數顯定尺寸自動返回螺紋工裝設計制作

袁功宙

（江蘇省溧陽中等專業學校，江蘇常州 213300）

0 引言

原螺紋加工工裝每套只能限制規定的尺寸，針對不同規格的螺紋必需分別制作不同工裝，生產加工的成本較高。針對上述問題，江蘇省溧陽中等專業學校機電實訓基地受企業委托為小螺距螺紋加工生產線設計制作了10 套組合工裝。

組合工裝自2022 年9 月投入生產，得到工人師傅的一致好評。新型工裝大大降低了工人的勞動強度，并解決了批量加工螺紋有效長度不達標的難題。本次工裝升級改造使螺紋加工生產線的產能大幅提升，為企業創造更高經濟效益，達到了工裝的設計目的。

1 定尺寸螺紋加工工裝的創新點

（1）使螺紋長度尺寸得到保證。螺紋加工到規定尺寸后，裝置能實現自動返回，不需要工人時刻緊盯工件的加工狀態，手動控制機器啟停。

（2）降低工人勞動強度，提高生產效率。工人由操縱機器變為控制按鈕，工人不需要長時間彎腰操作，大部分時間只需坐著觀察機器的工作狀態。

（3）降低工裝制作成本。不同規格螺紋的套絲、攻絲工裝可以共用一個中間滑套和錐柄，不再需要多種規格螺紋的套絲、攻絲組合工裝。以套絲為例，使用原套絲工具加工M8～M22 的7 種規格螺紋，需分別制作5 套套絲工裝。新的螺紋工裝共用一個中間滑套連接體和錐柄，只需更換套絲工裝上不同規格的板牙，節省了工裝制作成本和更換工裝耗費的時間，大幅提高了加工效率。

改造前的螺紋加工工裝（套絲、攻絲）如圖1 所示，本文設計的數顯定尺寸螺紋加工工裝如圖2 所示。

圖1 改造前的螺紋加工工裝

圖2 數顯定尺寸螺紋加工工裝

2 數顯定尺寸自動返回螺紋加工裝置設計

（1）錐柄設計如圖3 所示。錐柄是螺紋工裝的基礎件之一，用于安裝定尺寸自動返回螺紋工裝各個零部件的重要部件。錐柄前端的Φ20 mm 光軸用來安裝中間滑套與莫氏5#錐柄光軸，采用孔與軸配合連接（間隙配合）。

圖3 錐柄設計

（2）中間滑套設計如圖4 所示。中間滑套加工成長方體，在上面加工寬度為20 mm，長度為105 mm 的導向槽，用來安裝接近開關滑動支架。在中間滑套右側面用M5 螺釘連接、固定接近開關底座，并保證底座與中間滑套內矩形槽一定間隙。

圖4 中間滑套設計

（3）接近開關滑動支架設計如圖5 所示。接近開關滑動支架上端的Φ12×12.7 mm 圓柱孔用來安裝接近開關。此滑動支架上端的圓柱孔與接近開關是間隙配合，用2 個六邊形螺母將接近開關固定在滑動支架上。支架與接近開關組裝成一體，配合接近開關感應塊，用來設定零件加工長度尺寸。當螺紋工裝在加工過程中達到設定尺寸后，接近開關發出電信號到控制箱，電機開始反轉，螺紋工裝自動返回。

圖5 支架設計

（4）外螺紋套絲工裝組合體工裝設計如圖6 所示。套絲工裝組合體根據所加工螺紋零件的不同規格，可以搭配多種規格的板牙套，主要用于安裝不同規格的套絲工具。本文設計了用于加工M8～M22 7 種規格螺紋的5 套套絲工裝組合體，它們共用1 個中間滑套，加工不同規格的螺紋時只需更換套絲工裝合體。套絲工裝組合體與中間滑套左端連接方式是M30×1.5 mm 內、外螺紋連接。

圖6 套絲工裝

（5）螺紋工裝電源控制箱電路接線如圖7 所示。螺紋加工設備是由接近報廢的C6136、CA6140 型車床改造而來的，控制箱電路采用的是電機正、反轉電路。原始工裝的正、反轉控制需要人工操作來完成，生產效率低、工人勞動強度大、螺紋長度誤差較大、產品報廢率較高，導致產品經濟效益不高。改進后的螺紋工裝可以通過設定加工長度，在螺紋加工到達設定尺寸后，由接近開關發出信號給控制電路，實現電機自動反轉，螺紋工裝自動返回。不再需要工人時刻緊盯螺紋工裝是否到劃線位置，手動控制車床電機反轉來完成螺紋加工，大大降低了工人勞動強度。

圖7 控制箱電路圖

3 工作原理

通過位移傳感器與顯示屏設定、控制加工長度尺寸（設定精度可達0.01 mm），通過微調接近開關與固定感應塊之間的距離控制電機反轉動作信號。啟動車床，主軸正轉，當螺紋刀具接觸工件時，帶動中間滑套向前移動。當螺紋長度到達設定長度時，接近開關發出信號到控制箱，電機反轉，螺紋工裝自動退出，完成螺紋加工。如此，螺紋的加工長度得到了保證，通過抽檢，長度誤差控制在±0.5 mm 之內，完全滿足質量要求。

4 操作步驟

（1）移動中間滑套，使位移傳感器與感應塊位移量小于1 mm，然后在顯示屏上清零。

（2）繼續移動中間滑套，觀察顯示屏上讀數，當讀數與圖紙規定的長度一致或在長度公差允許范圍內時，鎖緊中間滑套右側的螺桿來固定中間滑套與錐柄上的滑動軸。

（3）調整接近開關支架與感應塊之間的位置，當聽到控制電機反轉接觸器動作的聲音或看到控制箱上的反轉指示燈亮起時，說明長度位置已調整好。

（4）松開中間滑套右側面上的鎖緊螺桿。

（5）啟動控制箱上的啟動按鈕，工人手搖尾座手輪，讓螺紋加工刀具與工件接觸。到達設定的尺寸后，接近開關動作，主軸反轉，螺紋刀具退出，工人按下停止按鈕，主軸停止，螺紋工件加工完成。螺紋加工中的工件裝夾全部由氣夾頭裝置來完成。

5 技術優勢

（1）采用KTR 位移傳感器設定、控制加工長度，控制精度為0.01 mm，精度較高。原螺紋工裝長度靠劃線痕控制，精度極低。

（2）原螺紋工裝長度控制需要人眼觀察，到達長度尺寸后，人工操作車床主軸反轉，使螺紋工裝退出。工人需要時刻集中精神，很容易疲勞，且產品報廢率高。使用本文設計的數顯定尺寸螺紋加工工裝，加工長度到達預設尺寸后，接近開關發出指令到控制箱，控制車床主軸反轉，螺紋工裝自動退出，不需要人工干預操作車床，大大降低工人的勞動強度同時極大地提高了加工精度。

（3）通過電源控制箱上的數顯裝置配合位移傳感器，可以實時監控螺紋加工的實際長度，如果出現超差等異常情況，可以第一時間調整、重新設定尺寸，將質量隱患消除在萌芽狀態。

6 總結

數顯定尺寸螺紋加工工裝能夠使螺紋加工長度得到精準控制，大大降低工人勞動強度，提高加工產能。運用位移傳感器、接近開關與感應塊間的配合設定參數，精準控制螺紋加工長度，能將誤差控制在±0.5 mm 之內，使加工質量得到保證。通過控制箱與傳感器配合控制工裝進退，解決了工人長時間彎著腰操作的工作的難題，降低工人的勞動強度，使產能提高20%以上。升級后的螺紋工裝，將螺紋長度超差造成的報廢率控制在3%以內。