普通銑床用可彈性伸縮攻絲刀柄的改進(jìn)

陳建立，溫樹(shù)彬，張國(guó)華

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣州 510450）

0 引言

世界技能大賽（簡(jiǎn)稱(chēng)“世賽”）是由世界技能組織舉辦的國(guó)際技能界的頂尖賽事，是世界各國(guó)和地區(qū)技能展示交流的平臺(tái)，被稱(chēng)為“技能界的奧林匹克”[1]。大賽共分為運(yùn)輸與物流、結(jié)構(gòu)與建筑技術(shù)、制造與工程技術(shù)、信息與通信技術(shù)、創(chuàng)意藝術(shù)與時(shí)尚和社會(huì)與個(gè)人服務(wù)6大類(lèi)。

制造與工程技術(shù)類(lèi)的綜合機(jī)械與自動(dòng)化項(xiàng)目需要使用普通車(chē)床和普通銑床完成一套裝置的加工和裝配，最后通過(guò)PLC 完成自動(dòng)化控制。在銑削模塊中經(jīng)常需要攻絲，在普通銑床上進(jìn)行攻絲技能操作中通常會(huì)采用手工攻絲和機(jī)床攻絲（銑床主軸頭升降進(jìn)行攻絲）兩種方法，在攻絲過(guò)程中使用這兩種方法經(jīng)常出現(xiàn)絲錐折斷、螺紋牙型不正確、表面質(zhì)量較差、亂牙和爛牙等現(xiàn)象，影響裝配效果。在訓(xùn)練考核或競(jìng)賽考核中，由于攻絲不合格導(dǎo)致該部分丟分嚴(yán)重。市場(chǎng)上在銷(xiāo)售的攻絲伸縮刀柄有很多，但絕大部分是應(yīng)用于數(shù)控銑床上或數(shù)控車(chē)床上，這些類(lèi)型的伸縮攻絲刀柄并不適合技能大賽上的零件、場(chǎng)合使用。為了解決這些問(wèn)題，對(duì)原有刀柄進(jìn)行改進(jìn)，使得加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、表面質(zhì)量好，在世界技能大賽訓(xùn)練與考核中操作方便、快捷，在企業(yè)生產(chǎn)中，無(wú)需使用高精度的數(shù)控設(shè)備，而是使用普通銑床設(shè)備也可以完成批量攻絲的任務(wù)。

1 傳統(tǒng)攻絲方法合格率不高

在世賽訓(xùn)練、考核中，攻絲的傳統(tǒng)方法主要有兩種：手工使用鉸手進(jìn)行攻絲與使用普通銑床主軸頭升降進(jìn)行攻絲。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這兩種方法的可行性，組織了100個(gè)具有普通銑床中級(jí)工職業(yè)技能登記證的操作人員，分成10組使用同一批設(shè)備和工具，每人使用兩種方法各攻絲100個(gè)，攻絲圖紙如圖1 所示。成功率只有43.26%，而另外56.74%的螺紋存在各種問(wèn)題，屬于不合格的螺紋。手工攻絲使用工具如圖2所示，機(jī)床攻絲使用工具如圖3 所示，手工攻絲工作過(guò)程如圖4 所示，機(jī)床攻絲工作過(guò)程如圖5所示。

2 原因分析

對(duì)上述100個(gè)操作員使用兩種方法進(jìn)行攻絲的2萬(wàn)個(gè)螺紋進(jìn)行了分析。在使用手工攻絲時(shí)對(duì)操作者的要求較高，工件裝夾在普通銑床的夾具上進(jìn)行工件攻絲時(shí)，由于人的兩手壓力不均、平衡不好，容易導(dǎo)致在攻絲過(guò)程中絲錐傾斜，導(dǎo)致螺紋孔與工件表面不垂直，影響了攻絲的精度和工件質(zhì)量。采用手工攻絲方法對(duì)操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低且不容易保證質(zhì)量。手動(dòng)攻絲絲錐折斷圖如圖6所示，螺紋孔與工件表面不垂直圖如圖7所示。

在機(jī)床攻絲時(shí)，由于普通銑床攻絲不具備自動(dòng)攻絲的功能，通常是將絲錐安裝在刀柄[2]或鉆夾頭上，利用主軸的正反轉(zhuǎn)將絲錐旋入和旋出工件，同時(shí)手動(dòng)移動(dòng)主軸頭升降來(lái)完成攻絲的操作過(guò)程。其可以克服手工攻絲螺紋孔不正的缺點(diǎn)，但經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)絲錐折斷、螺紋牙型不正確、表面質(zhì)量較差等問(wèn)題。機(jī)床攻絲絲錐折斷圖如圖8所示，止規(guī)檢測(cè)螺紋不合格圖如圖9所示。

圖1 攻絲測(cè)試板圖

圖2 手工攻絲使用工具圖

圖3 機(jī)床攻絲使用工具圖

圖4 手工攻絲工作過(guò)程圖

圖5 機(jī)床攻絲工作過(guò)程圖

圖6 手動(dòng)攻絲絲錐折斷圖

圖7 螺紋孔與工件表面不垂直圖

圖8 機(jī)床攻絲絲錐折斷圖

圖9 止規(guī)檢測(cè)螺紋不合格圖

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)總結(jié)分析，產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）攻絲過(guò)程中由于鐵屑堵塞、潤(rùn)滑不到位等，絲錐切削阻力突然增大，未能及時(shí)調(diào)整而導(dǎo)致絲錐折斷；（2）攻絲時(shí)靠手動(dòng)移動(dòng)主軸頭升降來(lái)完成絲錐進(jìn)給過(guò)程，由于手動(dòng)進(jìn)給不均、不穩(wěn)定，從而會(huì)發(fā)生螺紋牙型不正確或亂牙等現(xiàn)象；（3）攻絲到達(dá)預(yù)定深度值時(shí)，瞬間需進(jìn)行正反轉(zhuǎn)切換，由于慣性或者機(jī)床控制的誤差，導(dǎo)致?lián)Q向時(shí)絲錐折斷；（4）攻盲孔螺紋時(shí)切削速度沒(méi)控制好和排屑不順，攻絲阻力大，導(dǎo)致絲錐折斷；（5）攻盲孔螺紋時(shí)到達(dá)深度后換向不及時(shí)，絲錐撞至孔底部切削力突然增大，導(dǎo)致絲錐折斷，換向過(guò)早又會(huì)導(dǎo)致螺紋深度不足，影響加工質(zhì)量。

3 可彈性伸縮攻絲刀柄

在參加世界技能大賽中出現(xiàn)絲錐折斷造成的影響非常大，如果斷裂后的絲錐不能取出，對(duì)后面的裝配存在很大的影響，導(dǎo)致整體得分影響很大。為保證選手（操作者）在世界技能大賽中穩(wěn)定發(fā)揮，并取得優(yōu)異成績(jī)，必須解決攻絲這一難題。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)攻絲中使用的攻絲刀柄進(jìn)行了改進(jìn)[3]，設(shè)計(jì)出針對(duì)普通銑床攻絲的可彈性伸縮攻絲刀柄[4]?？蓮椥陨炜s攻絲刀柄[5]效果圖如圖10 所示，可彈性伸縮攻絲刀柄結(jié)構(gòu)圖[6]如圖11所示。

圖10 可彈性伸縮攻絲刀柄效果圖

圖11 可彈性伸縮攻絲刀柄結(jié)構(gòu)圖

3.1 工作原理

工作時(shí)主軸正轉(zhuǎn)，移動(dòng)工件與絲錐接觸，在絲錐切削力的作用下，帶動(dòng)攻絲伸縮桿在刀柄孔中滑動(dòng)下降進(jìn)行攻絲；到達(dá)預(yù)定深度后進(jìn)行主軸換向，絲錐旋出工件，攻絲伸縮桿在伸縮彈簧的拉力下回位，完成攻絲操作過(guò)程[7]。

3.2 工作步驟

可彈性伸縮攻絲刀柄攻絲的步驟輔助圖如圖12～13 所示。在攻牙之前，將刀柄部110安裝在普通銑床的主軸上，此時(shí)安裝在安裝頭210上的絲錐400豎直向下，并將待攻牙的工件夾緊在普通銑床的加工平臺(tái)上；移動(dòng)所述主軸的空間位置，使所述絲錐400與工件的攻牙底孔上下對(duì)齊；控制所述主軸進(jìn)行下降，當(dāng)所述絲錐400開(kāi)始對(duì)工件的攻牙底孔進(jìn)行攻牙后，此時(shí)所述主軸停止下降并微略向上提升；所述絲錐400隨主軸的旋轉(zhuǎn)而逐漸沿攻牙底孔的軸向進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)給，以對(duì)攻牙底孔進(jìn)行自適應(yīng)攻牙。

圖12 可彈性伸縮攻絲刀柄攻絲的步驟輔助圖

圖13 可彈性伸縮攻絲刀柄攻絲的步驟輔助圖

需要說(shuō)明的是，由于所述絲錐套本體200與所述刀柄本體100包含止轉(zhuǎn)和軸向活動(dòng)的連接關(guān)系，因此一旦所述絲錐400開(kāi)始對(duì)攻牙底孔進(jìn)行攻牙時(shí)，所述絲錐400便能對(duì)攻牙底孔進(jìn)行自適應(yīng)攻牙，而無(wú)需在攻牙時(shí)進(jìn)行人工進(jìn)給。當(dāng)所述主軸開(kāi)始反轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)所述絲錐400能夠逐漸旋出螺紋孔，并最終實(shí)現(xiàn)絲錐400的退刀。自主研發(fā)的可彈性伸縮攻絲刀柄實(shí)物圖如圖14所示，使用可彈性伸縮攻絲刀柄工作過(guò)程如圖15所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖14 可彈性伸縮攻絲刀柄實(shí)物圖

圖15 使用可彈性伸縮攻絲刀柄工作過(guò)程

通過(guò)可彈性伸縮攻絲刀柄的改進(jìn)后，再組織100 個(gè)具有普通銑床中級(jí)工職業(yè)技能登記證的操作人員，分成10組使用同一批設(shè)備和工具，每人使用兩種方法各攻絲100個(gè)，攻絲圖紙如圖1 所示，成功率為100%。2019 年8 月在俄羅斯喀山舉辦的第45屆世界技能大賽中，綜合機(jī)械與自動(dòng)化項(xiàng)目選手使用了可彈性伸縮攻絲刀柄在普通銑床上進(jìn)行攻絲，螺紋合格率100%，并且效率高，最終獲得金牌，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)參加世界技能大賽綜合機(jī)械與自動(dòng)化項(xiàng)目上金牌零的突破。解決了在普通銑床上傳統(tǒng)攻絲兩種方法存在的問(wèn)題，其具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）柔性攻絲，保證絲錐不被折斷。絲錐安裝在快換柔性攻絲夾頭上，當(dāng)攻絲到達(dá)螺紋盲孔底部或攻絲過(guò)程中阻力超過(guò)快換柔性攻絲夾頭設(shè)置的力時(shí)，連接頭自動(dòng)切斷與絲錐的扭力，保證絲錐不被折斷，提高攻絲可靠性；進(jìn)行不同規(guī)格螺紋攻絲時(shí)，使用不同規(guī)格的柔性攻絲夾頭，可快速安裝、便捷，提高工作效率。（2）無(wú)需普通銑床主軸頭升降，保證攻絲的進(jìn)給穩(wěn)定。攻絲過(guò)程中普通銑床主軸頭不需要進(jìn)行升降，攻絲進(jìn)給由攻絲伸縮桿在刀柄內(nèi)滑動(dòng)完成，且阻力小，保證了攻絲的進(jìn)給穩(wěn)定。（3）主軸換向扭矩傳遞平穩(wěn)。由于安裝了柔性攻絲夾頭，攻絲過(guò)程中主軸換向時(shí)扭矩傳遞平穩(wěn)可靠，避免換向慣性過(guò)大而導(dǎo)致折斷絲錐的現(xiàn)象。（4）可進(jìn)行深孔螺紋的攻絲操作。配合普通銑床工作臺(tái)的升降，可以進(jìn)行深孔螺紋的攻絲操作。（5）提高加工質(zhì)量和效率。杜絕了人為操作不及時(shí)而造成絲錐折斷的現(xiàn)象，降低攻絲操作難度，有效提高加工質(zhì)量和效率。