礦用小規格E 型螺栓數控車床加工工藝研究

劉 青，劉海江，劉 彪

（中煤張家口煤礦機械有限責任公司；河北省高端智能礦山裝備技術創新中心，河北 張家口 076250）

0 引言

刮板鏈是刮板輸送機中重要的部件之一，刮板鏈主要采用連接螺栓將刮板、鏈條連接、緊固在一起，通過傳動系統帶動刮板鏈連續運轉從而完成煤炭輸送的任務。為了保證刮板鏈具有可靠的連接結構，滿足刮板輸送機高產、高效率輸送煤炭，需要使用特殊的“E 型或U 型”結構形狀的螺栓進行刮板鏈的連接。隨著刮板機系列化、標準化的設計制造生產，中心距120mm 和140mm 的兩種E 型螺栓，成為大批量生產的標準零件，為保證產品配套需求，必須采用一種高效率、高質量、高安全性的加工方法。

1 E 型螺栓國內加工技術現狀

1.1 普通車床頂尖裝夾工藝

工藝方法如下：在車削時，用固定頂尖、活頂尖定位及夾緊，螺栓隨主軸旋，按車床加工螺紋原理完成E型螺栓外螺紋的加工。

工藝流程如下：銑E 型螺栓底面-銑3-M24 螺栓頭上平面-臺鉆、專用工裝鉆3-M24 螺栓上A3 中心孔-以中心孔（雙面）頂尖定位緊固、限位塊反向限位分3 次裝夾車3-M24 外園及螺紋[1]。

此工藝方法優點是裝夾簡便，螺紋加工效率高。

此工藝方法缺點如下：①工序繁雜。②由于鍛件毛坯允許產生的錯差、飛刺等因素的影響很容易造成中心孔的偏移和中心孔軸線與M24 螺栓軸線不重合或不垂直的現象產生，造成車削后的3-M24 螺栓與鍛件毛坯的螺桿軸線不重合，產生錯移或偏差過大，個別的還產生毛坯車不起來的現象，由此產生的廢品損失年均約1.5%左右，廢品率高。③用固定頂尖、活頂尖定位及夾緊，在加工過程中易出現頂尖斷裂、工件飛出的事故，存在較大安全隱患。④受操作水平、偏重等影響大，螺紋精度極低。

1.2 普通車床專用工裝裝夾工藝

工藝方法如下：E 型螺栓用專用工裝定位及夾緊，工裝安裝在主軸上，按車床加工螺紋原理完成E 型螺栓外螺紋的加工[2]。

另一種方式是將E 型螺栓用專用工裝定位及夾緊，工裝安裝在中拖板上，按車床加工螺紋原理完成E型螺栓外螺紋的加工。

工藝流程如下：E 型螺栓裝夾在專用工裝上-車削E 型螺栓中間的螺柱端面、外圓及螺紋-移動滑板或導軌，夾緊-車削E 型螺栓兩端的螺柱端面、外圓及螺紋。

此工藝方法優點如下：①裝夾定位精度高。②簡化了加工工序，提高了生產效率。③提高了生產安全性。④減少了因鍛造產生錯差而出現的廢品損失。

此工藝方法缺點如下：受機床、操作水平、偏重等影響大，螺紋精度低。

1.3 搖臂鉆床裝夾采用圓梳刀加工工藝

工藝方法如下：E 型螺栓裝夾在鉆床工作臺上，用旋轉式螺紋圓梳刀完成E 型螺栓外螺紋的加工[3]。

工藝流程如下：E 型螺栓裝夾在鉆床工作臺上-套刀加工E 型螺栓的各螺柱端面、外圓-用圓梳刀梳齒加工E 型螺栓的各螺柱外螺紋。

此工藝方法優點是：生產效率高，操作安全。

此工藝方法缺點如下：①刀具刃磨要求高，需技術工人操作，使用的四把刀需一次裝夾，同時磨出切削參數。②操作復雜，圓梳刀新刀不能直接使用，其幾何參數由操作者磨成，且刀具的參數隨著切削材料的不同有變動。③刀具壽命低。④廢品率高，由于在加工E 型螺栓外螺紋時，四把刀中只要有一把磨損嚴重或崩刃，就易出現亂扣造成廢品，切削材料硬度有變化時也易出現廢品，在新刀使用時為確定合理的幾何參數，易出現廢品。

1.4 立式加工中心銑削外螺紋工藝

工藝方法是在立式加工中心上用專用工裝將工件固定在工作臺上，用系列外園套刀將各螺栓外圓加工成形，運用內螺紋銑削原理，將專用螺紋加工刀具，套在工件螺紋外圓并高速旋轉，工件按要求走圓形軌跡，工件走一次圓形軌跡，刀具軸向運動一個螺紋螺距，刀具軸向移動到螺紋長度時便將外螺紋加工成型。

工藝流程為：E 型螺栓裝夾在立式加工中心工作臺上-套刀加工E 型螺栓的各螺柱端面、外圓-用專用螺紋加工刀具加工E 型螺栓的各螺柱外螺紋。

此工藝方法優點是產品精度高，操作安全可靠。

此工藝方法缺點是生產效率較低，適合大規格E型螺栓的加工。

2 小規格E 型螺栓數控車床加工工藝研究

根據上述目前國內幾種加工E 型螺栓技術方法的分析，為滿足小規格E 型螺栓大批量生產需求，并結合加工設備的發展方向和吸收目前各種加工E 型螺栓的技術特點，我們采用數控車床加工工藝，以滿足E 型螺栓高效率、高質量、高安全性的生產，同時提高螺紋加工精度。

2.1 技術方案

根據產品規格及公司現有生產設備情況，選用CK7163/1000 數控車床加工，根據E 型螺栓結構形式、數控車削的特點及加工原理，確定技術方案為：專用工裝與車床主軸聯接，工件裝夾滑座定位、裝夾螺栓工件，在夾具體的燕尾軌道中滑動，通過定位銷，對螺栓工件限定兩個極限位置，工件裝夾滑座的夾緊采用帶雙斜面的拉緊塊與數控機床主軸內的液壓動力機構連接，通過軸向直線移動實現夾緊和松開，螺栓工件一次裝夾后保證裝夾定位不變，經過工件裝夾滑座的移動，完成E 型螺栓的各個螺柱外圓、端面及倒角、外螺紋的車削加工。工件裝夾滑座內的螺栓工件，采用帶斜面的壓塊用機械夾緊的方法實現裝卸。通過夾具體的外側滑動軌道的兩個可滑動配重塊，完成配重。

此技術方案特點如下。

（1）一次裝夾完成3 個工步，即可車削3-M24 螺栓。

（2）設計結構簡單、成本低、數控液壓動力夾緊，操作簡便。

圖1 E 型螺栓數控車削專業工藝裝備

（3）定位準確、基準合理，避免了鍛件錯差對車削精度及定位基準的影響。

（4）設置平衡機構，工件裝夾滑座在不同位置配置配重塊，保持工藝裝備處于平衡狀態，保證機床精度，提高加工效率。

（5）工件裝夾采用契塊原理夾緊、拆卸應用自動頂起機構，夾緊穩固，安全可靠，拆卸操作方便。

2.2 專用工藝裝備設計

因為E 型螺栓為3-M24，中心距為（120/140±0.5）mm，要想一次裝夾定位完成螺栓車削，避免二次裝夾產生的定位誤差，在設計中采了用定位塊15 左端面和工件裝夾滑座10 底面定位工件，將帶斜面的壓緊塊11用機械夾緊的方法將E 型螺栓工件壓緊在工件裝夾滑座10 上，在壓緊塊11 上安裝蓋板13，當松開壓緊螺釘12 時由于蓋板的作用可自動將壓緊板頂起，實現工件14 的快速裝卸。工件裝夾滑座10 在夾具體2 的燕尾軌道中可以自由滑動，其上安裝有定位銷16，在夾具體上有一縱向定位槽，限定工件裝夾滑座的兩個極限位置，也就是兩端兩個螺柱的加工位置，另外用一個定位塊限定螺柱的中間加工位置，這樣工件毛坯一次裝夾后保證裝夾定位不變，增加中心定位，經過工件裝夾滑座在夾具體里的二次移動，完成三個螺柱的三次車削加工，從而可以保證三個螺柱在同一條線上。工件裝夾滑座10 的夾緊采用帶雙斜面的拉緊塊9 與數控機床主軸內的液壓動力機構連接，通過軸向直線移動實現工件裝夾滑座的夾緊和松開，夾緊穩固可靠，操作方便。達到工件一次裝夾定位，完成3-M24 螺栓的車削。

在完成螺栓車削過程中工件裝夾滑座10 需進行位置移動，造成工藝裝備偏重，為保證加工時整個加工系統的平衡，設計了兩個配重塊4，在夾具體的外側滑動軌道內可以滑動，當工件裝夾滑座10 推到滑道的一端，兩個配重塊4 就推到另一端。當夾具體處在中間位置時，配重塊分別處在兩個極端位置，加工系統仍然處于平衡狀態，在加工過程中，每改變一次加工位置，只移動其中一個配重塊即可。配重塊用專用螺栓連接在主體上，沿著滑道滑動，在每個配重塊上有兩個定位插銷6，定位插銷上有彈簧5，夾具體2 上有定位孔，當拔出其中一個定位插銷搬動配重塊達到極限位置后，另一個定位插銷在彈簧的作用下自動壓下固定配重塊，可以方便實現配重塊的移動、定位及夾緊。

加工過程動作設計，步驟如下。

（1）加工一邊螺柱，兩配重塊全部推到對面端。

（2）加工中間螺柱，將其中一塊配重推到另一端。

（3）加工另一邊螺柱，再將另一配重推到另一端。

（4）拆卸工件后，裝夾另一工件繼續加工，配重塊不動。

（5）重復步驟2、3 即可。

2.3 定位基準的選擇

由于E 型螺栓為模鍛件，對鍛件的要求允許有錯差、飛刺等，為了不讓鍛件本身的錯差影響到最終的加工精度和質量，根據鍛件圖的結構要素，定位的基準選在了E 型螺栓底面，因為不論鍛件的錯差有多大（一般在0.5～0.8mm 之間）B 面與三個螺桿軸線的相對位置度是不變的，故以底面為基準不論錯差怎樣變化，都影響不了基準與3-M24 螺栓相對位置的精度，從而保證了產品的加工質量和精度[4]。

2.4 夾緊方式

采用了斜面壓塊夾緊機構，使夾緊力方向垂直于定位基準，保證了定位準確、夾緊可靠。工件夾緊壓塊使用內六角螺釘手工機械壓緊，工件裝夾滑座夾緊壓塊使用數控機床液壓自動卡盤的動力機構自動壓緊，操作簡單方便[5]。

2.5 加工方式及刀具選擇

經過對普通臥式數控車床的切削加工及E 型螺栓產品特點的分析，我們選擇了在加工外園、右旋外螺紋時采用主軸順時針旋轉、需刀具由外向內（由床尾端向主軸端）切削的方式，受加工空間的限制刀具選擇數控車床加工內孔用的機夾鏜刀，在鏜刀桿上安裝外圓、螺紋切削刀頭可分別完成產品外圓及螺紋的加工，由于切削方式需將機夾鏜刀反裝，即刀面向下。

2.6 工藝流程確定

為了減少螺栓鍛造毛坯外圓的不規則對數控車削螺栓外圓的加工速度影響，我們確定在加工E 型螺栓頭外圓時用效率較高的套刀將外圓加工圓整，留量1mm，數控車削外圓時用一刀即可完成。因此工藝流程為：裝夾E 型螺栓、套三個螺栓外圓–車三個螺栓外圓、倒角及螺紋。

2.7 加工參數確定

經試驗確定合理的切削參數為: 主軸轉速280r/min，進給速度0.1mm/r。

3 數控車床加工E 型螺栓效果

3.1 廢品率低

數控車床加工E 型螺栓受鍛件毛坯質量影響小，基本很少有廢品產生。

3.2 螺紋加工質量高

數控車床加工E 型螺栓加工質量大大高于普通車床，由于不受操作水平水平影響，批量生產的產品質量和精度基本一致。

3.3 工序簡便

數控車工序只需一次裝夾工件，移動三次滑座即可完成E 型螺栓的加工，因此數控車工序簡單、勞動強度低。

3.4 生產效率高

數控車床加工E 型螺栓的生產效率略高于普通車床加工E 型螺栓，完成可滿足大批量生產要求。

3.5 生產安全性高

數控車加工：采用專用工藝裝備裝夾工件，采用契塊原理夾緊、拆卸應用自動頂起機構，夾緊穩固、安全可靠，拆卸操作方便，因此數控車削加工消除了安全隱患，提高了加工安全性，解決了E 型螺栓生產的安全問題，達到安全生產質量標準化要求。

4 結語

此加工工藝是一種結構簡單、操作方便、定位準確、合理、精度高、夾緊穩固、安全可靠、生產效率高、成本低的E 型螺栓車削工藝，是一種高效率、高質量、高安全性的E 型螺栓數控加工新方法。