專用刀具加工攤鋪機分料箱內(nèi)部螺紋

■山推工程機械股份有限公司 （山東濟寧 272023） 張瑞臣 陳天野 李文華 時 賀 劉 偉

攤鋪機是我公司的重要產(chǎn)品，分料箱是攤鋪機的主要大型結(jié)構(gòu)件之一，是攤鋪機上主要的箱體類零件，同時也是整個攤鋪機動力的核心部件，承擔著攤鋪機在攤鋪瀝青過程中將傳遞的動力轉(zhuǎn)化為中央傳動裝置動力和最終傳動裝置動力的作用。分料箱內(nèi)部的隔板螺紋影響著后橋與傳動部分的聯(lián)接強度，一旦攤鋪機攤鋪過程中后橋隔板處螺栓聯(lián)接松動、脫落，會造成整個行走機構(gòu)的損毀，甚至發(fā)生事故。因此如何提高隔板處螺紋的加工質(zhì)量就成了亟待解決的問題。

1. 問題描述

圖1 隔板處螺紋位置

圖2 加長桿

圖3 加長桿安裝結(jié)構(gòu)

隔板處螺紋位置如圖1所示，由于螺紋位置深度大，普通刀桿不夠長，因此必須引入加長桿輔助，加長桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。加長桿直徑在17.5mm以內(nèi)，長度在600mm以上，螺紋加工時加長桿安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示。最初后橋箱隔板處螺紋大部分塞規(guī)檢驗不通，初步認定是攻螺紋時加長桿無法將絲錐提起的原因，造成螺紋加工完成后，絲錐繼續(xù)在孔口邊緣處旋轉(zhuǎn)摩擦，損壞螺紋。因此決定從加工刀具方面，尤其是加長桿的結(jié)構(gòu)方面入手，試驗新的刀具和加工工藝。

2. 設(shè)計方案

針對螺紋不合格的情況，我們對加長桿及連接套的結(jié)構(gòu)進行了更改，設(shè)計了如下幾種方案。

1）方案1：在加長桿及連接套間用布塞緊絲錐，當時試驗2組孔，檢測后螺紋合格，但是使用這種方法在拆卸絲錐時比較困難，因此不適用。

2）方案2：加長桿直柄改為錐柄，同時前端連接套改為快換夾頭，如圖4所示。但是因為攻螺紋時直徑限制的問題，造成加長桿過細，剛攻幾個孔，聯(lián)接處就斷裂，因此不適用。

圖4 直柄改為錐柄的加長桿

3）方案3：自制雙向連接套，如圖5所示。采購的標準萬用連接套質(zhì)量過高，自制的目的是減輕質(zhì)量。制作材料采用廢棄的攻螺紋夾頭，將其從中間車斷后，兩個聯(lián)接在一起，自制套質(zhì)量為標準萬用套的1/3。

圖5 自制雙向連接套

此試驗雖然成功，螺紋檢驗合格，但加工效率很低，單孔加工時間增加了一倍，因此不適用。

4）方案4：參照锪刀及刀桿的結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計了加長桿及連接套，如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了快換聯(lián)接，但因為直徑限制問題，造成整體聯(lián)接處偏細偏薄，使用后斷裂，因此不適用。

圖6 加長桿及連接套

5）方案5：此思路來自于裝配使用的套筒及萬向套頭，套頭一端聯(lián)接絲錐，另一端聯(lián)接方頭，方頭上滾珠卡在套頭內(nèi)部的槽里，結(jié)構(gòu)如圖7所示。這種結(jié)構(gòu)體積小、質(zhì)量輕，同時可以實現(xiàn)絲錐的快速裝卸。此方案是當時車間改善的最終方案，當時改善效果很好，但最后同樣因為直徑限制，導致最終聯(lián)接處斷裂。同時操作人員反映，加工20件后橋之后，絲錐夾緊效果下降，十分不耐用。

圖7 新設(shè)計的加長桿

這些方案歸結(jié)起來都是在最初圖2的加長桿和連接套的基礎(chǔ)上，在內(nèi)部或外部增加了加長桿、連接套及絲錐三者間的夾緊裝置，保證攻螺紋完成后，絲錐可以隨著整體提起，不在螺紋孔口空轉(zhuǎn)。使用改善后的螺紋合格，但使用了很短一段時間后，就出現(xiàn)了桿體斷裂的現(xiàn)象。同時一段時間后，螺紋質(zhì)量出現(xiàn)下降，甚至出現(xiàn)螺紋通規(guī)不止的現(xiàn)象。

想要解決隔板螺紋的問題就要考慮三方面：一是如何穩(wěn)定作用在絲錐上的載荷，防斷、防爛牙；二是如何減小作用在絲錐處的徑向力；三是如何在絲錐夾頭處設(shè)定適合的夾緊力，且拆卸簡單快速。

綜合以上因素，設(shè)計出了加長桿專用的連接套，這種連接套本身使用特殊彈簧結(jié)構(gòu)代替了一般使用摩擦片制動的方式，可以使得制造體積更小。本身具備穩(wěn)定載荷、過載保護、減小加工時徑向抖動及快速夾緊和拆卸的功能。設(shè)計出的連接套結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 最新設(shè)計的加長桿及連接套

3. 工作原理及性能分析

（1）過載保護原理 通過螺紋聯(lián)接的調(diào)節(jié)環(huán)9可以沿螺紋上下移動，從而調(diào)節(jié)壓縮盤8的位置來控制過載調(diào)節(jié)彈簧7的壓縮量。進而調(diào)節(jié)彈簧7對鋼珠6的壓力，即鋼珠對摩擦盤3的壓力，這樣可以調(diào)節(jié)摩擦盤與下方整體結(jié)構(gòu)的預緊力。通過預緊力的大小就可以設(shè)定絲錐攻螺紋時的安全轉(zhuǎn)矩，同時穩(wěn)定攻螺紋時的轉(zhuǎn)矩，從而達到過載保護的效果。如果絲錐所受的切削轉(zhuǎn)矩大于彈簧7對絲錐設(shè)定的極限轉(zhuǎn)矩，則絲錐與除摩擦盤、推力球軸承外所有件組成的系統(tǒng)運動停止，摩擦盤3與鋼珠6脫離，和推力球軸承4的軸圈沿座圈空轉(zhuǎn)。如果遇到恒定的大切削轉(zhuǎn)矩，則將連接套反向旋轉(zhuǎn)退出。如果遇到瞬時的大切削轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)矩消失后，整個系統(tǒng)會回復平衡的運動狀態(tài)，避免絲錐斷裂、爛牙。

（2）絲錐夾緊及徑向力減小原理 徑向力的減小主要類比了攻螺紋夾頭的夾緊部分和液體阻尼器的結(jié)構(gòu)。絲錐的根部塞入方形槽中與鋼珠11接觸，在攻螺紋時如果上方加長桿帶動連接套整體發(fā)生徑向抖動，則抖動產(chǎn)生的徑向力將此方向與絲錐接觸的鋼珠壓入，進而帶動導力軸12向外部移動，同時導力軸12的斜面帶動導力軸13向上移動，進而壓縮彈簧14，這樣就把徑向力轉(zhuǎn)化成了軸向力。同時彈簧14回彈過程中會增大導力軸12對下方的壓力，進而增大摩擦力，持續(xù)耗能。這種結(jié)構(gòu)同樣也對絲錐提供了夾緊力，使絲錐與連接套配合更緊密。

4. 實際應(yīng)用效果

設(shè)計連接套使用方式如圖9所示，直接與加長桿聯(lián)接使用。相當于把圖10的連接套功能和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使得攻螺紋時連接套具有過載保護等功能。使用圖11所示的連接套時需要先確定極限轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)連接套的調(diào)節(jié)環(huán)的旋深，繼而調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量。

此連接套相對于一般的過載保護機構(gòu)，整體的機構(gòu)采用彈簧與鋼珠等組件進行差速制動，而非直接使用摩擦片等直接接觸的方式進行差速制動，有效地縮小了連接套的體積，保證了唯一性。同時使用滾動摩擦代替滑動摩擦，有效地減小了機構(gòu)的損耗。整體采用彈簧壓縮的方式控制連接套極限載荷的大小，調(diào)節(jié)方便，同時調(diào)節(jié)范圍更大。

如果使用原有的加長桿和連接套進行加工，因為兩者與絲錐的聯(lián)接間隙較大，會導致螺紋加工時抖動嚴重，造成螺紋不通或不止。同時因為加長桿、連接套及絲錐整體為剛性聯(lián)接，如果遇到工件上的加工硬點，容易造成斷錐、爛牙等。而使用改善后的連接套，會在遇到加工硬點時對絲錐過載保護，減小攻螺紋時作用在絲錐上的徑向抖動，同時配有夾緊裝置使絲錐與連接套配合更緊密。這樣最大限度地提高了絲錐的使用壽命，同時攻螺紋時載荷更平穩(wěn)，提高了螺紋的加工質(zhì)量，一次交檢合格率達100%。

圖9 連接套使用方式

圖10 原連接套使用方式

5. 推廣應(yīng)用

SRP95攤鋪機分料箱的隔板處螺紋加工使用新設(shè)計的連接套后，在現(xiàn)場使用螺紋塞規(guī)檢驗12臺攤鋪機，隔板處螺紋全部合格，杜絕了因隔板螺紋質(zhì)量問題造成的整機質(zhì)量隱患。預計單件節(jié)省螺紋返修工時6h，年節(jié)約維修及客戶索賠等金額約120萬元。該加工工藝可應(yīng)用于銑刨機的銑刨倉、推土機的后橋箱的箱體類零件的螺紋加工。