雒 全

（貴陽特殊鋼有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550005）

H22及H25錐形連接釬桿尾部平頭倒角專機(jī)設(shè)計(jì)

雒 全

（貴陽特殊鋼有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550005）

目前國內(nèi)鑿巖釬具仍以錐形連接釬桿（≤H25）為主，尾柄端面加工質(zhì)量對釬桿及鑿巖機(jī)的使用都有很大影響，文中介紹的此種釬桿尾柄端面加工設(shè)備高效、便捷，可確保加工質(zhì)量，提高釬桿加工設(shè)備的自動化水平。

錐形連接釬桿；平頭倒角專機(jī)；氣液傳動；氣動卡盤

1 概述

鑿巖釬具是礦山開采、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程中使用的工具，隨著爆破技術(shù)的發(fā)展，各種新型的鑿巖設(shè)備及工具不斷涌現(xiàn)。但就目前國內(nèi)的使用狀況而言，錐形連接釬桿（≤H25）在使用過程中仍占主導(dǎo)地位，年使用量高達(dá)8-9萬噸。

錐形連接釬桿（≤H25）裝在手持式或支腿式氣動鑿巖機(jī)上使用，尾柄端面直接承受活塞沖擊，端面加工質(zhì)量對釬桿及鑿巖機(jī)的使用都有很大影響。鑿巖機(jī)生產(chǎn)廠家和釬桿生產(chǎn)廠家都對釬桿尾柄端面的加工提出了具體要求，因而尋求一種高效、便捷、自動化程度相對較高的釬桿尾柄端面加工設(shè)備，已成為一些大規(guī)模釬桿生產(chǎn)廠家亟需解決的問題。貴陽特殊鋼有限責(zé)任公司釬鋼廠是目前全國最大的錐形連接釬桿（≤H25）生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)能力超過6萬噸/年，平頭倒角專機(jī)的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 現(xiàn)有的加工工藝簡介

（1）加工方式

采用普通落地車床，刀具安裝在車床主軸上，自行設(shè)計(jì)夾具安裝在車床導(dǎo)軌上；加工時(shí)，主軸高速旋轉(zhuǎn)，工件不動，夾具夾持工件前后移動完成切削加工；加工過程由人工上、下料，手動夾緊、進(jìn)（退）刀，二人配合操作，逐支進(jìn)行加工（見圖1）。

操作步驟：

①推入限位桿；②上料；③夾緊；④退出限位桿；⑤工件前進(jìn)；⑥工件后退；⑦松夾；⑧下料

（2）主要優(yōu)缺點(diǎn)

圖1 現(xiàn)行釬桿平頭倒角加工示意圖

該加工方式易實(shí)現(xiàn)，加工效率高；但所有操作全靠人工完成，自動化程度低，勞動強(qiáng)度大；需兩人同時(shí)操作，在配合上存在安全隱患；工件行程短（20～30mm），機(jī)床磨損不均勻，機(jī)床導(dǎo)軌易凹陷，不易維修等。

3 平頭倒角專機(jī)設(shè)計(jì)要求

釬桿尾柄端面加工要求，見圖2。

機(jī)床設(shè)計(jì)要求：

降低操作者勞動強(qiáng)度并提高裝備自動化水平，除上、下料外，其余自動完成，單人操作。

圖2 釬桿尾柄加工要求

4 機(jī)床設(shè)計(jì)

4.1 方案確定

由于釬桿長度尺寸差異很大 （最短300mm，最長可達(dá) 10000mm），按普通的車削方式（工件旋轉(zhuǎn)）加工完成難以實(shí)現(xiàn)，因而仍采用刀具旋轉(zhuǎn)的方法 （銑削方式）完成；考慮到工件長度的變化，采取刀具移動方式更便于加工，經(jīng)過我廠技術(shù)人員反復(fù)討論，最終決定在工作臺上安裝切削動力頭，通過切削動力頭前后移動、旋轉(zhuǎn)完成工件切削加工，主機(jī)上設(shè)置自動夾持機(jī)構(gòu)固定工件。

4.2 動力頭設(shè)計(jì)

（1）動力頭的結(jié)構(gòu)

動力頭的旋轉(zhuǎn)可通過切削參數(shù)的要求計(jì)算出切削功率，確定傳動方式后根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式計(jì)算出各個(gè)零部件的尺寸即可；因動力頭要前后移動，如主電機(jī)固定在動力頭上一起運(yùn)動的話，動力頭的外形尺寸偏大，并且需制作一個(gè)滑動工作臺用于固定主電機(jī)和動力頭，滑臺、電機(jī)及動力頭三者相加重量較大（估算約400公斤），這就需要加大推進(jìn)力才能完成切削加工，加之滑臺本身加工難度較大，磨損后修復(fù)較困難，因而設(shè)計(jì)者放棄了這種結(jié)構(gòu)。

如何才能獲得結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的動力頭呢？設(shè)計(jì)者通過對車床、銑床及鉆床主軸的反復(fù)比較后，認(rèn)為鉆床的主軸傳動方式符合動力頭的設(shè)計(jì)要求，但需對其進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)者首先將主軸滑套改為活動襯套，襯套是活動的，裝卸方便，當(dāng)襯套與主軸套筒間隙過大后，只需更換襯套即可。鉆床主軸的旋轉(zhuǎn)精度較低，為解決該問題，設(shè)計(jì)者參考了車床的主軸結(jié)構(gòu)形式，并將該結(jié)構(gòu)用于主軸套筒內(nèi)，這樣，就得到了一個(gè)既輕巧、旋轉(zhuǎn)精度較高的切削動力頭。

（2）動力頭的推進(jìn)方式

動力頭需前進(jìn)才能加工工件，鉆床是將主軸套筒一側(cè)加工成齒條，通過與齒輪嚙合由人工搬動手柄實(shí)現(xiàn)主軸移動，如動力頭采用該方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)、退刀，操作難度較大且效率很低，于是設(shè)計(jì)者選擇了在主軸套筒上安裝一個(gè)曲桿，由動力元件（氣缸或油缸）推動曲桿實(shí)現(xiàn)主軸的進(jìn)、退刀運(yùn)動。

究竟選擇何種動力元件來控制動力頭的往復(fù)運(yùn)動是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)：采用油缸驅(qū)動，需設(shè)置一整套液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出現(xiàn)問題后不易查找故障源，成本較高，加之液壓系統(tǒng)壓力較大，密封不好及液壓元件自身存在的液壓油泄漏，會造成環(huán)境污染；采用氣缸驅(qū)動，壓縮空氣源容易得到，結(jié)構(gòu)簡單，易維護(hù)，成本低廉，但因空氣的可壓縮性大，因而沖擊慣性大，難以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。

如何克服液壓及氣壓傳動存在的缺點(diǎn)，尋求一種既簡易又可靠的動力原件呢？設(shè)計(jì)者經(jīng)過較長時(shí)間考慮，查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)悄然興起的一種新的傳動方式——?dú)庖簜鲃?，該傳動方式利用壓縮空氣為動力源，實(shí)施方便，壓縮空氣的壓力低 （一般在0.4-0.6MPa），密封簡單且不易泄漏，維護(hù)方便，造價(jià)低，但力量有限，適合小型設(shè)備的運(yùn)用。

氣液傳動的原理為：首先根據(jù)所需推進(jìn)力選擇合適的空油壓缸（以氣缸為主體，通過對密封元件改進(jìn)，在缸筒內(nèi)裝入液壓油），再按油缸行程計(jì)算出所需氣液變換器（將氣動轉(zhuǎn)換為液壓傳動的裝置）的規(guī)格，將氣液變換器壓油端與空油壓缸前端 （裝油端）連接，中間接一個(gè)單向節(jié)流閥，就可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速運(yùn)行；前進(jìn)時(shí)，壓縮空氣直接推動空油壓缸后端，前端將液壓油推入氣液變換器，由于液壓油幾乎不可壓縮，因而運(yùn)動平穩(wěn)，通過對節(jié)流閥的調(diào)節(jié)，可控制活塞的前進(jìn)速度；后退時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入氣液變換器將液壓油通過單向閥進(jìn)入空油壓缸前端，使活塞快速退回。

動力頭傳動示意見圖3。

圖3 動力頭傳動示意圖

4.3 夾具的選擇

原加工方式采用三爪自定心卡盤手動夾持工件，在卡盤前面設(shè)一手動限位桿。卡盤夾緊工件后，將限位桿拉出；加工完畢卡盤松夾后，又將限位桿推入；反復(fù)重復(fù)該動作，勞動強(qiáng)度大不說，容易造成操作者意識疲勞，引發(fā)安全事故。由于專用自動夾具設(shè)計(jì)較為困難，加之國內(nèi)很多廠家都生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的動力夾具，在此設(shè)計(jì)者沒有刻意改變原有裝夾及限位方式，只是采用三爪氣動卡盤替代原卡盤，利用氣缸帶動限位塊運(yùn)動，氣動反應(yīng)快，動作迅速，工作效率及裝夾的自動化水平都得到了提高。

5 機(jī)床外形、加工步驟及氣路原理

機(jī)床外形圖見圖4。

加工步驟如下：

①人工上料；②氣動卡盤夾緊、限位退開；③動力頭快進(jìn)；④動力頭工進(jìn)；⑤動力頭快退、氣動卡盤松夾、限位回位；⑥人工下料氣路原理見圖5。

圖4 主機(jī)外形

圖5 氣路原理圖

6 機(jī)床特點(diǎn)

（1）充分體現(xiàn)了氣動的反應(yīng)快，動作迅速，以及液壓的不可壓縮，動態(tài)特性好；

（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度平穩(wěn)，易于調(diào)速且定位精度高；

（3）可以簡便地與電控部分組成電氣液一體化，實(shí)現(xiàn)各種自控功能；

（4）成本低，便于維護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊1-5卷（第三版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993,1.

[2]公差與配合手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990,10.

[3]廣東肇慶廣大氣動公司產(chǎn)品樣本[Z].

[4]常州比優(yōu)特公司立式中空氣動卡盤資料[Z].

TD421.2+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B