专用刀具加工摊铺机分料箱内部螺纹
☞ 这是金属加工（mw1950pub）发布的第 篇文章
编者按
分析了摊铺机分料箱内部螺纹加工过程中，因使用辅助加长杆造成的刚性差等一系列问题，通过分析原因，设计制作了专用的加工刀具。通过使用新的加工工艺，改善了该箱体类工件内部螺纹的加工质量。
摊铺机是我公司的重要产品，分料箱是摊铺机的主要大型结构件之一，是摊铺机上主要的箱体类零件，同时也是整个摊铺机动力的核心部件，承担着摊铺机在摊铺沥青过程中将传递的动力转化为中央传动装置动力和最终传动装置动力的作用。分料箱内部的隔板螺纹影响着后桥与传动部分的联接强度，一旦摊铺机摊铺过程中后桥隔板处螺栓联接松动、脱落，会造成整个行走机构的损毁，甚至发生事故。因此如何提高隔板处螺纹的加工质量就成了亟待解决的问题。
1. 问题描述
隔板处螺纹位置如图1所示，由于螺纹位置深度大，普通刀杆不够长，因此必须引入加长杆辅助，加长杆结构如图2所示。加长杆直径在17.5mm以内，长度在600mm以上，螺纹加工时加长杆安装结构如图3所示。最初后桥箱隔板处螺纹大部分塞规检验不通，初步认定是攻螺纹时加长杆无法将丝锥提起的原因，造成螺纹加工完成后，丝锥继续在孔口边缘处旋转摩擦，损坏螺纹。因此决定从加工刀具方面，尤其是加长杆的结构方面入手，试验新的刀具和加工工艺。
图1 隔板处螺纹位置
图2 加长杆
图3 加长杆安装结构
2. 设计方案
针对螺纹不合格的情况，我们对加长杆及连接套的结构进行了更改，设计了如下几种方案。
1）方案1：在加长杆及连接套间用布塞紧丝锥，当时试验2组孔，检测后螺纹合格，但是使用这种方法在拆卸丝锥时比较困难，因此不适用。
2）方案2：加长杆直柄改为锥柄，同时前端连接套改为快换夹头，如图4所示。但是因为攻螺纹时直径限制的问题，造成加长杆过细，刚攻几个孔，联接处就断裂，因此不适用。
图4 直柄改为锥柄的加长杆
3）方案3：自制双向连接套，如图5所示。采购的标准万用连接套质量过高，自制的目的是减轻质量。制作材料采用废弃的攻螺纹夹头，将其从中间车断后，两个联接在一起，自制套质量为标准万用套的1/3。此试验虽然成功，螺纹检验合格，但加工效率很低，单孔加工时间增加了一倍，因此不适用。
图5 自制双向连接套
4）方案4：参照锪刀及刀杆的结构，重新设计了加长杆及连接套，如图6所示。这种结构实现了快换联接，但因为直径限制问题，造成整体联接处偏细偏薄，使用后断裂，因此不适用。
图6 加长杆及连接套
5）方案5：此思路来自于装配使用的套筒及万向套头，套头一端联接丝锥，另一端联接方头，方头上滚珠卡在套头内部的槽里，结构如图7所示。这种结构体积小、质量轻，同时可以实现丝锥的快速装卸。此方案是当时车间改善的最终方案，当时改善效果很好，但最后同样因为直径限制，导致最终联接处断裂。同时操作人员反映，加工20件后桥之后，丝锥夹紧效果下降，十分不耐用。
图7 新设计的加长杆
这些方案归结起来都是在最初图2的加长杆和连接套的基础上，在内部或外部增加了加长杆、连接套及丝锥三者间的夹紧装置，保证攻螺纹完成后，丝锥可以随着整体提起，不在螺纹孔口空转。使用改善后的螺纹合格，但使用了很短一段时间后，就出现了杆体断裂的现象。同时一段时间后，螺纹质量出现下降，甚至出现螺纹通规不止的现象。
想要解决隔板螺纹的问题就要考虑三方面：一是如何稳定作用在丝锥上的载荷，防断、防烂牙；二是如何减小作用在丝锥处的径向力；三是如何在丝锥夹头处设定适合的夹紧力，且拆卸简单快速。
综合以上因素，设计出了加长杆专用的连接套，这种连接套本身使用特殊弹簧结构代替了一般使用摩擦片制动的方式，可以使得制造体积更小。本身具备稳定载荷、过载保护、减小加工时径向抖动及快速夹紧和拆卸的功能。设计出的连接套结构如图8所示。
图8 最新设计的加长杆及连接套
3. 工作原理及性能分析
（1）过载保护原理 通过螺纹联接的调节环9可以沿螺纹上下移动，从而调节压缩盘8的位置来控制过载调节弹簧7的压缩量。进而调节弹簧7对钢珠6的压力，即钢珠对摩擦盘3的压力，这样可以调节摩擦盘与下方整体结构的预紧力。通过预紧力的大小就可以设定丝锥攻螺纹时的安全转矩，同时稳定攻螺纹时的转矩，从而达到过载保护的效果。如果丝锥所受的切削转矩大于弹簧7对丝锥设定的极限转矩，则丝锥与除摩擦盘、推力球轴承外所有件组成的系统运动停止，摩擦盘3与钢珠6脱离，和推力球轴承4的轴圈沿座圈空转。如果遇到恒定的大切削转矩，则将连接套反向旋转退出。如果遇到瞬时的大切削转矩，则转矩消失后，整个系统会回复平衡的运动状态，避免丝锥断裂、烂牙。
（2）丝锥夹紧及径向力减小原理 径向力的减小主要类比了攻螺纹夹头的夹紧部分和液体阻尼器的结构。丝锥的根部塞入方形槽中与钢珠11接触，在攻螺纹时如果上方加长杆带动连接套整体发生径向抖动，则抖动产生的径向力将此方向与丝锥接触的钢珠压入，进而带动导力轴12向外部移动，同时导力轴12的斜面带动导力轴13向上移动，进而压缩弹簧14，这样就把径向力转化成了轴向力。同时弹簧14回弹过程中会增大导力轴12对下方的压力，进而增大摩擦力，持续耗能。这种结构同样也对丝锥提供了夹紧力，使丝锥与连接套配合更紧密。
4. 实际应用效果
设计连接套使用方式如图9所示，直接与加长杆联接使用。相当于把图10的连接套功能和结构进行优化，使得攻螺纹时连接套具有过载保护等功能。使用图11所示的连接套时需要先确定极限转矩，通过调节连接套的调节环的旋深，继而调节弹簧的压缩量。
图9 连接套使用方式
1—丝锥 2—连接套 3—加长杆
图10 原连接套使用方式
1—丝锥 2—过载保护连接套 3—加长杆
图11 连接套
此连接套相对于一般的过载保护机构，整体的机构采用弹簧与钢珠等组件进行差速制动，而非直接使用摩擦片等直接接触的方式进行差速制动，有效地缩小了连接套的体积，保证了唯一性。同时使用滚动摩擦代替滑动摩擦，有效地减小了机构的损耗。整体采用弹簧压缩的方式控制连接套极限载荷的大小，调节方便，同时调节范围更大。
如果使用原有的加长杆和连接套进行加工，因为两者与丝锥的联接间隙较大，会导致螺纹加工时抖动严重，造成螺纹不通或不止。同时因为加长杆、连接套及丝锥整体为刚性联接，如果遇到工件上的加工硬点，容易造成断锥、烂牙等。而使用改善后的连接套，会在遇到加工硬点时对丝锥过载保护，减小攻螺纹时作用在丝锥上的径向动，同时配有夹紧装置使丝锥与连接套配合更紧密。这样最大限度地提高了丝锥的使用寿命，同时攻螺纹时载荷更平稳，提高了螺纹的加工质量，一次交检合格率达100%。
5. 推广应用
SRP95摊铺机分料箱的隔板处螺纹加工使用新设计的连接套后，在现场使用螺纹塞规检验12台摊铺机，隔板处螺纹全部合格，杜绝了因隔板螺纹质量问题造成的整机质量隐患。预计单件节省螺纹返修工时6h，年节约维修及客户索赔等金额约120万元。该加工工艺可应用于铣刨机的铣刨仓、推土机的后桥箱的箱体类零件的螺纹加工。