重型設(shè)備內(nèi)螺紋修復(fù)銑削機(jī)的設(shè)計(jì)研究

郜峰

摘要：重型機(jī)械制造業(yè)是國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志，重型機(jī)械設(shè)備零部件內(nèi)螺紋局部出現(xiàn)坍塌、撕裂、彎曲、變形等問(wèn)題時(shí)難以修復(fù)，該設(shè)備主要服務(wù)工業(yè)領(lǐng)域重型機(jī)械內(nèi)螺紋中的缺陷修復(fù)工作，使得破損的內(nèi)螺紋修復(fù)比傳統(tǒng)修復(fù)方法簡(jiǎn)便、快捷、實(shí)用、成本低等。本文重點(diǎn)介紹了修復(fù)銑削機(jī)的裝置設(shè)計(jì)，堅(jiān)持“先進(jìn)性、實(shí)用性和可操作性”原則，以服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展為目標(biāo)，具有良好的實(shí)用價(jià)值和較大的市場(chǎng)空間。

關(guān)鍵詞：重型設(shè)備? ?內(nèi)螺紋損傷? ?銑削機(jī)

一、研究工作的科學(xué)意義

重型機(jī)械設(shè)備存在很多全壽期或者更換困難、代價(jià)大的零部件，此類零部件上的內(nèi)螺紋在裝配、預(yù)防性維修、糾正性的維修過(guò)程中，常常會(huì)由于工作上的各種累加因素導(dǎo)致螺紋損傷的現(xiàn)象。對(duì)于小的缺陷，技術(shù)人員采用手工修復(fù)、絲錐修復(fù)，就可達(dá)到繼續(xù)使用的要求，但對(duì)于局部螺紋的坍塌、撕裂、彎曲等問(wèn)題，技術(shù)人員往往束手無(wú)策。目前，修復(fù)技術(shù)往往采用以下三種方式：

第一，直接修復(fù)。如果內(nèi)螺紋直徑大，技術(shù)人員可以直接修復(fù)，此類缺陷可忽略不計(jì)。

第二，擴(kuò)孔攻絲，加大一級(jí)螺紋。此類方法屬于傳統(tǒng)的修復(fù)處理方式，整體工藝復(fù)雜，由于螺紋規(guī)格變化，需要重新計(jì)算分析螺栓、螺孔，對(duì)后續(xù)的維護(hù)工作會(huì)造成諸多不便。

第三，擴(kuò)孔攻絲，加裝鋼絲螺套。此類方法能恢復(fù)原來(lái)螺紋孔的規(guī)格，主要方法是對(duì)損壞的螺紋孔進(jìn)行擴(kuò)孔、攻絲，加裝合適尺寸的鋼絲螺套，使鋼絲螺套形成的內(nèi)螺紋規(guī)格與原螺孔的一致。目前，大多采用德國(guó)Heli-Coil公司提供的特制彈簧螺絲進(jìn)行螺紋修復(fù)。

除了第一種方式之外，后面兩種修復(fù)方式主要運(yùn)用于螺紋存在不可修復(fù)的情況。在修復(fù)過(guò)程前期，技術(shù)人員需要對(duì)原螺紋孔進(jìn)行鉆孔，但由于設(shè)備的特殊性，存在以下問(wèn)題：①原設(shè)備不可拆卸或者無(wú)法夾持，不能再上機(jī)床;②便攜式鉆床由于現(xiàn)場(chǎng)空間所限，無(wú)法固定或者需要增加特殊工裝才能完成夾持。在整體擴(kuò)孔工作中，還存在中心對(duì)中、異物控制等諸多事宜，修復(fù)工藝復(fù)雜煩瑣。

內(nèi)螺紋修復(fù)銑削機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，操作工藝更便捷，可適用范圍廣。如針對(duì)坍塌、撕裂、彎曲等局部缺陷問(wèn)題，在完成前期計(jì)算評(píng)估，后期進(jìn)行輔助對(duì)中、調(diào)整過(guò)程后，技術(shù)人員僅對(duì)螺栓孔內(nèi)有嚴(yán)重缺陷的螺紋進(jìn)行銑削，使它們不影響主螺栓的正常擰入，又保證了螺栓連接強(qiáng)度不受影響。

此類設(shè)備的研究和運(yùn)用，能夠較好地覆蓋內(nèi)螺紋局部缺陷的修復(fù)工作，在很大程度上避免了由于局部缺陷造成的整體修復(fù)工作，降低了內(nèi)螺紋修復(fù)的工作風(fēng)險(xiǎn)，減少了修復(fù)時(shí)間，有效降低了由于螺紋原因造成的設(shè)備報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)。

二、國(guó)內(nèi)外螺紋修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)外內(nèi)螺紋修復(fù)技術(shù)主要針對(duì)輕、重兩種類型，對(duì)于局部中等缺陷修復(fù)工作往往依靠臨時(shí)制造專用工具進(jìn)行修復(fù)，或者對(duì)缺陷進(jìn)行升級(jí)，再按照重型擴(kuò)大化修復(fù)。

針對(duì)輕型內(nèi)螺紋缺陷，如起扣缺陷、雙螺紋缺陷、捋絲、毛刺、微變形等輕微缺陷，技術(shù)人員一般采用油石、什錦銼、專用工具粘貼研磨砂紙（研磨膏）、絲錐進(jìn)行修復(fù)，這種屬于比較簡(jiǎn)單、成熟的修復(fù)工具和工藝，不再累述。

針對(duì)重型缺陷，如螺紋整體變形、滑牙、亂扣等較大螺紋行程的缺陷，傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)為擴(kuò)孔攻絲，加大一級(jí)螺紋，但由于規(guī)格的變動(dòng)，對(duì)后續(xù)工作造成較大影響，逐漸被鋼絲螺套（如圖1所示）所替代。

針對(duì)內(nèi)螺紋局部的坍塌、撕裂、彎曲變形，筆者經(jīng)過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的工具和修復(fù)工藝，大部分設(shè)備內(nèi)螺紋出現(xiàn)局部中等規(guī)格的缺陷時(shí)，技術(shù)人員往往按照鋼絲螺套方式進(jìn)行解決，但由于設(shè)備空間存在差異，在鉆孔過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)中心偏移等問(wèn)題，再加上整個(gè)修復(fù)時(shí)間成本較大，所以此設(shè)備的研發(fā)將會(huì)進(jìn)一步填充目前內(nèi)螺紋局部缺陷的修復(fù)市場(chǎng)，有著良好的實(shí)用價(jià)值和較大的市場(chǎng)空間。

三、主要研究?jī)?nèi)容

1.內(nèi)螺紋修復(fù)銑削機(jī)校刀裝置的研究

設(shè)備的內(nèi)螺紋屬于唯一性結(jié)構(gòu)，在修復(fù)工作中是不可逆過(guò)程，如果修復(fù)加工發(fā)生錯(cuò)誤，勢(shì)必會(huì)造成缺陷擴(kuò)大，所以針對(duì)不同的刀具，技術(shù)人員必須開(kāi)發(fā)研制不同的校刀裝置，該裝置達(dá)到的目標(biāo)是裝置自身與工具安裝簡(jiǎn)易，固定性強(qiáng)，自由度小。同時(shí)，一套裝置可以配備不同規(guī)格的校刀模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確安裝。另外，校刀過(guò)程要求簡(jiǎn)單有效、方便操作、直觀易懂。

2.可調(diào)整式定位固定裝置的研究

受現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境所限，螺紋孔中心距和孔徑不同，再加上螺紋孔周邊設(shè)備狀態(tài)不同，為了適應(yīng)各種形式、結(jié)構(gòu)的螺紋孔，設(shè)備必須具備可調(diào)節(jié)功能，該固定裝置兼具了銑削機(jī)的底座功能，即它必須具有一定的剛性和強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)后續(xù)將按多種固定方式進(jìn)行，又具備滿足幾種方式的可互換性及兼容性。

固定方式的主要方案根據(jù)螺紋孔情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和制訂。針對(duì)全螺紋孔，主要設(shè)計(jì)為膨脹螺紋卡盤式固定方式，即使用3～6片螺紋卡盤，通過(guò)機(jī)械、電動(dòng)、氣動(dòng)或液動(dòng)方式與非檢修孔螺紋進(jìn)行固定嚙合，卡盤做成不同螺距的規(guī)格，在針對(duì)不同螺距螺紋時(shí)可以進(jìn)行簡(jiǎn)易互換，達(dá)到完美匹配;針對(duì)有光孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)螺紋，技術(shù)人員可采用軟橡膠+固定塊+凸輪的結(jié)構(gòu)，橡膠主要作用是避免硬接觸，保護(hù)光孔，固定塊主要起粗調(diào)作用，以適用于多種孔徑規(guī)格，凸輪的主要作用是進(jìn)行最終的固定，完成最后的鎖緊工作;針對(duì)周邊沒(méi)有孔形式的螺紋孔，固定方式主要采用真空吸附形式，其包含底部軟連接、真空盒及抽真空裝置，軟連接主要適用于周邊粗糙度不同的平面，真空盒和抽真空裝置主要是提供最終的吸附動(dòng)力。

針對(duì)不同中心距的螺孔，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包含鉸鏈調(diào)節(jié)、絲杠微控制和可靠的鎖緊機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)周向、徑向、直線等多曲線調(diào)整功能，又包含微動(dòng)調(diào)整和鎖緊功能。

3.內(nèi)螺紋可調(diào)式定心及測(cè)量裝置的研究

定心裝置主要針對(duì)有缺陷的螺紋孔，主要功能是保證銑削裝置的正確進(jìn)給，結(jié)構(gòu)主要包括可調(diào)式螺紋定心結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)理念與定位固定裝置相同，主要是3～6片卡盤式固定，作用是完成和缺陷螺紋孔的精密嚙合，已達(dá)到定心功能。測(cè)量裝置主要功能是定位缺陷位置，并進(jìn)一步輔助銑削裝置完成最終的操作，其設(shè)計(jì)理念主要參考游標(biāo)卡尺，帶有主尺和附尺，以盡可能提高測(cè)量精度，完成螺紋的精密修復(fù)銑削。

4.內(nèi)螺紋銑削進(jìn)給裝置的研究

銑削裝置主要作用是完成缺陷位置的最終銑削功能，主要結(jié)構(gòu)是雙偏心走刀機(jī)構(gòu)，它采用走刀螺母控制刀的進(jìn)給，螺紋為細(xì)螺紋，有效地保證了進(jìn)給精度;驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用手動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)相結(jié)合的方式，主要針對(duì)不同硬度的螺紋;刀具主要采用螺旋進(jìn)給方式，可以實(shí)現(xiàn)弧形推進(jìn)，以適應(yīng)內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)形式，保護(hù)其他完好的內(nèi)螺紋。

5.內(nèi)螺紋銑削視頻監(jiān)控裝置的研究

監(jiān)控裝置主要采用耐輻照、耐高溫性、耐腐蝕的材料，又要求集成與銑削裝置達(dá)到一體化拆卸功能，其主要功能是完成整個(gè)銑削工作觀察和監(jiān)督，通過(guò)監(jiān)視整個(gè)工作流程，從而保證銑削準(zhǔn)確順利完成。內(nèi)窺鏡采用現(xiàn)有的成型產(chǎn)品，利用光導(dǎo)纖維集觀察鏡頭和照明光源于一體，達(dá)到體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的要求，又可以控制鏡頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步擴(kuò)大觀察范圍;它包含40G的內(nèi)存，可以完成視頻、照片的臨時(shí)存儲(chǔ)，又兼具其他顯示設(shè)備的兼容連接，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

四、結(jié)語(yǔ)

銑削機(jī)能夠修復(fù)重型設(shè)備內(nèi)螺紋的破損，筆者重點(diǎn)針對(duì)螺紋修復(fù)功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)。此設(shè)備的研究和運(yùn)用，對(duì)于重型機(jī)械制造業(yè)有很大的意義，但銑削機(jī)刀具結(jié)構(gòu)、刀具涂層技術(shù)、機(jī)器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還有待進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)。通過(guò)不斷改進(jìn)、研究與設(shè)計(jì)該機(jī)器，該設(shè)備將更加適用于工程實(shí)際中多孔徑、任意螺紋螺孔段的修復(fù)工作。

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※本文系2019年嘉興市科技局公益性研究計(jì)劃項(xiàng)目研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：2019AD32028。

（作者單位：嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院）