螺紋牙底R圓弧翻轉(zhuǎn)修整器設(shè)計(jì)

方 紅 管允劼 李 虎 高貴純 朱 文

(中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所， 四川 綿陽 621900)

在生產(chǎn)過程中，我們需要加工一種符合國家航空標(biāo)準(zhǔn)HB6545-1991的AG雙頭螺栓，其對AG螺紋牙底R有嚴(yán)格要求，外螺紋牙底輪廓為圓弧狀(如圖1所示)，允許一個(gè)圓弧與2條直線光滑連接，該圓弧最小半徑應(yīng)不小于0.125P(P為螺距)，不允許出現(xiàn)反向圓弧。因?yàn)镽值比較小，無法看清楚R形狀，需要靠操作者的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)整、反復(fù)計(jì)量來獲得數(shù)據(jù)，要修出一個(gè)比較理想的圓弧型面需要大量時(shí)間，不僅效率低、質(zhì)量波動性大、而且還存在著顯著的安全隱患。

1 航標(biāo)HB過盈螺紋牙底R控制難點(diǎn)

該零件精度要求高，螺紋加工參數(shù)為：AG8×1.25，螺距P=1.25 mm,牙型半角偏差≤±30′，螺距偏差≤±0.006 mm，螺紋牙型粗糙度Ra0.8 μm，牙底圓弧R≥0.125P=0.156 mm，中徑錐度≤0.015 mm，不允許有倒錐。

該螺紋磨削加工要求的幾個(gè)基本要素包括牙型半角偏差、螺距偏差、中徑偏差、表面粗糙度Ra都可以通過調(diào)整機(jī)床、砂輪參數(shù)來保證，但最小牙底圓弧半徑(Rmin≥0.156 mm)這個(gè)要素，通過我們對機(jī)床生產(chǎn)廠家咨詢及相關(guān)同行的調(diào)研，在機(jī)床自帶砂輪修整器上無法修整出滿足要求的砂輪。

在此之前，砂輪依靠操作者人工手動進(jìn)行修整，存在人身安全隱患；同時(shí)因?yàn)镽值比較小，無法看清楚R形狀，需要靠操作者的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)整、反復(fù)計(jì)量來獲得數(shù)據(jù)，要修出一個(gè)比較理想的圓弧型面費(fèi)時(shí)、費(fèi)力；每一次修整后的圓弧型面也存在差異造成工件質(zhì)量波動。螺紋磨削屬于成型磨削，砂輪形狀對螺紋精度影響顯著，需要經(jīng)常進(jìn)行砂輪修整，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。

2 牙底R翻轉(zhuǎn)修整器設(shè)計(jì)

通過以上分析知道，小牙底圓弧半徑Rmin≥0.156 mm無法從市場現(xiàn)有修整器上獲得。從螺紋磨床工作原理及操作方法上獲得啟發(fā)，針對Rmin≥0.156 mm形狀小、精度高及去除余量比較小的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了針對牙底R弧的翻轉(zhuǎn)修整器。設(shè)計(jì)加工擠壓輪及裝夾工裝，要求裝入修整聯(lián)接工裝后同軸、垂直，便于修整器找正；要求擠壓輪在Z正/負(fù)方向有0.5 mm左右彈性移動量，便于砂輪對線時(shí)使用。擠壓輪材料為Cr12合金工具鋼，熱處理硬度59～63 HRC，具有硬度高、耐磨性能好等特點(diǎn)，適合于擠壓砂輪尖角R。通過磨削擠壓輪R并修整R形狀，保證圓弧形狀和圓弧尺寸大于0.156 mm。擠壓輪槽底R值為0.23 mm，砂輪圓角R修整目標(biāo)值為0.19 mm，精測出砂輪R值，如果R值偏大，則對砂輪兩側(cè)面進(jìn)行修整；R值偏小，則在X方向進(jìn)給對砂輪進(jìn)行修整，如表1所示。用擠壓輪擠壓修整砂輪，再用修整后的砂輪加工出合格牙底R的螺紋。

表1 砂輪R值與修整方法及修整量關(guān)系表

2.1 翻轉(zhuǎn)修整器工作原理為

翻轉(zhuǎn)修整器(見圖3)包括微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)塊、圓柱拉伸彈簧、拉緊螺栓、底座組成，其中底座4安裝在機(jī)床頭架和尾座之間的工作臺5上，用緊固螺釘6固定。翻轉(zhuǎn)塊2通過銷釘固定在底座4上，使翻轉(zhuǎn)塊2可以繞銷釘做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因底座4形狀設(shè)計(jì)限制翻轉(zhuǎn)塊2的旋轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)塊2的旋轉(zhuǎn)角度被限制死。通過圓柱拉伸彈簧3以45°連接底座4與翻轉(zhuǎn)塊2，使反轉(zhuǎn)塊在兩個(gè)極限位置都會受到圓柱拉伸彈簧3的拉力，使極限位置固定牢固。底座4設(shè)計(jì)了凸臺，目的為當(dāng)翻轉(zhuǎn)塊2處于修整狀態(tài)時(shí)，設(shè)備軸向防止翻轉(zhuǎn)塊2竄動。微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)1通過后端圓柱插入翻轉(zhuǎn)塊2中，并用螺釘鎖緊固定，面對不同直徑的砂輪，松開螺釘，向外或向內(nèi)移動圓柱體到達(dá)適合的位置后，使用螺釘鎖緊固定。

其中微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)(見圖4)，在外套筒1中放入下墊片7，在下墊片7放置平整后放入右徑向軸承5，右徑向軸承5一側(cè)端面貼合下墊片7，另一端面高出外套筒1端面，通過4個(gè)螺釘10把壓板9固定在外套筒1上，使壓板9的端面壓緊右徑向軸承5高出外套筒1的一面。把右徑向軸承5固定在外套筒1與壓板9之間。在外套筒1另一側(cè)穿入內(nèi)套筒6，使內(nèi)套筒6端面貼緊下墊片7，限制內(nèi)套筒6向外套筒1右端移動。將圓柱壓縮彈簧4穿入內(nèi)套筒6，在外套筒1內(nèi)孔裝入左徑向軸承5壓縮圓柱壓縮彈簧4。將上墊片8穿入擠壓輪11的光桿中，將擠壓輪11的光桿依次穿過右徑向軸承5、下墊片7、內(nèi)套筒6、圓柱壓縮彈簧4、左徑向軸承5。將彈簧墊圈3套在擠壓輪11的光桿左端螺紋頭上，并用螺母2通過彈簧墊圈3鎖緊左徑向軸承5。松開壓縮狀態(tài)的左徑向軸承5，使其在圓柱壓縮彈簧4的作用力下貼緊彈簧墊圈3。

2.2 翻轉(zhuǎn)修整器基本工作步驟

(1)平底圓弧修整器安裝在機(jī)床頭架和尾座之間的斜導(dǎo)軌上，用螺釘固定。

(2)修整前，調(diào)節(jié)好修整器對被修砂輪的平行度，以及修整器對砂輪的中心高。

(3)砂輪與修整器螺線對準(zhǔn)，擰動機(jī)床工作臺Z方向手柄，一直到修整器螺紋螺線的側(cè)面與旋轉(zhuǎn)的砂輪接觸為止。此后根據(jù)刻度盤的刻度，將手把往相反的方向旋轉(zhuǎn)，一直到砂輪與修整器螺紋線的另一面接觸為止，這時(shí)根據(jù)刻度盤再將手把往第一次旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，一直到第一次刻度與第二次刻度中間為止(X方向隨時(shí)根據(jù)Z方向調(diào)整進(jìn)行進(jìn)給)，這時(shí)便結(jié)束對準(zhǔn)工作。

(4)修整器擠壓輪可以左右進(jìn)行微調(diào)(機(jī)床Z方向)。在擠壓輪上加裝有一套微調(diào)裝置，使Z方向具有1 mm的移動量，當(dāng)砂輪與修整器接觸時(shí)，修整輪在Z方向可進(jìn)行微小的自動調(diào)整，使修整輪修整槽和砂輪鋒面完全吻合。

2.3 翻轉(zhuǎn)修整器主要優(yōu)點(diǎn)

(1)工作時(shí)它對砂輪尖角R進(jìn)行擠壓修整(如圖2)，不工作時(shí)它翻轉(zhuǎn)到磨削區(qū)域之外(如圖3)。避免操作者頻繁裝卸修整器和對砂輪中心。

(2)修整器槽高設(shè)計(jì)為1/3螺紋牙型高，為了消除螺紋升角干涉，根據(jù)不同的各種R的大小，設(shè)計(jì)出不同的擠壓輪，有效地對砂輪進(jìn)行修整，得到理想的R值。

(3)在砂輪線速度1～2 m/s時(shí)，修整輪與雙斜邊砂輪相對運(yùn)動并擠壓，使得雙斜邊砂輪尖角處輪廓被擠壓成型，實(shí)現(xiàn)修整輪對砂輪的修整。在砂輪線速度50 m/s時(shí)，修整輪與砂輪相對運(yùn)動并磨削，使得修整輪擠壓槽的槽型被磨削成型，實(shí)現(xiàn)砂輪對修整輪的修整。通過控制砂輪的線速度，達(dá)到修整輪與砂輪相互往返的修整。

(4)修整砂輪過程中，通過砂輪的側(cè)面接觸修整輪溝槽側(cè)面確定大概軸線中心位置，隨著砂輪徑向的逼近使得雙斜邊砂輪與修整輪溝槽首先接觸一側(cè)帶動修整輪軸向自動找正中心，達(dá)到雙斜邊砂輪的兩側(cè)面與修整輪溝槽兩側(cè)面完全貼合。

(5)使缺乏修整經(jīng)驗(yàn)操作者亦可快速修整出符合要求的砂輪。

3 應(yīng)用效果

經(jīng)多次修整試驗(yàn)并與手工修整的砂輪進(jìn)行加工對比，結(jié)果表明擠壓輪使用方便、修整效率高，按每修整砂輪一次加工4件工件，年生產(chǎn)工件總量5 000件計(jì)算，每年可節(jié)省時(shí)間430 h，如表2所示。修整出的砂輪加工質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸一致性較好，有效地提高了工件質(zhì)量可靠性和穩(wěn)定性，如表3所示。

表2 修整器與手工修整特性對比

表3 修整后加工工件實(shí)測R值 mm

4 結(jié)語

所述微調(diào)擠壓機(jī)構(gòu)采用軸承支承擠壓輪，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)精密回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)精度達(dá)到3 μm，左側(cè)軸承跟隨擠壓輪運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)剛性支承。通過更換擠壓輪，可以實(shí)現(xiàn)不同圓弧大小砂輪的修磨，方便快捷。采用HB航標(biāo)過盈螺紋牙底R翻轉(zhuǎn)修整器，有效解決了生產(chǎn)中遇到的小R修整問題，節(jié)省工作時(shí)間，使生產(chǎn)效率成倍提高。

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