连慧进

（福州大学 机械工程及自动化学院，福建 福州 350000）

改造莫氏锥柄钻夹头工艺研究

连慧进

（福州大学 机械工程及自动化学院，福建 福州 350000）

热轧钢板由于受其工艺因素的制约，钢板表面大多会存在一定的缺陷，其中有一部分缺陷要用人工手持角磨机进行打磨作业。然而该打磨方式环境恶劣，打磨成本居高不下、劳动效率低下。文章针对这一问题，模拟角磨机工作原理针对钻铣床的莫氏锥柄钻夹头进行改造，以供参考。

打磨；莫氏锥柄钻夹头；钻铣床；角磨机

热轧钢板在整个生产流水线过程中由于受到高压、高温、硬件设备等各种因素的影响，生产出来的钢板其表面产生各种缺陷也就不可避免，所制造的各种相关的产品可能也会因为钢板表面的各种缺陷而无法完全符合客户的要求。表面质量缺陷主要表现在：麻点、折叠、划伤、夹杂、结疤、裂纹、表面炭黑、生锈与腐蚀、酸洗、过酸洗、擦伤等[1]。

1 传统的钢板表面缺陷处理工艺

该型号钢板在公司主要用于工程机械结构件的制造。由于传统的结构件涂装工艺为：脱脂—屏蔽—上件—抛丸—清丸—喷底漆—流平—底漆烘干—强冷—刮腻子—腻子烘干—强冷—检查打磨—喷面漆—流平—面漆烘干—强冷—去屏蔽—找补—下件[2]；而客户为了节约成本，抛丸、清丸、刮腻子、腻子烘干、强冷、检查打磨等工艺全部不做。这就导致很多板材缺陷，尤其是裸露在视觉下的板材，以两侧侧板为主，其表面质量缺陷不得不要求我们在交付给客户前就要处理掉。

传统的板材表面外观处理方法分纯手工方法与机械方法两种；手工方法主要依赖工具：钢丝刷、刮刀、鹤嘴锤、砂纸或金刚砂纸来完成，但这些方法纯粹是手工操作，劳动强度大，也很累人，而且只能去除部分外观缺陷，针对麻点、划痕、凹坑、腐蚀等缺陷则几乎于事无补；机械方法主要依赖工具：气锤、撞针枪、刮刀、打磨机等，利用动能操纵这些工具，有别于手工方法，能够更快速地从基体上除去氧化物和杂质，但效率依然很低。

2 分析对比钻铣床与角磨机的作业方式

经过研究钻铣床与利用角磨机打磨的作业模式发现两者有类似之处，均是通过旋转移动对材料进行加工。唯一不同之处是手持角磨机打磨时是板材不动，分析钻铣床主轴旋转参数与角磨机旋转参数发现，普通钻铣床主轴最快旋转速度可达2 000 r/min,角磨机空载时候马达速度可达10 000 r/min，然而由图1可见，角磨机马达通过小涡轮旋转带动主轴上的大涡轮进行旋转，仔细计算涡轮齿数，发现大涡轮齿数为小涡轮齿数的4～5倍之多，因此马达转速在空载的时候也应该是角磨机主轴转速的4～5倍，约为2 000～2 500 r/min。在主轴旋转参数上，两者参数相当。针对这种加工方式考虑通过对钻铣床夹头进行改造，把角磨机磨片装到钻铣床主轴夹头上，由钻铣床主轴旋转来代替角磨机旋转；然后将切割后的板材放到钻铣床工作台上由工作台移动来代替人工移动角磨机动作。

图1 角磨机马达

3 改造莫氏锥柄钻夹头

本课题拟对钻铣床莫氏锥柄钻夹头进行改造设计，将百叶磨片装到莫氏锥柄钻夹头上以钻钻铣床主轴旋转代替打磨机旋转，以工作台移动代替人工手持打磨机移动作业，以改善当前钢板表面处理劳动强度大、劳动环境差，以及劳动效率低下的问题。

根据磨片孔径选取4号锥柄进行改造设计（见图2）。

图2 4号锥柄改造设计

3.1 手持角磨机打磨压力

模拟人工手持打磨机动作，该动作需对板材有一定的持续按压作用。经过大量的实践测试，发现只需有轻微的压力通过角磨机作用在钢板上即可，并且随着压力逐渐加大，打磨效率也逐步加大；在压力持续加大的前半段，压力与打磨效率成正比；然而随着压力不断地加大，角磨机负荷越来越大，其运转的声音也越来越大，当压力逐步加大到50 N以上时，打磨机就会静止不再转动。由于钻钻铣床主轴的进刀方式为刚性力，针对这一特点，在锥柄设计改造的时候在内部加一弹簧，使主轴锥柄在进给的时候有一定的弹力直接作用在板材上，而且该压力可随主轴进刀而逐渐加大，由于钻钻铣床的功率较大，一定范围内，主轴旋转速度不会因为负载的加大变慢；因此理论上该压力可加到弹力的极限值，在弹簧选取上可结合该压力的大小选取中弹簧即可。

3.2 打磨角度

其次在实际作业中手持角磨机打磨时候磨片需与板材成一定的角度，该角度只需在15°～90°的时候均可。究其原因主要是在角磨机的磨片地方有一保护罩，该保护罩是为了防止磨片破裂的时候打到操作者而设计；由于该保护罩高出磨片位置，为了避免保护罩与打磨面刮擦，需让磨片与打磨面成一定角度方可作业；改造成钻铣床夹头形式的时候，由于不用操作者手持作业，因此该保护罩可以免去，只需在工作台边上放一个隔板保护即可。这样一来，磨片与打磨面的角度可以呈0°，此时磨片与打磨面接触面最大，效率最高。

3.3 磨片更换方式

由于打磨时候角磨片为消耗品，需要频繁地更换磨片。为此在磨片的固定与更换方面，选择参照打磨机的固定磨片模式，在改造设计上选择共用打磨机的砂轮螺帽与扳手，以便更换使用。

4 调试

改造完成后将锥柄钻夹头装到钻铣床上进行调试打磨；调整钻铣床转速至最快速度，先让主轴空转30秒钟，以确认角磨片的平衡性；之后逐渐进刀压缩弹簧至一定压力，夹紧主轴套筒，使弹簧始终处于受压缩的状态；调整工作台上钢板的打磨范围并用插销固定好工作台移动区域，随后即可向钢板表面进行打磨加工。加工打磨的时候唯一需要注意的是磨片需在钢板范围内旋转打磨，亦即打磨时弹簧要持续受压，一旦脱离钢板打磨面则需立即停机重新调整。

5 结语

本文首次提出利用钻铣床处理钢板表面缺陷处理的方式，并针对莫氏锥柄钻夹头进行改造设计，将角磨片安装在改造后的钻夹头上并用来打磨处理钢板表面缺陷。经调试后发现该效果很好，可以极大程度上降低打磨人工成本、打磨劳动强度、改善打磨环境、提升打磨效率，为逐步实现自动化打磨提供很好的参照。

[1]董振虎，王焱.热轧钢板常见表面缺陷浅析[C]. 北京：2011年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集，2011：2-3.

[2]蒋伟洁.挖掘机涂装工艺的优化研究[D].武汉：武汉科技大学，2015.

Research on transformation of chuck Morse taper shank drill technician

Lian Huijin
（Mechanical Engineering and Automation School of Fuzhou University, Fuzhou 350000, China）

Hot rolled steel plate dues to the constraints of its process factors, there will be some defects on most surface of the steel plate, a part of the defects needs to carry on manual hand-held angle grinder for grinding operations. However, the grinding method is faced with problems of harsh environment, high cost and low labor efficiency. Aiming at this problem, according to simulation of angle grinder working principle, Morse taper shank drill chuck is reformed to provide a reference.

grinding; Morse taper shank drill chuck; drilling milling machine; grinder

连慧进（1981— ），男，福建漳州，本科，中级工程师；研究方向：工业工程。