數(shù)顯定尺寸自動返回螺紋工裝設(shè)計制作

袁功宙

（江蘇省溧陽中等專業(yè)學(xué)校，江蘇常州 213300）

0 引言

原螺紋加工工裝每套只能限制規(guī)定的尺寸，針對不同規(guī)格的螺紋必需分別制作不同工裝，生產(chǎn)加工的成本較高。針對上述問題，江蘇省溧陽中等專業(yè)學(xué)校機電實訓(xùn)基地受企業(yè)委托為小螺距螺紋加工生產(chǎn)線設(shè)計制作了10 套組合工裝。

組合工裝自2022 年9 月投入生產(chǎn)，得到工人師傅的一致好評。新型工裝大大降低了工人的勞動強度，并解決了批量加工螺紋有效長度不達(dá)標(biāo)的難題。本次工裝升級改造使螺紋加工生產(chǎn)線的產(chǎn)能大幅提升，為企業(yè)創(chuàng)造更高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了工裝的設(shè)計目的。

1 定尺寸螺紋加工工裝的創(chuàng)新點

（1）使螺紋長度尺寸得到保證。螺紋加工到規(guī)定尺寸后，裝置能實現(xiàn)自動返回，不需要工人時刻緊盯工件的加工狀態(tài)，手動控制機器啟停。

（2）降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率。工人由操縱機器變?yōu)榭刂瓢粹o，工人不需要長時間彎腰操作，大部分時間只需坐著觀察機器的工作狀態(tài)。

（3）降低工裝制作成本。不同規(guī)格螺紋的套絲、攻絲工裝可以共用一個中間滑套和錐柄，不再需要多種規(guī)格螺紋的套絲、攻絲組合工裝。以套絲為例，使用原套絲工具加工M8～M22 的7 種規(guī)格螺紋，需分別制作5 套套絲工裝。新的螺紋工裝共用一個中間滑套連接體和錐柄，只需更換套絲工裝上不同規(guī)格的板牙，節(jié)省了工裝制作成本和更換工裝耗費的時間，大幅提高了加工效率。

改造前的螺紋加工工裝（套絲、攻絲）如圖1 所示，本文設(shè)計的數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝如圖2 所示。

圖1 改造前的螺紋加工工裝

圖2 數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝

2 數(shù)顯定尺寸自動返回螺紋加工裝置設(shè)計

（1）錐柄設(shè)計如圖3 所示。錐柄是螺紋工裝的基礎(chǔ)件之一，用于安裝定尺寸自動返回螺紋工裝各個零部件的重要部件。錐柄前端的Φ20 mm 光軸用來安裝中間滑套與莫氏5#錐柄光軸，采用孔與軸配合連接（間隙配合）。

圖3 錐柄設(shè)計

（2）中間滑套設(shè)計如圖4 所示。中間滑套加工成長方體，在上面加工寬度為20 mm，長度為105 mm 的導(dǎo)向槽，用來安裝接近開關(guān)滑動支架。在中間滑套右側(cè)面用M5 螺釘連接、固定接近開關(guān)底座，并保證底座與中間滑套內(nèi)矩形槽一定間隙。

圖4 中間滑套設(shè)計

（3）接近開關(guān)滑動支架設(shè)計如圖5 所示。接近開關(guān)滑動支架上端的Φ12×12.7 mm 圓柱孔用來安裝接近開關(guān)。此滑動支架上端的圓柱孔與接近開關(guān)是間隙配合，用2 個六邊形螺母將接近開關(guān)固定在滑動支架上。支架與接近開關(guān)組裝成一體，配合接近開關(guān)感應(yīng)塊，用來設(shè)定零件加工長度尺寸。當(dāng)螺紋工裝在加工過程中達(dá)到設(shè)定尺寸后，接近開關(guān)發(fā)出電信號到控制箱，電機開始反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動返回。

圖5 支架設(shè)計

（4）外螺紋套絲工裝組合體工裝設(shè)計如圖6 所示。套絲工裝組合體根據(jù)所加工螺紋零件的不同規(guī)格，可以搭配多種規(guī)格的板牙套，主要用于安裝不同規(guī)格的套絲工具。本文設(shè)計了用于加工M8～M22 7 種規(guī)格螺紋的5 套套絲工裝組合體，它們共用1 個中間滑套，加工不同規(guī)格的螺紋時只需更換套絲工裝合體。套絲工裝組合體與中間滑套左端連接方式是M30×1.5 mm 內(nèi)、外螺紋連接。

圖6 套絲工裝

（5）螺紋工裝電源控制箱電路接線如圖7 所示。螺紋加工設(shè)備是由接近報廢的C6136、CA6140 型車床改造而來的，控制箱電路采用的是電機正、反轉(zhuǎn)電路。原始工裝的正、反轉(zhuǎn)控制需要人工操作來完成，生產(chǎn)效率低、工人勞動強度大、螺紋長度誤差較大、產(chǎn)品報廢率較高，導(dǎo)致產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益不高。改進(jìn)后的螺紋工裝可以通過設(shè)定加工長度，在螺紋加工到達(dá)設(shè)定尺寸后，由接近開關(guān)發(fā)出信號給控制電路，實現(xiàn)電機自動反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動返回。不再需要工人時刻緊盯螺紋工裝是否到劃線位置，手動控制車床電機反轉(zhuǎn)來完成螺紋加工，大大降低了工人勞動強度。

圖7 控制箱電路圖

3 工作原理

通過位移傳感器與顯示屏設(shè)定、控制加工長度尺寸（設(shè)定精度可達(dá)0.01 mm），通過微調(diào)接近開關(guān)與固定感應(yīng)塊之間的距離控制電機反轉(zhuǎn)動作信號。啟動車床，主軸正轉(zhuǎn)，當(dāng)螺紋刀具接觸工件時，帶動中間滑套向前移動。當(dāng)螺紋長度到達(dá)設(shè)定長度時，接近開關(guān)發(fā)出信號到控制箱，電機反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動退出，完成螺紋加工。如此，螺紋的加工長度得到了保證，通過抽檢，長度誤差控制在±0.5 mm 之內(nèi)，完全滿足質(zhì)量要求。

4 操作步驟

（1）移動中間滑套，使位移傳感器與感應(yīng)塊位移量小于1 mm，然后在顯示屏上清零。

（2）繼續(xù)移動中間滑套，觀察顯示屏上讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)與圖紙規(guī)定的長度一致或在長度公差允許范圍內(nèi)時，鎖緊中間滑套右側(cè)的螺桿來固定中間滑套與錐柄上的滑動軸。

（3）調(diào)整接近開關(guān)支架與感應(yīng)塊之間的位置，當(dāng)聽到控制電機反轉(zhuǎn)接觸器動作的聲音或看到控制箱上的反轉(zhuǎn)指示燈亮起時，說明長度位置已調(diào)整好。

（4）松開中間滑套右側(cè)面上的鎖緊螺桿。

（5）啟動控制箱上的啟動按鈕，工人手搖尾座手輪，讓螺紋加工刀具與工件接觸。到達(dá)設(shè)定的尺寸后，接近開關(guān)動作，主軸反轉(zhuǎn)，螺紋刀具退出，工人按下停止按鈕，主軸停止，螺紋工件加工完成。螺紋加工中的工件裝夾全部由氣夾頭裝置來完成。

5 技術(shù)優(yōu)勢

（1）采用KTR 位移傳感器設(shè)定、控制加工長度，控制精度為0.01 mm，精度較高。原螺紋工裝長度靠劃線痕控制，精度極低。

（2）原螺紋工裝長度控制需要人眼觀察，到達(dá)長度尺寸后，人工操作車床主軸反轉(zhuǎn)，使螺紋工裝退出。工人需要時刻集中精神，很容易疲勞，且產(chǎn)品報廢率高。使用本文設(shè)計的數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝，加工長度到達(dá)預(yù)設(shè)尺寸后，接近開關(guān)發(fā)出指令到控制箱，控制車床主軸反轉(zhuǎn)，螺紋工裝自動退出，不需要人工干預(yù)操作車床，大大降低工人的勞動強度同時極大地提高了加工精度。

（3）通過電源控制箱上的數(shù)顯裝置配合位移傳感器，可以實時監(jiān)控螺紋加工的實際長度，如果出現(xiàn)超差等異常情況，可以第一時間調(diào)整、重新設(shè)定尺寸，將質(zhì)量隱患消除在萌芽狀態(tài)。

6 總結(jié)

數(shù)顯定尺寸螺紋加工工裝能夠使螺紋加工長度得到精準(zhǔn)控制，大大降低工人勞動強度，提高加工產(chǎn)能。運用位移傳感器、接近開關(guān)與感應(yīng)塊間的配合設(shè)定參數(shù)，精準(zhǔn)控制螺紋加工長度，能將誤差控制在±0.5 mm 之內(nèi)，使加工質(zhì)量得到保證。通過控制箱與傳感器配合控制工裝進(jìn)退，解決了工人長時間彎著腰操作的工作的難題，降低工人的勞動強度，使產(chǎn)能提高20%以上。升級后的螺紋工裝，將螺紋長度超差造成的報廢率控制在3%以內(nèi)。