圆柱管螺纹丝锥夹套的设计与有限元分析*

2013-06-28李春花步跃跃胡振南

机械研究与应用 2013年3期

步斌，李春花，步跃跃，胡振南

(兖矿集团机电设备制造厂，山东邹城 273500)

1 引言

为了保证液压系统的清洁、延长液压元件的使用寿命，掘进机所有圆锥管螺纹全部改为圆柱管螺纹。但圆柱管螺纹丝锥属于手用丝锥，与机用标准丝锥结构不同，无法直接在钻床使用［1］。

以前车间采用方法:①先加工完圆柱管螺纹丝孔的端面，在钻床钻出底孔，然后采用人工攻丝，该方法不能保证丝孔与端面的垂直度，导致装配后出现漏、渗油现象;②另一种方法是将机用标准丝锥的柄部截取下来，与圆柱管螺纹丝锥焊接在一起，以此实现机动攻丝。由于焊接时不能保证丝锥柄部与圆柱管螺纹丝锥的同轴度，导致攻丝效果不甚理想，许多丝孔装配后出现渗油现象。而且每个焊接丝锥加工4～7个丝孔后，就不能再使用，增加生产成本。

为解决以上问题，设计研究了具有过载保护功能的丝锥夹套。该夹套实现了圆柱管螺纹丝锥在钻床上的安装，方便掘进机圆柱螺纹在机床上的加工。下面将详细介绍该夹套的结构组成、工作原理及关键零部件的强度校核。

2 圆柱管螺纹丝锥夹套柄部的结构设计

在了解了各种(包括标准、非标准、细牙、英制、圆锥管螺纹、圆柱管螺纹)丝锥的外部结构后，发现同规格的圆柱管螺纹丝锥柄部结构不同于其他相同规格的丝锥的柄部结构［2-3］。不同厂家生产的圆柱管螺纹丝锥柄部尺寸也各不相同，根据车间使用情况选用上海工具厂生产的圆柱管螺纹丝锥，做为圆柱管螺纹丝锥夹套的设计对象。

标准丝锥夹套设有过载保护机构，攻丝异常时，可保护丝锥不异常受力。为了保留这一优点，设计能将圆柱管螺纹丝锥应用于钻床的具有过载保护功能的丝锥夹套。设计出圆柱管螺纹丝锥夹套的柄部，它与钻床的过载保护装置联接，起到传递扭矩和过载保护的作用，如图1所示。

3 圆柱管螺纹丝锥夹套旋转盘的结构设计

按照传统方式，每种丝锥都制作一个夹套，会造成制作成本太大，且也不便于使用。本次设计一种旋转盘结构，可以实现同一夹具下多种刀具的装夹。

旋转盘的结构如图2所示，旋转盘与夹套体之间通过销轴联接，并由钢球、弹簧和旋转盘侧面定位孔，来实现旋转盘的转动、定位以及保证丝锥的形位公差。旋转盘的周圈可以制作多个不同尺寸的丝锥安装孔，每个丝锥安装孔的底面都设计顶丝孔，用于紧定丝锥［4］。由于旋转盘中部先加工出Φ20的销轴孔，这样通过线切割的方法便可以加工出周圈的丝锥安装孔，不需要再制作冲模，大大降低了制作成本。我们将常用的丝锥规格合并到两套旋转盘上，G1/2″及以下为一套，G1/2"以上的为一套，便于过载保护装置最大扭矩的调整。

图2 旋转盘结构图

1 圆柱管螺纹丝锥夹套柄部示意图

4 圆柱管螺纹丝锥夹套锁紧结构设计

旋转盘与夹具柄部通过销轴连接，没有约束情况下，旋转盘绕销轴转动。但在在夹具使用中，要求旋转盘与夹具柄部固结一起，不能产生相对移动。本次设计锁紧结构，如图3所示，其夹紧方式是利用钢珠与旋转盘限位处的凹槽配合，当锁紧螺钉向下旋转时，压紧弹簧会使钢珠紧卡在旋转盘凹槽内，使旋转盘不能移动并且与夹具柄部固定。当需要转动旋转盘时，向上旋转锁紧螺钉，转动旋转盘，将钢珠顶起，直到下一限位凹槽，钢珠落下。

图3 夹套锁紧结构图

5 圆柱管螺纹丝锥夹套的工作原理

图4所示是圆柱管螺纹丝锥夹套，主要有三大部分组成夹套柄1，锁紧结构，旋转盘6。先将夹套按照图示装配起来，向下旋紧锁紧螺钉，使压缩弹簧将钢珠卡在旋转盘限位凹槽内，固定旋转盘。然后将夹套安装在钻床上。选用合适的圆柱管螺纹丝锥，安装在旋转盘的安装孔内，并旋紧锁紧螺钉7，固定住丝锥。接下来按照正常的钻床工作程序完成攻丝［5］。