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普通銑床用可彈性伸縮攻絲刀柄的改進(jìn)

2020-10-26 09:00陳建立溫樹彬張國華
機(jī)電工程技術(shù) 2020年9期
關(guān)鍵詞:絲錐攻絲銑床

陳建立,溫樹彬,張國華

(廣東省機(jī)械技師學(xué)院,廣州 510450)

0 引言

世界技能大賽(簡稱“世賽”)是由世界技能組織舉辦的國際技能界的頂尖賽事,是世界各國和地區(qū)技能展示交流的平臺(tái),被稱為“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。

制造與工程技術(shù)類的綜合機(jī)械與自動(dòng)化項(xiàng)目需要使用普通車床和普通銑床完成一套裝置的加工和裝配,最后通過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)練考核或競賽考核中,由于攻絲不合格導(dǎo)致該部分丟分嚴(yán)重。市場上在銷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)控車床上,這些類型的伸縮攻絲刀柄并不適合技能大賽上的零件、場合使用。為了解決這些問題,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,手工攻絲工作過程如圖4 所示,機(jī)床攻絲工作過程如圖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)主軸頭升降來完成攻絲的操作過程。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)量較差等問題。機(jī)床攻絲絲錐折斷圖如圖8所示,止規(guī)檢測螺紋不合格圖如圖9所示。

圖1 攻絲測試板圖

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 手工攻絲工作過程圖

圖5 機(jī)床攻絲工作過程圖

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)檢測螺紋不合格圖

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)總結(jié)分析,產(chǎn)生問題的主要原因有以下幾點(diǎn):(1)攻絲過程中由于鐵屑堵塞、潤滑不到位等,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)主軸頭升降來完成絲錐進(jìn)給過程,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,必須解決攻絲這一難題。針對(duì)上述問題,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]。可彈性伸縮攻絲刀柄[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,而無需在攻牙時(shí)進(jìn)行人工進(jìn)給。當(dāng)所述主軸開始反轉(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程如圖15所示。

4 結(jié)束語

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程

通過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程中阻力超過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)無需普通銑床主軸頭升降,保證攻絲的進(jìn)給穩(wěn)定。攻絲過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,攻絲過程中主軸換向時(shí)扭矩傳遞平穩(wěn)可靠,避免換向慣性過大而導(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。

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