劉磊，史仁貴，屈嬋嬋

西安煤礦機(jī)械有限公司 陜西西安 710200

1 序言

掘錨一體機(jī)是為煤礦綜采及高檔普采工作面巷道掘錨服務(wù)的機(jī)械設(shè)備。該機(jī)適應(yīng)煤礦長壁開采工藝的需要，可實(shí)現(xiàn)巷道一次成形；可配備后配套錨護(hù)運(yùn)輸設(shè)備使用，實(shí)現(xiàn)連截割面的及時(shí)支護(hù)和截割物料的連續(xù)運(yùn)輸，真正實(shí)現(xiàn)掘錨同步，在很大程度上提高了勞動(dòng)效率，具有整機(jī)噸位大、掘錨同步、切割硬度高、截齒損耗小、操作方便及穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

截割部作為掘錨一體機(jī)的執(zhí)行單元，其質(zhì)量好壞直接影響整機(jī)運(yùn)行的可靠性。截割部由截割減速器和截割臂組成，使用螺紋銷進(jìn)行緊固聯(lián)接，其聯(lián)接部位如圖1所示，為保證聯(lián)接強(qiáng)度及精度，螺紋孔設(shè)計(jì)的深度較深，且螺紋孔外使用銷孔聯(lián)接以保證聯(lián)接精度。在滿足設(shè)計(jì)和使用要求的前提下，通過設(shè)計(jì)一種特殊刀具和優(yōu)化工藝方法來完成該類型工件的加工。

圖1 截割部聯(lián)接部位

2 工藝方案分析

該掘錨一體機(jī)截割減速器主殼體螺紋銷聯(lián)接處結(jié)構(gòu)如圖2所示，8個(gè)M42、8個(gè)M45螺紋底孔深298mm，螺紋有效深度80mm，長徑比達(dá)6～7，孔口銷孔φ47H7、φ50H7深200mm。

螺紋孔加工方法一般分為兩種，一種使用絲錐攻螺紋，另一種使用螺紋銑刀銑削加工。

（1）使用絲錐攻螺紋 由于加工過程中參與切削的切削刃較長，與工件表面的摩擦力較大，因此轉(zhuǎn)矩較大，而絲錐斷面強(qiáng)度較小，很容易因排屑不暢、剛性不足等原因造成絲錐折斷或螺紋掉牙等缺陷，又因該工件螺紋孔較深，標(biāo)準(zhǔn)絲錐無法滿足加工需求，需專門定制加長絲錐，其缺點(diǎn)更加凸顯，且開發(fā)周期長，加工難度大，存在一定風(fēng)險(xiǎn)[1]。

（2）使用螺紋銑刀銑削加工 配合機(jī)床內(nèi)冷卻系統(tǒng)，可以獲得較大的切削空間，確保排屑通暢；吃刀量可根據(jù)機(jī)床編程控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高質(zhì)量的螺紋孔加工，切削過程穩(wěn)定可靠；加工效率遠(yuǎn)高于絲錐；銑出的螺紋表面質(zhì)量好；萬一發(fā)生折斷故障也容易取出，不會(huì)導(dǎo)致工件損傷等[2]。

因此，確定該螺紋孔工藝方案為使用特制螺紋銑刀銑削加工完成[3]。

圖2 截割減速器主殼體螺紋銷聯(lián)接處結(jié)構(gòu)

3 刀具設(shè)計(jì)

工件材質(zhì)為鑄鋼，熱處理硬度為2 4 0～280HBW。由于待加工的8個(gè)M42、8個(gè)M45螺紋內(nèi)徑尺寸相近且螺距均為4.5mm，因此只需設(shè)計(jì)一種專用加長螺紋銑刀即可滿足該零件的螺紋孔加工，同時(shí)考慮該螺紋加工刀具的使用可靠性和通用性，設(shè)計(jì)螺紋銑刀結(jié)構(gòu)如圖3所示，可滿足加工質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)制造成本低及開發(fā)周期短的需求。

螺紋銑刀特點(diǎn)如下。

1）為保證加工中刀具的強(qiáng)度要求，材料選用整體硬質(zhì)合金材質(zhì)[4]。

2）為降低加工中的切削量，減少讓刀，刀片選用單齒切削，裝2個(gè)刀片[5]。

圖3 螺紋銑刀結(jié)構(gòu)

3）刀體采用臺階式結(jié)構(gòu)，在滿足加工要求的前提下，最大限度地增加強(qiáng)度。

4）該刀體的裝刀外徑φ36mm是根據(jù)M42螺紋的底孔φ37.5mm設(shè)計(jì)而確定的，為滿足銑削最大螺距可達(dá)6mm的要求，刀體前端直徑設(shè)計(jì)為29.5mm。

5）前端φ29.5mm長100mm，保證螺紋有效深度滿足設(shè)計(jì)要求。

6）中端φ39mm長200mm，保證有足夠空間避讓銷孔并保證螺紋銑削中排屑效果。

7）尾部φ40h6長70m m，與刀柄進(jìn)行緊固聯(lián)接，保證裝夾剛性。

8）采用彈簧夾頭式裝夾，確保裝夾精度。

9）刀體內(nèi)設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，以保證螺紋銑削中切屑順利排出。

螺紋銑刀實(shí)物如圖4所示。

圖4 螺紋銑刀實(shí)物

4 加工過程

因該工件為大型殼體類零件，所以工藝安排在數(shù)控臥式鏜銑加工中心上鉆、鏜、銑一次加工完成，螺紋銑削過程如圖5所示。

圖5 螺紋銑削過程

具體工藝過程如下。

（1）預(yù)鉆底孔 使用麻花鉆分別鉆M42、M45底孔成φ37.2mm、φ40.2mm。

（2）粗鏜銷孔 分別擴(kuò)、粗鏜銷孔φ47H7、φ50H7成φ46.8mm、φ49.8mm。

（3）精鏜底孔 使用加長鏜刀分別將所鉆底孔鏜成φ37.5+0.20+0.15mm、φ40.5+0.20+0.15mm。

（4）螺紋銑削 使用設(shè)計(jì)的專用螺紋銑刀銑削螺紋，采用螺紋加工程序進(jìn)行多次銑削加工，并使用塞規(guī)適時(shí)對螺紋進(jìn)行檢測。

（5）精鏜銷孔 分別精鏜φ47H7、φ50H7深200mm銷孔至成品尺寸。

經(jīng)試切、優(yōu)化切削參數(shù)[6]，主軸轉(zhuǎn)速n設(shè)定為650r/min，進(jìn)給速度vf設(shè)定為1000mm/min，吃刀量0.2～0.4mm。

經(jīng)檢測，螺紋及銷孔的加工均滿足設(shè)計(jì)和使用要求。加工效果如圖6所示。

圖6 加工效果

5 結(jié)束語

通過對一種深螺紋孔的工藝研究，分析攻螺紋與銑削兩種加工方法的優(yōu)勢與缺點(diǎn)。確定螺紋銑削工藝方案，設(shè)計(jì)定做專用的加長螺紋銑刀，安排科學(xué)合理的工藝過程。通過對螺紋銑削參數(shù)的工藝試驗(yàn)和優(yōu)化調(diào)整，保證了深螺紋孔的尺寸精度，獲得了良好的表面質(zhì)量，為今后深螺紋孔的數(shù)控銑削加工提供了刀具設(shè)計(jì)方案和加工方法。