起重機(jī)車(chē)架螺紋孔加工應(yīng)用方案研究
2022-6-29 來(lái)源：- 作者：-
摘要 : 本文重點(diǎn)對(duì)工程機(jī)械行業(yè)中起重機(jī)車(chē)架螺紋孔加工進(jìn)行研究，根據(jù)車(chē)架座圈法蘭內(nèi)螺紋加工的特點(diǎn)、難點(diǎn)，分別對(duì)螺紋銑削以及多種螺紋攻絲等方式進(jìn)行了對(duì)比分析，針對(duì)車(chē)架螺紋孔加工中最常見(jiàn)的纏屑問(wèn)題，使用西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)的斷屑攻絲循環(huán)進(jìn)行了實(shí)際加工測(cè)試，防纏屑效果顯著，在延長(zhǎng)刀具使用壽命的同時(shí)，保持了加工效率，并維護(hù)了操作者的安全。
關(guān)鍵詞 : 起重機(jī)，車(chē)架，螺紋孔，螺紋銑刀，擠壓絲錐，螺尖絲錐，螺旋槽絲錐，攻絲，斷屑
1.引言
車(chē)架是汽車(chē)起重機(jī)的關(guān)鍵部件之一，它與上車(chē)部件轉(zhuǎn)臺(tái)共同配合完成起重機(jī)臂架的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)（如圖 1）。對(duì)于車(chē)架的加工，主要包含座圈平面的銑削和座圈端面螺紋孔的鉆孔、攻絲，其中車(chē)架座圈法蘭螺紋孔加工過(guò)程中的纏屑問(wèn)題，一直是生產(chǎn)制造過(guò)程中的技術(shù)難題，本文通過(guò)實(shí)際加工測(cè)試案例，重點(diǎn)探討解決螺紋孔加工中纏屑問(wèn)題的相關(guān)工藝和方法。
圖 1 車(chē)架示意圖
2. 車(chē)架加工要求及工藝特點(diǎn)
與普通汽車(chē)的車(chē)架不同，為了滿足重載荷的要求，起重機(jī)車(chē)架是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的，采用低碳高強(qiáng)度鋼板焊接而成。板材通常選用 HG70 這一類(lèi)的焊接結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度大于 590MPa，抗拉強(qiáng)度大于 685MPa，具有良好的焊接性及低溫沖擊韌性。同時(shí)板材硬度較高，約為 HRC35，因此焊接后的車(chē)架整體剛性高、抗扭性強(qiáng)。由于車(chē)架體積十分龐大，大直徑座圈端面需要進(jìn)行銑削，座圈上端面還要進(jìn)行大量的鉆孔和攻絲，完成所有這些加工需要在中型以上的龍門(mén)加工中心上進(jìn)行。
圖 2 龍門(mén)加工中心加工車(chē)架座圈法蘭
座圈端面通常均勻分布著數(shù)十個(gè)規(guī)格在M20~M27 的螺紋孔，以某型號(hào)車(chē)架為例（如圖 3所示）需要加工座圈端面的 48 個(gè)深度約為 55 毫米的 M24 螺紋孔。
圖 3 座圈端面圓弧陣列螺紋孔
3. 螺紋加工方法分析
對(duì)于內(nèi)螺紋加工主要有兩類(lèi)加工方法，一類(lèi)是用螺紋銑刀進(jìn)行螺紋銑削，另一類(lèi)是使用絲錐進(jìn)行攻絲。絲錐攻絲時(shí)比較常用的切削刀具主要有擠壓絲錐、螺尖絲錐和螺旋槽絲錐等。現(xiàn)將各自特點(diǎn)及適用場(chǎng)合總結(jié)如下 :
綜上所述，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)架的實(shí)際加工需求，以及對(duì)毛坯材料的硬度、螺紋孔直徑、以及機(jī)床性能和編程方法的綜合考慮，M24 的螺紋孔還是選擇使用螺旋槽絲錐進(jìn)行攻絲的方式比較實(shí)用。
螺旋槽絲錐在使用中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是切屑容易纏繞刀具。雖然螺旋槽絲錐為了排出切屑專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了螺旋形導(dǎo)向槽，但是對(duì)于加工鋼件的絲錐，為了加強(qiáng)絲錐的強(qiáng)度，螺旋升角一般限制在30度，切屑離開(kāi)螺紋孔后即快速向水平方向伸展，如果鋼材韌性較好，一旦切屑遇到阻礙便會(huì)阻滯后續(xù)切屑的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致長(zhǎng)切屑纏繞到絲錐上。后續(xù)切屑不能及時(shí)地順利排出，便會(huì)加劇絲錐與工件之間的摩擦，從而降低刀具使用壽命。如果切屑阻塞嚴(yán)重，還容易導(dǎo)致絲錐被折斷。
產(chǎn)生上述情況的原因，通常是由于用戶使用傳統(tǒng)的一刀到底攻絲模式（如圖 4 所示），采用這種方式對(duì)長(zhǎng)屑材料進(jìn)行攻絲，纏屑現(xiàn)象是難以避免的。
圖 4 螺旋切削絲錐纏屑現(xiàn)象
表 1 常用螺紋加工方法對(duì)比
通常在使用切削絲錐進(jìn)行攻絲的過(guò)程中，為了防止切屑纏繞刀具，可以選擇以下兩種防止絲錐纏屑的工藝方法其中之一 : 孔外排屑或者孔內(nèi)斷屑。圖 5 和圖 6 分別為西門(mén)子攻絲循環(huán)中，排屑法與斷屑法的設(shè)置界面。
圖 5 孔外排屑攻絲模式
圖 6 孔內(nèi)斷屑攻絲模式
采用孔外排屑的攻絲模式，是將整個(gè)攻絲過(guò)程劃分為幾個(gè)固定的深度，每次攻入一個(gè)固定深度后，就將絲錐反轉(zhuǎn)至完全退出螺紋孔外，將切屑全部甩出。雖然使用這種方式對(duì)切屑的排除非常徹底，并極大減少了切屑對(duì)螺紋表面的劃傷，但是使用這種方式會(huì)導(dǎo)致加工的空行程較多，對(duì)加工效率影響較大，通常只用于對(duì)螺紋表面質(zhì)量要求較高的情況。
孔內(nèi)斷屑的攻絲方式是在剛性攻絲過(guò)程中，每攻入一定的距離，絲錐就進(jìn)行一次極短距離的反轉(zhuǎn)回退，使切屑在螺孔中斷開(kāi)。雖然此時(shí)切屑并沒(méi)有完全排出孔外，但長(zhǎng)切屑已經(jīng)被分解為短小的切屑（如圖7所示），不再具備纏繞刀具的條件。
圖 7 孔內(nèi)斷屑后切屑不再纏繞刀具
與孔外排屑的攻絲模式相比，使用孔內(nèi)斷屑的攻絲模式避免了攻絲過(guò)程中長(zhǎng)距離往復(fù)的空行程動(dòng)作，更為節(jié)省加工時(shí)間。于此同時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試、優(yōu)化主軸以及 Z 軸的動(dòng)態(tài)特性（如圖 8所示），使主軸與 Z 軸的插補(bǔ)效果更好，大幅度提高絲錐回退時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速及其相應(yīng)的加速度和加
加速度，進(jìn)一步節(jié)省了加工時(shí)間，保證了加工效率。
圖 8 主軸與 Z 軸跟隨誤差測(cè)試
4. 實(shí)際測(cè)試結(jié)果
經(jīng)過(guò)上述對(duì)比分析，最終在使用西門(mén)子攻絲循環(huán)時(shí)，采用了既能滿足斷屑要求，又能節(jié)省加工時(shí)間的孔內(nèi)斷屑攻絲模式。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際切削測(cè)試，使用傳統(tǒng)一刀到底攻絲模式和斷屑攻絲模式的加工效果對(duì)比如下 :
表 2 加工時(shí)間及刀具壽命對(duì)比
由此可見(jiàn)，采用斷屑攻絲模式后，絲錐使用壽命提高了 55%，車(chē)架座圈端面銑削、鉆孔及攻絲的總加工時(shí)間基本保持不變。
5. 結(jié)論
針對(duì)不同的螺紋規(guī)格以及不同的金屬材料，螺紋加工刀具及其工藝選擇具有一定的特殊性，選擇適合的加工方式才能保證良好的加工質(zhì)量和較高的加工效率。本文介紹的螺紋斷屑方式已經(jīng)大量應(yīng)用在車(chē)架實(shí)際加工中，實(shí)踐證明，很好地解決了螺紋纏屑問(wèn)題，在保證加工時(shí)間基本不變的情況下，達(dá)到了避免刀具纏屑，延長(zhǎng)刀具使用壽命及保護(hù)機(jī)床操作人員安全的目的。
來(lái)源：
三一汽車(chē)起重機(jī)械有限公司 李興林 張 朋
西門(mén)子（中國(guó)）有限公司 武 坤 李曉暉
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