數(shù)顯定尺寸自動(dòng)返回螺紋工裝設(shè)計(jì)制作

袁功宙

（江蘇省溧陽(yáng)中等專業(yè)學(xué)校，江蘇常州 213300）

0 引言

原螺紋加工工裝每套只能限制規(guī)定的尺寸，針對(duì)不同規(guī)格的螺紋必需分別制作不同工裝，生產(chǎn)加工的成本較高。針對(duì)上述問(wèn)題，江蘇省溧陽(yáng)中等專業(yè)學(xué)校機(jī)電實(shí)訓(xùn)基地受企業(yè)委托為小螺距螺紋加工生產(chǎn)線設(shè)計(jì)制作了10 套組合工裝。

組合工裝自2022 年9 月投入生產(chǎn)，得到工人師傅的一致好評(píng)。新型工裝大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并解決了批量加工螺紋有效長(zhǎng)度不達(dá)標(biāo)的難題。本次工裝升級(jí)改造使螺紋加工生產(chǎn)線的產(chǎn)能大幅提升，為企業(yè)創(chuàng)造更高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了工裝的設(shè)計(jì)目的。

1 定尺寸螺紋加工工裝的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）使螺紋長(zhǎng)度尺寸得到保證。螺紋加工到規(guī)定尺寸后，裝置能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)返回，不需要工人時(shí)刻緊盯工件的加工狀態(tài)，手動(dòng)控制機(jī)器啟停。

（2）降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。工人由操縱機(jī)器變?yōu)榭刂瓢粹o，工人不需要長(zhǎng)時(shí)間彎腰操作，大部分時(shí)間只需坐著觀察機(jī)器的工作狀態(tài)。

（3）降低工裝制作成本。不同規(guī)格螺紋的套絲、攻絲工裝可以共用一個(gè)中間滑套和錐柄，不再需要多種規(guī)格螺紋的套絲、攻絲組合工裝。以套絲為例，使用原套絲工具加工M8～M22 的7 種規(guī)格螺紋，需分別制作5 套套絲工裝。新的螺紋工裝共用一個(gè)中間滑套連接體和錐柄，只需更換套絲工裝上不同規(guī)格的板牙，節(jié)省了工裝制作成本和更換工裝耗費(fèi)的時(shí)間，大幅提高了加工效率。

改造前的螺紋加工工裝（套絲、攻絲）如圖1 所示，本文設(shè)計(jì)的數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝如圖2 所示。

圖1 改造前的螺紋加工工裝

圖2 數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝

2 數(shù)顯定尺寸自動(dòng)返回螺紋加工裝置設(shè)計(jì)

（1）錐柄設(shè)計(jì)如圖3 所示。錐柄是螺紋工裝的基礎(chǔ)件之一，用于安裝定尺寸自動(dòng)返回螺紋工裝各個(gè)零部件的重要部件。錐柄前端的Φ20 mm 光軸用來(lái)安裝中間滑套與莫氏5#錐柄光軸，采用孔與軸配合連接（間隙配合）。

圖3 錐柄設(shè)計(jì)

（2）中間滑套設(shè)計(jì)如圖4 所示。中間滑套加工成長(zhǎng)方體，在上面加工寬度為20 mm，長(zhǎng)度為105 mm 的導(dǎo)向槽，用來(lái)安裝接近開(kāi)關(guān)滑動(dòng)支架。在中間滑套右側(cè)面用M5 螺釘連接、固定接近開(kāi)關(guān)底座，并保證底座與中間滑套內(nèi)矩形槽一定間隙。

圖4 中間滑套設(shè)計(jì)

（3）接近開(kāi)關(guān)滑動(dòng)支架設(shè)計(jì)如圖5 所示。接近開(kāi)關(guān)滑動(dòng)支架上端的Φ12×12.7 mm 圓柱孔用來(lái)安裝接近開(kāi)關(guān)。此滑動(dòng)支架上端的圓柱孔與接近開(kāi)關(guān)是間隙配合，用2 個(gè)六邊形螺母將接近開(kāi)關(guān)固定在滑動(dòng)支架上。支架與接近開(kāi)關(guān)組裝成一體，配合接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)塊，用來(lái)設(shè)定零件加工長(zhǎng)度尺寸。當(dāng)螺紋工裝在加工過(guò)程中達(dá)到設(shè)定尺寸后，接近開(kāi)關(guān)發(fā)出電信號(hào)到控制箱，電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動(dòng)返回。

圖5 支架設(shè)計(jì)

（4）外螺紋套絲工裝組合體工裝設(shè)計(jì)如圖6 所示。套絲工裝組合體根據(jù)所加工螺紋零件的不同規(guī)格，可以搭配多種規(guī)格的板牙套，主要用于安裝不同規(guī)格的套絲工具。本文設(shè)計(jì)了用于加工M8～M22 7 種規(guī)格螺紋的5 套套絲工裝組合體，它們共用1 個(gè)中間滑套，加工不同規(guī)格的螺紋時(shí)只需更換套絲工裝合體。套絲工裝組合體與中間滑套左端連接方式是M30×1.5 mm 內(nèi)、外螺紋連接。

圖6 套絲工裝

（5）螺紋工裝電源控制箱電路接線如圖7 所示。螺紋加工設(shè)備是由接近報(bào)廢的C6136、CA6140 型車床改造而來(lái)的，控制箱電路采用的是電機(jī)正、反轉(zhuǎn)電路。原始工裝的正、反轉(zhuǎn)控制需要人工操作來(lái)完成，生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、螺紋長(zhǎng)度誤差較大、產(chǎn)品報(bào)廢率較高，導(dǎo)致產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益不高。改進(jìn)后的螺紋工裝可以通過(guò)設(shè)定加工長(zhǎng)度，在螺紋加工到達(dá)設(shè)定尺寸后，由接近開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)給控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動(dòng)返回。不再需要工人時(shí)刻緊盯螺紋工裝是否到劃線位置，手動(dòng)控制車床電機(jī)反轉(zhuǎn)來(lái)完成螺紋加工，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖7 控制箱電路圖

3 工作原理

通過(guò)位移傳感器與顯示屏設(shè)定、控制加工長(zhǎng)度尺寸（設(shè)定精度可達(dá)0.01 mm），通過(guò)微調(diào)接近開(kāi)關(guān)與固定感應(yīng)塊之間的距離控制電機(jī)反轉(zhuǎn)動(dòng)作信號(hào)。啟動(dòng)車床，主軸正轉(zhuǎn)，當(dāng)螺紋刀具接觸工件時(shí)，帶動(dòng)中間滑套向前移動(dòng)。當(dāng)螺紋長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度時(shí)，接近開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)到控制箱，電機(jī)反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動(dòng)退出，完成螺紋加工。如此，螺紋的加工長(zhǎng)度得到了保證，通過(guò)抽檢，長(zhǎng)度誤差控制在±0.5 mm 之內(nèi)，完全滿足質(zhì)量要求。

4 操作步驟

（1）移動(dòng)中間滑套，使位移傳感器與感應(yīng)塊位移量小于1 mm，然后在顯示屏上清零。

（2）繼續(xù)移動(dòng)中間滑套，觀察顯示屏上讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)與圖紙規(guī)定的長(zhǎng)度一致或在長(zhǎng)度公差允許范圍內(nèi)時(shí)，鎖緊中間滑套右側(cè)的螺桿來(lái)固定中間滑套與錐柄上的滑動(dòng)軸。

（3）調(diào)整接近開(kāi)關(guān)支架與感應(yīng)塊之間的位置，當(dāng)聽(tīng)到控制電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器動(dòng)作的聲音或看到控制箱上的反轉(zhuǎn)指示燈亮起時(shí)，說(shuō)明長(zhǎng)度位置已調(diào)整好。

（4）松開(kāi)中間滑套右側(cè)面上的鎖緊螺桿。

（5）啟動(dòng)控制箱上的啟動(dòng)按鈕，工人手搖尾座手輪，讓螺紋加工刀具與工件接觸。到達(dá)設(shè)定的尺寸后，接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，主軸反轉(zhuǎn)，螺紋刀具退出，工人按下停止按鈕，主軸停止，螺紋工件加工完成。螺紋加工中的工件裝夾全部由氣夾頭裝置來(lái)完成。

5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）采用KTR 位移傳感器設(shè)定、控制加工長(zhǎng)度，控制精度為0.01 mm，精度較高。原螺紋工裝長(zhǎng)度靠劃線痕控制，精度極低。

（2）原螺紋工裝長(zhǎng)度控制需要人眼觀察，到達(dá)長(zhǎng)度尺寸后，人工操作車床主軸反轉(zhuǎn)，使螺紋工裝退出。工人需要時(shí)刻集中精神，很容易疲勞，且產(chǎn)品報(bào)廢率高。使用本文設(shè)計(jì)的數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝，加工長(zhǎng)度到達(dá)預(yù)設(shè)尺寸后，接近開(kāi)關(guān)發(fā)出指令到控制箱，控制車床主軸反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動(dòng)退出，不需要人工干預(yù)操作車床，大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度同時(shí)極大地提高了加工精度。

（3）通過(guò)電源控制箱上的數(shù)顯裝置配合位移傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控螺紋加工的實(shí)際長(zhǎng)度，如果出現(xiàn)超差等異常情況，可以第一時(shí)間調(diào)整、重新設(shè)定尺寸，將質(zhì)量隱患消除在萌芽狀態(tài)。

6 總結(jié)

數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝能夠使螺紋加工長(zhǎng)度得到精準(zhǔn)控制，大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工產(chǎn)能。運(yùn)用位移傳感器、接近開(kāi)關(guān)與感應(yīng)塊間的配合設(shè)定參數(shù)，精準(zhǔn)控制螺紋加工長(zhǎng)度，能將誤差控制在±0.5 mm 之內(nèi)，使加工質(zhì)量得到保證。通過(guò)控制箱與傳感器配合控制工裝進(jìn)退，解決了工人長(zhǎng)時(shí)間彎著腰操作的工作的難題，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使產(chǎn)能提高20%以上。升級(jí)后的螺紋工裝，將螺紋長(zhǎng)度超差造成的報(bào)廢率控制在3%以內(nèi)。