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起重機車架螺紋孔加工應用方案研究

2022-6-29 來（lái）源：- 作者：-

摘（zhāi）要 : 本文重點對（duì）工程機械行業中起重機車（chē）架螺（luó）紋孔加工進行研（yán）究，根據車架座（zuò）圈法（fǎ）蘭內螺紋加工的特點、難點，分別對螺紋銑削以及多種螺（luó）紋攻（gōng）絲等方式進行了對比分析，針對車（chē）架（jià）螺紋孔加工中最常見的纏屑問題，使（shǐ）用西門子數控係統的斷屑攻絲（sī）循環進行了實際加工測試，防纏屑效果（guǒ）顯著，在（zài）延（yán）長刀具使用壽命的同時，保持了加工效率，並（bìng）維護了操作者的（de）安全。

關鍵詞 : 起（qǐ）重機，車（chē）架，螺紋孔，螺紋銑刀，擠（jǐ）壓絲錐，螺尖絲錐（zhuī），螺旋槽絲錐，攻絲，斷（duàn）屑

1.引言

車架是汽（qì）車起重機的關鍵部件之一（yī），它與上（shàng）車部件轉台共同配合完（wán）成起重機臂架（jià）的轉向運動（如（rú）圖 1）。對於車架的加工，主要包（bāo）含座圈平麵的銑（xǐ）削和（hé）座圈端麵螺紋孔的鑽孔、攻絲，其中車架座圈法蘭螺紋孔加工過程中的纏屑問題，一直是（shì）生產製造過程中的技術難題，本文通過實際加工測試（shì）案例，重點探討解決螺（luó）紋孔加（jiā）工中纏屑問題的相關工藝和方法。

圖 1 車架示意圖

2. 車（chē）架加工要求及工藝特點（diǎn）

與普通汽車的車架不同，為了滿足重載荷的要求，起重機車架（jià）是專門設計製造的，采用低碳高強度鋼板焊接而成。板材通（tōng）常選用 HG70 這一類的（de）焊接（jiē）結構鋼，屈服強度大於 590MPa，抗拉強度（dù）大於（yú） 685MPa，具有良好的焊接性及低溫衝（chōng）擊韌性。同時板材硬度較高，約（yuē）為 HRC35，因此焊接後的車架整體剛性高、抗扭性強。由（yóu）於車架體積十（shí）分龐（páng）大，大直徑座圈端麵需要進行銑削，座圈上端麵（miàn）還要進行大量的鑽孔和攻絲，完成（chéng）所有這些加工需要在中型以上的龍門加工中心上進行。

圖 2 龍門加工中心加工（gōng）車架座圈法（fǎ）蘭

座圈端麵通常均勻分布著數（shù）十個規格在M20~M27 的螺紋孔，以某型號車架為例（如圖 3所示）需要加工座圈端麵的 48 個深（shēn）度約（yuē）為（wéi） 55 毫米的（de） M24 螺紋孔。

圖 3 座圈端麵（miàn）圓弧（hú）陣列螺紋孔

3. 螺紋加工方法分析

對於內螺紋加工主要有兩類加工方法，一（yī）類是用螺紋銑刀進行螺紋銑削（xuē），另一類是使用絲錐進行攻（gōng）絲。絲錐（zhuī）攻絲時比較常用的切（qiē）削刀具主要有擠壓絲錐、螺尖絲錐和螺旋槽絲錐等。現將各自特點及適用場合總結如下 :

綜上所述，根據現場車架的（de）實際加工需求，以及對（duì）毛坯材料的硬（yìng）度、螺紋孔直徑、以及機床性（xìng）能和編（biān）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行攻絲的方式比較實用。

螺旋槽絲錐在使用中最常見的（de）問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門設計了螺旋形導向槽，但是對於（yú）加工鋼件的絲錐，為了加強絲錐的強度，螺旋升角一般限（xiàn）製在30度，切屑離開螺紋孔後即快速向水平方向伸展，如（rú）果鋼材韌性較好，一旦切屑遇到阻礙便會阻滯後續切（qiē）屑的運動，導致長切屑（xiè）纏繞到絲錐上。後續切屑不能及時（shí）地順利排出，便會加（jiā）劇絲錐與工件之間的摩擦，從而降低刀具使用壽命。如（rú）果切屑（xiè）阻塞嚴重，還容易導致絲錐被（bèi）折斷。

產生上述情況的原因，通常是由於用（yòng）戶使用傳（chuán）統的一刀（dāo）到底攻（gōng）絲模式（如圖 4 所示），采用這種方式對長屑材（cái）料進行攻絲，纏屑現象是難以避（bì）免的。

圖 4 螺旋切削絲錐纏屑現象

表 1 常用螺紋加工方法對（duì）比

通常在使用切削絲（sī）錐進行（háng）攻絲的過程（chéng）中，為了防止切屑纏繞刀具，可以（yǐ）選擇以下（xià）兩種（zhǒng）防止絲錐（zhuī）纏屑的工藝方法其中之（zhī）一（yī） : 孔外排屑或者孔內斷屑。圖 5 和圖 6 分別為西門子攻絲循環中，排屑（xiè）法與斷（duàn）屑法的設（shè）置界麵。

圖 5 孔外排屑攻絲模式

圖 6 孔內斷屑攻絲模式

采用孔外排屑的（de）攻絲模式，是將整個攻絲過程劃分為幾個固定的深度，每次攻入（rù）一個固定深度後，就將絲錐反轉（zhuǎn）至完全退出螺紋孔外，將切（qiē）屑全部甩出。雖然使用這種方式對切屑（xiè）的排除（chú）非（fēi）常徹底，並極大減少了切屑對螺紋（wén）表（biǎo）麵（miàn）的劃傷，但是使用這種方式會導致加工的空行（háng）程較多，對加工效率影響較大，通常隻用於對（duì）螺紋表麵質量要求較高的情況。

孔內斷屑（xiè）的攻（gōng）絲方式（shì）是在剛性攻絲過程中，每攻入一（yī）定的距離，絲錐就進行一次極短距離的反轉回退，使切屑在螺孔中斷開。雖然此時切屑（xiè）並沒有完全（quán）排出孔外，但長切屑已經被分解為短小的切屑（如圖7所示（shì）），不再具備纏繞刀具的條件。

圖（tú） 7 孔內斷屑後切屑不再纏繞刀具

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程中長距離往複的空行程動作，更為節省加（jiā）工時間（jiān）。於此同時（shí），通過係統測試、優化主（zhǔ）軸（zhóu）以及 Z 軸的動態特性（如圖 8所示），使主軸與 Z 軸的插補效果更好，大幅度提（tí）高絲錐（zhuī）回退時的主軸轉速及其相應的加速度和加（jiā）

加速度，進一步節省了加工時間，保證了加工效率（lǜ）。

圖 8 主軸（zhóu）與 Z 軸跟隨誤差測試

4. 實際測試結果

經過上述（shù）對比分析，最終在使用西門子攻絲循（xún）環時，采用了既能滿足（zú）斷屑要求，又能節省加工時間的孔（kǒng）內斷屑攻絲模式。

通過現場實（shí）際切削測試，使用傳（chuán）統一刀到底攻絲模式和斷屑攻絲模式的加工效（xiào）果對比如下 :

表 2 加工時間及（jí）刀具壽命對比

由此可見，采（cǎi）用斷（duàn）屑攻絲模式後，絲錐使用壽命提高了 55%，車架座圈（quān）端麵銑削、鑽孔及攻絲的總加工時間基本保持不變。

5. 結論

針對（duì）不同的螺紋規格以及不同的金屬（shǔ）材料，螺紋（wén）加工刀具及其工藝選擇具有（yǒu）一定的特殊性，選擇適合的加工方（fāng）式才能保證良好的加工（gōng）質量和較高的加工效率。本（běn）文（wén）介紹的螺紋斷屑方式已經大量應用在車架（jià）實際加工中，實踐證明，很好（hǎo）地解（jiě）決了螺紋纏屑問題，在保證加工時間基本（běn）不變的情況下，達到了避免刀具纏屑，延（yán）長刀具使用壽命（mìng）及保護機床操作人員安（ān）全的目的。

來源：

三一汽車起重機械有限公司李興林張朋

西門子（中國）有限公司武坤李曉暉

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