改造莫氏錐柄鉆夾頭工藝研究

連慧進

（福州大學 機械工程及自動化學院，福建 福州 350000）

改造莫氏錐柄鉆夾頭工藝研究

連慧進

（福州大學 機械工程及自動化學院，福建 福州 350000）

熱軋鋼板由于受其工藝因素的制約，鋼板表面大多會存在一定的缺陷，其中有一部分缺陷要用人工手持角磨機進行打磨作業。然而該打磨方式環境惡劣，打磨成本居高不下、勞動效率低下。文章針對這一問題，模擬角磨機工作原理針對鉆銑床的莫氏錐柄鉆夾頭進行改造，以供參考。

打磨；莫氏錐柄鉆夾頭；鉆銑床；角磨機

熱軋鋼板在整個生產流水線過程中由于受到高壓、高溫、硬件設備等各種因素的影響，生產出來的鋼板其表面產生各種缺陷也就不可避免，所制造的各種相關的產品可能也會因為鋼板表面的各種缺陷而無法完全符合客戶的要求。表面質量缺陷主要表現在：麻點、折疊、劃傷、夾雜、結疤、裂紋、表面炭黑、生銹與腐蝕、酸洗、過酸洗、擦傷等[1]。

1 傳統的鋼板表面缺陷處理工藝

該型號鋼板在公司主要用于工程機械結構件的制造。由于傳統的結構件涂裝工藝為：脫脂—屏蔽—上件—拋丸—清丸—噴底漆—流平—底漆烘干—強冷—刮膩子—膩子烘干—強冷—檢查打磨—噴面漆—流平—面漆烘干—強冷—去屏蔽—找補—下件[2]；而客戶為了節約成本，拋丸、清丸、刮膩子、膩子烘干、強冷、檢查打磨等工藝全部不做。這就導致很多板材缺陷，尤其是裸露在視覺下的板材，以兩側側板為主，其表面質量缺陷不得不要求我們在交付給客戶前就要處理掉。

傳統的板材表面外觀處理方法分純手工方法與機械方法兩種；手工方法主要依賴工具：鋼絲刷、刮刀、鶴嘴錘、砂紙或金剛砂紙來完成，但這些方法純粹是手工操作，勞動強度大，也很累人，而且只能去除部分外觀缺陷，針對麻點、劃痕、凹坑、腐蝕等缺陷則幾乎于事無補；機械方法主要依賴工具：氣錘、撞針槍、刮刀、打磨機等，利用動能操縱這些工具，有別于手工方法，能夠更快速地從基體上除去氧化物和雜質，但效率依然很低。

2 分析對比鉆銑床與角磨機的作業方式

經過研究鉆銑床與利用角磨機打磨的作業模式發現兩者有類似之處，均是通過旋轉移動對材料進行加工。唯一不同之處是手持角磨機打磨時是板材不動，分析鉆銑床主軸旋轉參數與角磨機旋轉參數發現，普通鉆銑床主軸最快旋轉速度可達2 000 r/min,角磨機空載時候馬達速度可達10 000 r/min，然而由圖1可見，角磨機馬達通過小渦輪旋轉帶動主軸上的大渦輪進行旋轉，仔細計算渦輪齒數，發現大渦輪齒數為小渦輪齒數的4～5倍之多，因此馬達轉速在空載的時候也應該是角磨機主軸轉速的4～5倍，約為2 000～2 500 r/min。在主軸旋轉參數上，兩者參數相當。針對這種加工方式考慮通過對鉆銑床夾頭進行改造，把角磨機磨片裝到鉆銑床主軸夾頭上，由鉆銑床主軸旋轉來代替角磨機旋轉；然后將切割后的板材放到鉆銑床工作臺上由工作臺移動來代替人工移動角磨機動作。

圖1 角磨機馬達

3 改造莫氏錐柄鉆夾頭

本課題擬對鉆銑床莫氏錐柄鉆夾頭進行改造設計，將百葉磨片裝到莫氏錐柄鉆夾頭上以鉆鉆銑床主軸旋轉代替打磨機旋轉，以工作臺移動代替人工手持打磨機移動作業，以改善當前鋼板表面處理勞動強度大、勞動環境差，以及勞動效率低下的問題。

根據磨片孔徑選取4號錐柄進行改造設計（見圖2）。

圖2 4號錐柄改造設計

3.1 手持角磨機打磨壓力

模擬人工手持打磨機動作，該動作需對板材有一定的持續按壓作用。經過大量的實踐測試，發現只需有輕微的壓力通過角磨機作用在鋼板上即可，并且隨著壓力逐漸加大，打磨效率也逐步加大；在壓力持續加大的前半段，壓力與打磨效率成正比；然而隨著壓力不斷地加大，角磨機負荷越來越大，其運轉的聲音也越來越大，當壓力逐步加大到50 N以上時，打磨機就會靜止不再轉動。由于鉆鉆銑床主軸的進刀方式為剛性力，針對這一特點，在錐柄設計改造的時候在內部加一彈簧，使主軸錐柄在進給的時候有一定的彈力直接作用在板材上，而且該壓力可隨主軸進刀而逐漸加大，由于鉆鉆銑床的功率較大，一定范圍內，主軸旋轉速度不會因為負載的加大變慢；因此理論上該壓力可加到彈力的極限值，在彈簧選取上可結合該壓力的大小選取中彈簧即可。

3.2 打磨角度

其次在實際作業中手持角磨機打磨時候磨片需與板材成一定的角度，該角度只需在15°～90°的時候均可。究其原因主要是在角磨機的磨片地方有一保護罩，該保護罩是為了防止磨片破裂的時候打到操作者而設計；由于該保護罩高出磨片位置，為了避免保護罩與打磨面刮擦，需讓磨片與打磨面成一定角度方可作業；改造成鉆銑床夾頭形式的時候，由于不用操作者手持作業，因此該保護罩可以免去，只需在工作臺邊上放一個隔板保護即可。這樣一來，磨片與打磨面的角度可以呈0°，此時磨片與打磨面接觸面最大，效率最高。

3.3 磨片更換方式

由于打磨時候角磨片為消耗品，需要頻繁地更換磨片。為此在磨片的固定與更換方面，選擇參照打磨機的固定磨片模式，在改造設計上選擇共用打磨機的砂輪螺帽與扳手，以便更換使用。

4 調試

改造完成后將錐柄鉆夾頭裝到鉆銑床上進行調試打磨；調整鉆銑床轉速至最快速度，先讓主軸空轉30秒鐘，以確認角磨片的平衡性；之后逐漸進刀壓縮彈簧至一定壓力，夾緊主軸套筒，使彈簧始終處于受壓縮的狀態；調整工作臺上鋼板的打磨范圍并用插銷固定好工作臺移動區域，隨后即可向鋼板表面進行打磨加工。加工打磨的時候唯一需要注意的是磨片需在鋼板范圍內旋轉打磨，亦即打磨時彈簧要持續受壓，一旦脫離鋼板打磨面則需立即停機重新調整。

5 結語

本文首次提出利用鉆銑床處理鋼板表面缺陷處理的方式，并針對莫氏錐柄鉆夾頭進行改造設計，將角磨片安裝在改造后的鉆夾頭上并用來打磨處理鋼板表面缺陷。經調試后發現該效果很好，可以極大程度上降低打磨人工成本、打磨勞動強度、改善打磨環境、提升打磨效率，為逐步實現自動化打磨提供很好的參照。

[1]董振虎，王焱.熱軋鋼板常見表面缺陷淺析[C]. 北京：2011年全國高品質特殊鋼生產技術研討會文集，2011：2-3.

[2]蔣偉潔.挖掘機涂裝工藝的優化研究[D].武漢：武漢科技大學，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

連慧進（1981— ），男，福建漳州，本科，中級工程師；研究方向：工業工程。