專用刀具加工攤鋪機分料箱內部螺紋

■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品，分料箱是攤鋪機的主要大型結構件之一，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。分料箱內部的隔板螺紋影響著后橋與傳動部分的聯接強度，一旦攤鋪機攤鋪過程中后橋隔板處螺栓聯接松動、脫落，會造成整個行走機構的損毀，甚至發生事故。因此如何提高隔板處螺紋的加工質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 加長桿安裝結構

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，加長桿結構如圖2所示。加長桿直徑在17.5mm以內，長度在600mm以上，螺紋加工時加長桿安裝結構如圖3所示。最初后橋箱隔板處螺紋大部分塞規檢驗不通，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，絲錐繼續在孔口邊緣處旋轉摩擦，損壞螺紋。因此決定從加工刀具方面，尤其是加長桿的結構方面入手，試驗新的刀具和加工工藝。

2. 設計方案

針對螺紋不合格的情況，我們對加長桿及連接套的結構進行了更改，設計了如下幾種方案。

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量過高，自制的目的是減輕質量。制作材料采用廢棄的攻螺紋夾頭，將其從中間車斷后，兩個聯接在一起，自制套質量為標準萬用套的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構，重新設計了加長桿及連接套，如圖6所示。這種結構實現了快換聯接，但因為直徑限制問題，造成整體聯接處偏細偏薄，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，套頭一端聯接絲錐，另一端聯接方頭，方頭上滾珠卡在套頭內部的槽里，結構如圖7所示。這種結構體積小、質量輕，同時可以實現絲錐的快速裝卸。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 新設計的加長桿

這些方案歸結起來都是在最初圖2的加長桿和連接套的基礎上，在內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。使用改善后的螺紋合格，但使用了很短一段時間后，就出現了桿體斷裂的現象。同時一段時間后，螺紋質量出現下降，甚至出現螺紋通規不止的現象。

想要解決隔板螺紋的問題就要考慮三方面：一是如何穩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定適合的夾緊力，且拆卸簡單快速。

綜合以上因素，設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構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。設計出的連接套結構如圖8所示。

圖8 最新設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 通過螺紋聯接的調節環9可以沿螺紋上下移動，從而調節壓縮盤8的位置來控制過載調節彈簧7的壓縮量。進而調節彈簧7對鋼珠6的壓力，即鋼珠對摩擦盤3的壓力，這樣可以調節摩擦盤與下方整體結構的預緊力。通過預緊力的大小就可以設定絲錐攻螺紋時的安全轉矩，同時穩定攻螺紋時的轉矩，從而達到過載保護的效果。如果絲錐所受的切削轉矩大于彈簧7對絲錐設定的極限轉矩，則絲錐與除摩擦盤、推力球軸承外所有件組成的系統運動停止，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。如果遇到恒定的大切削轉矩，則將連接套反向旋轉退出。如果遇到瞬時的大切削轉矩，則轉矩消失后，整個系統會回復平衡的運動狀態，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構。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生徑向抖動，則抖動產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，持續耗能。這種結構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. 實際應用效果

設計連接套使用方式如圖9所示，直接與加長桿聯接使用。相當于把圖10的連接套功能和結構進行優化，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矩，通過調節連接套的調節環的旋深，繼而調節彈簧的壓縮量。

此連接套相對于一般的過載保護機構，整體的機構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，調節方便，同時調節范圍更大。

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，提高了螺紋的加工質量，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. 推廣應用

SRP95攤鋪機分料箱的隔板處螺紋加工使用新設計的連接套后，在現場使用螺紋塞規檢驗12臺攤鋪機，隔板處螺紋全部合格，杜絕了因隔板螺紋質量問題造成的整機質量隱患。預計單件節省螺紋返修工時6h，年節約維修及客戶索賠等金額約120萬元。該加工工藝可應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。