車削異形螺栓外圓的機(jī)夾刀具

■寧夏天地奔牛集團(tuán)有限公司 （石嘴山 753001） 楊欣榮

車削異形螺栓外圓的機(jī)夾刀具

■寧夏天地奔牛集團(tuán)有限公司 （石嘴山 753001） 楊欣榮

摘要：異形螺栓作為聯(lián)接刮板與鏈條的主要零件，其加工質(zhì)量直接影響到刮板與鏈條的聯(lián)接效果，同時也影響到鏈條傳動的穩(wěn)定性。本文主要介紹了為車床加工異型螺栓、螺柱外圓及倒角而設(shè)計的機(jī)夾車刀。

異形螺栓結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀類似E形和U形兩種（見圖1），E形結(jié)構(gòu)的3個圓柱和U形結(jié)構(gòu)的2個圓柱均為整體鍛造而成。其特征是在臥式車床上使用專用機(jī)夾刀具配合異形螺栓專用胎，進(jìn)行車削異形螺栓外圓及倒角，然后利用板牙套成外螺紋，達(dá)到了高質(zhì)、高效及高可靠性的加工效果，從而提供了一種車削異形螺栓的加工方法。

1. 工裝設(shè)計

針對異形螺栓的特殊結(jié)構(gòu)，初期加工異形螺栓的方法是：工件異形螺栓裝夾在專用胎具上，加工異形螺栓外圓的機(jī)夾套刀裝夾在臥式車床夾盤上，使用設(shè)計的機(jī)夾套刀只能完成車外圓，異形螺栓的倒角必須在立鉆上使用專用刀具加工。此倒角加工方法由于人為因素很多，倒角大小不一以及經(jīng)常出現(xiàn)倒角一邊大一邊小的現(xiàn)象，造成倒角不規(guī)范，且此方法加工異形螺栓外圓和倒角需要兩次裝夾，費(fèi)時費(fèi)力，效率低，增加了勞動強(qiáng)度。為此在加工方法、加工工裝及刀具方面加以分析和研究，設(shè)計出一種新型加工方法，即利用專用機(jī)夾刀具，在車外圓后將圓柱外端倒角直接倒出，使用該專用機(jī)夾刀具加工異形螺栓，減少了裝夾次數(shù)，降低了勞動強(qiáng)度，提高了勞動效率。

2. 機(jī)夾刀具設(shè)計原理

圖1　異形螺栓示意圖

專用機(jī)夾刀具主要由刀體、車削刀片、壓緊螺栓、外壓板、滑動刀體、內(nèi)壓板、倒角刀片、彈簧、鍵、壓蓋及調(diào)整墊片等零件組成，主要結(jié)構(gòu)特點：①在刀體上開車削刀片槽和左邊內(nèi)孔開鍵槽。②在滑動刀體上開倒角刀片槽和左邊外圓開鍵槽。③刀體與滑動刀體之間通過鍵聯(lián)接，給滑動刀體傳遞加工切削力。④刀體裝在臥式車床單動卡盤上，通過壓在刀體上的車削刀片來完成異形螺栓的外圓車削工作。⑤當(dāng)外圓車到一定長度后通過彈簧推力使壓在滑動刀體上的倒角刀片完成異形螺栓倒角的車削工作。圖1中A尺寸是利用三維建模，通過數(shù)控銑床保證機(jī)夾刀具A尺寸的公差控制在A0-0.3mm，這就有效地保證了異形螺栓外圓尺寸加

工在A0-0.3mm，保證了異形螺栓的加工精度。⑥外圓車完后經(jīng)板牙套扣胎套成外螺紋，保證了礦用異形螺栓的使用要求。

在設(shè)計車削異形螺栓外圓及倒角為一體的機(jī)夾刀具時，主要問題是解決倒角問題。最初對機(jī)夾套刀改進(jìn)采用兩種方式：①在刀體上直接開倒角刀片槽，把倒角刀片壓在刀體上來倒角。②刀體內(nèi)直接放倒角刀體，壓蓋直接壓在放倒的角刀體上作為推力。這兩種加工方式由于人為因素的影響，異形螺栓螺桿伸入刀體長度不好控制，導(dǎo)致倒角大小不一樣，而且極容易出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象，增加了刀片費(fèi)用。通過對現(xiàn)場加工、工藝及工裝進(jìn)行分析并加以改進(jìn)，設(shè)計出新的機(jī)夾刀具如圖2所示，可以看出倒角刀采用了以彈簧產(chǎn)生推力的彈性結(jié)構(gòu)，彈簧具有伸縮性、伸縮過程中力不斷變大等特點。針對彈簧的特點對使用的機(jī)夾套刀進(jìn)行改造，即在車外圓機(jī)夾套刀內(nèi)增加壓倒角刀片的滑動刀體，滑動刀體使用彈簧作推力的彈性結(jié)構(gòu)，此機(jī)夾刀具在車外圓的同時還能倒角。

初期加工工藝流程：調(diào)質(zhì)→一次裝夾、車削螺桿外圓（車床）→二次裝夾、倒角（鉆床）→三次板牙套螺紋（車床）。

改進(jìn)加工工藝流程：調(diào)質(zhì)→一次裝夾、車削螺桿外圓、倒角（車床）→二次裝夾板牙套螺紋（車床）。

采用的彈性結(jié)構(gòu)倒角公式如下

式中，Pz為徑向切削力（N）；p為單位切削力（N/mm2）；t為切削長度（mm）；f為進(jìn)刀量（mm/r）。

式中，Px為切削力（N）；β為系數(shù)。

從表中查出，當(dāng)?shù)菇菫?5°時β=0.42；40Cr的單位切削力p=2 000N/mm2。圖樣要求t=3mm，加工進(jìn)刀量f=0.3mm/r。

圖2　專用機(jī)夾刀具示意圖

彈簧的使用公式如下

式中，F(xiàn)為彈性力（N）；n為彈簧有效圈數(shù)；G為切變模量（N）；D為彈簧中徑（mm）；d為材料直徑（mm）。

圖3　車削E形螺栓示意圖

按照設(shè)計要求彈簧中徑：D=32mm，材料直徑：d=8mm，根據(jù)所選材料查表得切變模量：G=78.4×103N ，取彈簧有效圈數(shù)：n= 9。

當(dāng)允許彈簧的最大壓縮量為8mm時，最大工作極限載荷Fmax=1 089.6N。

從以上結(jié)論得出使用彈簧中徑為32mm、材料直徑為8mm時：Fmax≥Px=756N能滿足切削力所需的彈性力要求，最大工作極限載荷是設(shè)計倒角刀位置的主要尺寸，從最大工作極限載荷計算出達(dá)到切削力載荷時的伸縮長度。

根據(jù)以上原理，設(shè)計并制作出一種車削異形螺栓外圓的機(jī)夾刀具（見圖3），車削異形螺栓外圓。

3. 結(jié)語

在使用過程中異形螺栓外圓車削以及使用彈簧推力倒角特別穩(wěn)定，減少了刀片崩刃現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期效果，并且倒角刀片消耗降低了30%，提高了倒角質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了操作者勞動強(qiáng)度，為公司節(jié)約了刀具費(fèi)用和加工費(fèi)用。

收稿日期：（20141123）