艺性好。

生产出的产品特点1：产品质量保证，合格率达100%。

2：螺栓与螺母公差都容易达到设计图纸要求，配合容易且互换性好。

3：产品尺寸精度较高，中径尺寸控制得好，牙型角保证为60°。

4：螺纹强度较高因此使用寿命较长，制造成本较低。

丝锥攻丝工艺与车削加工工艺的经济性分析工艺基本的组成由可变费用V与不变费用C两部分组成。

可变费用与零件（或产品）年产量有关，客观存在包括材料或毛坯费，操作工人的工资，第3页共7页机床的维护费，万能机床和万能夹具的折旧费用。

单件工艺（或）成本Ed （单位为元/件）可用下式表示：Ed=V+C/NV——每个零件的可变费用，单位为元/件；C——全年的不变费用，单位为元；N——工件的年产量，单位为元/件；如下图为单件工艺成本与年产量之间的关系：如曲线的A区相当于单件小批生产时设备负荷很低的情况，此时若N略有变化，Ed就会有很大变化。

曲线的B区相当于大批大量生产的情况，此时，不变费用对单件成本影响很小。

A、B之间相当于成批生产情况。

经以上的工艺成本组成分析，现比较两工艺方案的经济性工艺方案1：毛坯的生产（锻造）——退火——粗车毛坯端面及倒角——掉头粗车毛坯端面及倒角——车螺纹内孔——攻丝。

工艺方案2：毛坯的生产（锻造）——退火——粗车毛坯端面及倒角——掉头粗车毛坯端面及倒角——车螺纹内孔——车螺纹。

可见两工艺方案中少数工序不同，多数工序相同，可通过计算少数不同工序的单件工序成本进行比较。

Ed1=V1+C1/NEd2=V2+C2/N若产量N为一定数时，可根据上面两式直接算出Ed1和 Ed2，若Ed1＞Ed2，则第二方案经济性好。

若产量N为一变量时，可根据上述方程式作出曲线图进行比较。

如下图所示，图中N K为两条曲线交点，称为临界产量。

当产量N＜N K时，Ed2＜Ed1，第二方案为可取方案，当N＞N K时，则第一方案为可取方案。

第4页共7页从对两工艺方案的经济性分析，结合我公司车间的生产情况，工艺方案：1为可取方案。

自行设计及制造丝锥与在市场购买丝锥的经济性分析例如：购买M56×5.5丝锥584元/支，购买M64×6丝锥881元/支。

而自制M56×5.5丝锥材料费单价12000元/吨，每支耗材料5.56kg，价钱66.7元，加工费99元，成本≤166元/支。

自制M64×6丝锥材料费单价12000元/吨，每支耗材料8.28kg，价钱99.4元，加工费99元，成本≤199元/支。

自行设计及制造上述2支丝锥可节约成本584+881-166-199=1100元，能长期节约成本。

攻丝机的设计步骤1：三相异步电动机的选择：型号：JO2—32—6；功率：2.2千瓦；电压：380伏；电流：5.46安；转速：950转/分钟；频率：50赫芝。

2：减速器的选择：型号：JZR—41；功率：11千瓦；转速：715转/分钟；传动比为1/158.33。

3：夹具的设计：采用三爪卡盘加各专用夹套。

4：刀架的设计：采用焊接式固定结构。

丝锥的设计步骤：（例如：M56×5.5丝攻的设计步骤）1：选材：选9C r S i材料，退火处理，加热温度为900℃。

2：加工：滚切螺纹前，工件预加工到一定尺寸要求（见加工图纸）。

目的便于在滚压机上滚压加工丝锥，保护了滚压机滚压轮的使用寿命。

3：加工中关键尺寸的保证：M56×5.5滚丝后螺纹中径ø52.XX+0.xx。

按尺寸用环形辘加工。

第5页共7页4：完成其它设计加工尺寸：按尺寸铣出容屑槽，选用凸半圆铣刀，外径ø75，宽16，孔径ø27，平键坑宽6，铣刀偏移中线3.11。

5：最终处理——热处理：温度控制在830℃——860℃，冷却环境：油冷，二次回火，回火后硬度达HRC57～59。

丝锥的加工和试用过程中存在问题的解决方案1：在加工丝锥过程中存在问题的解决方案：问题为加工牙型角精度和中径难于保证，最初采用车床粗车、半精车、精车，发现配合公差难达到要求；后来用滚丝轮直接滚压加工，由于9S i C r的材料强度高，滚丝轮容易嘣；最后，先在车床上粗车，留下0.xx±0.0x mm的余量，再用滚丝机精滚，经试用加工出来的丝锥的牙型角精确且牙纹中径容易控制，问题给与解决。

2：在试用过程中存在问题的解决方案：问题为导向角度难以确定，解决方案：在市场上购买回来的标准丝锥测得的导向角前提下，改变设计参数，最初改变导向角为X°，效果较好，但仍然容易断；最后，从导向角为X°时加工出的产品分析总结后，再次改变设计参数，导向角取为X.X°～X.X°。

经试用问题得到了很好的解决。

待解决的问题（即以后发展的方向）现用实例试验来说明要待解决的问题，比较攻螺母时间和车螺母时间、效果、劳动强度、技术要求。

从上面表格可知：虽然用攻丝机与丝锥配套来加工螺母的效果好、劳动强度小、工人技术要求低，但存在时间较用车床加工长的问题，这也就是有待我们以后要解决的问题，实现较快速的加工。

通过对整个项目的介绍，总结出用攻丝机与丝锥配套来加工螺母是现实可行的，它解决了我公司长期以来出现的螺栓与螺母配合“一夫一妻”的极差配合现象，螺栓与螺母配合互换自由得到了解决。