一种用于重汽铸铁件的一体化钻孔攻丝加工装置的制作方法

本发明涉及钻孔攻丝加工用具，具体涉及一种用于重汽铸铁件的一体化钻孔攻丝加工装置。

背景技术：

1、重汽铸铁件通常包括发动机壳体、变速箱壳体及其他承载壳体，其表面需要加工多个安装孔和螺纹孔，以便与其他零部件进行连接。由于铸铁材料加工时容易产生颗粒状碎屑，因此，钻孔、攻丝及孔内清洁效果会直接影响螺纹加工精度和后续装配质量。

2、目前，部分现有钻孔攻丝加工装置通常包括加工台、三轴移动机构、钻孔攻丝组件和换刀机构。使用时，将铸铁件固定在加工台上，通过三轴移动机构带动钻孔攻丝组件依次完成钻孔和攻丝，再利用气枪或者清洁杆向孔内吹入压缩空气，以清除孔底及螺纹槽内残留的铸铁碎屑。这类装置在结构上实现了钻孔、攻丝的基本功能，但在实际应用中仍存在诸多不足：

3、（1）单独采用压缩空气吹扫时，孔底和螺纹槽内的碎屑不易完全排出，吹出的碎屑容易向加工区域周围飞散或者重新落入加工孔内，导致清洁效果不理想。同时，现有清洁结构难以适应铸铁件表面的局部高度误差，也不便于判断清洁结构与孔口之间的贴合压力，容易出现负压泄漏和吸屑不稳定的问题；

4、（2）现有装置的钻孔攻丝参数大多依赖人工设定，操作人员根据经验选择主轴转速和进给速度后，整个加工过程中参数固定不变。然而重汽铸铁件的材质批次间存在硬度差异，同一工件不同位置的铸造组织也不完全均匀，固定参数无法适应加工状态的实时变化，容易造成钻头磨损加剧、螺纹精度不稳定甚至断刀等质量问题；

5、（3）现有装置的清洁工序缺乏系统性的参数优化，压缩空气的吹扫压力和负压吸屑的抽吸强度往往是人工预设的固定值，两者之间缺少协同匹配关系。吹气压力过大而负压不足时，碎屑容易被吹出孔外并向周围飞散；吹气压力过小而负压过大时，碎屑无法被有效松动，仍然残留在螺纹槽底部。由于缺乏闭环的清洁效果验证机制，操作人员无法判断清洁是否达到工艺要求，只能依靠目视检查或增加清洁次数来弥补，既降低了生产效率又造成了能源浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于重汽铸铁件的一体化钻孔攻丝加工装置。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于重汽铸铁件的一体化钻孔攻丝加工装置，包括加工台和安装于加工台上的三轴直线电机，其特征在于：所述三轴直线电机的移动端沿移动方向间隔安装有两个安装外架，其中一个安装外架内安装有钻孔攻丝组件，另一个安装外架内安装有清洁机构；所述加工台上安装有换刀架，所述换刀架位于钻孔攻丝组件的移动路径范围内；所述三轴直线电机、钻孔攻丝组件、换刀架及清洁机构分别与一控制器电性连接，所述控制器内集成有用于控制钻孔攻丝与清洁工序协同运行及参数自适应调节的多个功能模块。

3、优选地，所述清洁机构包括电推杆、升降板、安装板、负压环、清洁杆和套筒；所述电推杆竖向安装于对应的安装外架内，所述升降板连接于电推杆的活塞杆，所述安装板通过弹性导向组件设置于升降板下方；所述负压环安装于安装板底面，所述套筒安装于安装板的中心处，所述清洁杆与套筒同轴设置并滑动穿过套筒。

4、优选地，所述电推杆的活塞杆外周固定有嵌设于升降板内的十字限位架，所述活塞杆的下端设有外螺纹并螺纹连接有安装套环；所述安装套环底端固定有进气环，所述清洁杆的顶端与进气环固定连接并相互连通，所述进气环的一侧连接有压缩空气输入管。

5、优选地，所述弹性导向组件包括四根导向杆和四个弹簧，四根所述导向杆分别固定于安装板的顶面四角，所述导向杆的上端滑动贯穿升降板；四个所述弹簧分别套设于对应导向杆外侧，所述弹簧的两端分别抵接升降板和安装板；所述升降板上安装有激光测距仪，所述激光测距仪的检测端朝向安装板。

6、优选地，所述负压环为内部具有负压腔的环形结构，所述负压环的一侧开设有与负压腔连通的负压接口；所述负压环的底面开设有环形安装槽，所述环形安装槽内插接有环状橡胶垫，所述环状橡胶垫内安装有至少一个压力传感器。

7、优选地，所述套筒固定于安装板的底面中心处并向负压环内部延伸，所述套筒固定于安装板的底面中心处并向负压环内部延伸，所述套筒的底端安装有耐磨弹性材料制成的环形清洁刮片，所述清洁刮片的内缘与清洁杆的外周面滑动抵接；所述清洁杆为内部具有进气通道的中空杆体，所述清洁杆的下部外周沿周向等距开设有多个排气孔，多个所述排气孔均与进气通道连通，且所述排气孔的轴线朝向清洁杆的外下方倾斜设置；所述负压环的内壁与套筒的外壁之间形成环形吸屑通道，所述清洁杆的底端向下伸出套筒及环状橡胶垫。

8、优选地，所述多个功能模块包括模糊自适应pid控制模块和刀具寿命在线预估模块，所述模糊自适应pid控制模块根据加工过程中采集的加工状态信号实时调节钻孔攻丝组件的主轴转速和进给速度；所述控制器还内置有刀具寿命在线预估模块，所述刀具寿命在线预估模块根据累计切削时间、累计加工次数及当前加工材质的硬度和抗拉强度实时计算当前刀具的剩余寿命，并根据剩余寿命所处的阈值区间执行相应的预警或换刀动作；所述清洁杆的最佳伸入深度由所述控制器根据钻孔攻丝阶段获取的加工孔深度和螺纹牙型高度实时计算确定；所述控制器根据换刀架中当前丝锥的规格自动识别螺纹牙型高度。

9、优选地，所述加工状态信号包括主轴电流信号、振动加速度信号及进给电机扭矩信号；所述模糊自适应pid控制模块的输入量为偏差信号及其变化率，所述偏差信号及其变化率分别划分为五个模糊子集；所述偏差信号由主轴电流偏差、振动加速度偏差和进给扭矩偏差三项加权求和得到，三项加权系数根据铸铁件的硬度等级及抗拉强度在线调整；所述模糊自适应pid控制模块的输出量为比例系数修正量、积分系数修正量和微分系数修正量，各修正量通过模糊推理规则在线确定，并叠加于初始pid参数上形成最终控制量。

10、优选地，所述多个功能模块还包括清洁参数多目标优化模块，所述控制器的输出端还分别连接清洁机构的电推杆的伺服驱动器、外部负压设备的变频器及压缩气源的电控比例压力阀；所述压力传感器、激光测距仪及安装于负压接口处的碎屑质量流量计分别连接至控制器的输入端；所述控制器内集成有清洁参数多目标优化模块，所述清洁参数多目标优化模块以清洁效率最大化、能耗最小化及清洁时间最短化为综合优化目标，采用粒子群优化算法搜索并输出优化后的负压强度和优化后的吹气压力；所述粒子群优化算法的搜索边界由负压环的密封保持力及压缩气源的额定压力限定。

11、优选地，所述多个功能模块还包括清洁效果实时验证模块和历史数据自学习模块；所述清洁效果实时验证模块根据碎屑质量流量计在清洁周期内测得的累计碎屑质量与理论碎屑总质量进行比较，判定本次清洁是否达标，并在不达标时自动触发二次清洁流程；所述历史数据自学习模块将历次成功清洁的工况参数和对应的优化后的清洁参数存储于数据库，按照孔深和螺纹规格进行聚类分析并更新各工况下粒子群优化算法的推荐初始种群位置，同时根据近期清洁合格率趋势动态调整多目标优化中各子目标的权重分配；所述清洁合格率统计结果定期反馈至控制器的工艺数据库，用于调整钻孔攻丝阶段偏差信号的加权系数。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、本发明通过两个安装外架共用一个三轴直线电机，实现钻孔、攻丝和清洁工序的一次装夹连续完成，保证位置一致性；清洁机构通过弹性导向组件配合激光测距仪和压力传感器实现负压环自适应贴合与精准控压，通过清洁杆中心吹气与负压环外围吸屑形成吹吸协同清洁路径，配合清洁刮片防止碎屑带入套筒内部，提高了孔口密封稳定性、碎屑清除效果和清洁机构的运行可靠性；

14、2、通过模糊自适应pid控制模块根据主轴电流、振动加速度和进给扭矩实时在线调节钻孔攻丝参数，使加工过程自适应材质硬度波动；通过刀具寿命在线预估模块实时计算刀具剩余寿命并执行分级预警和自动换刀，避免断刀和烂牙问题，保证螺纹加工质量稳定性；

15、3、通过粒子群多目标优化算法对负压强度和吹气压力进行协同寻优，兼顾清洁效率、能耗与时间；通过清洁效果实时验证模块闭环判定清洁是否达标并自动触发二次清洁；通过历史数据自学习模块对成功案例聚类分析并优化算法初始种群位置，使控制策略具备持续进化能力，提高了清洁工序的可靠性和一致性；

16、4、通过控制器内部数据总线实现工序间数据协同，钻孔攻丝阶段获取的孔深和螺纹规格直接用于清洁杆最佳伸入深度计算，清洁合格率定期反馈至钻孔攻丝阶段的加权系数调整，形成前后工序的双向优化闭环，实现了全流程智能化自适应控制。