重型设备内螺纹修复铣削机的设计研究

郜峰

摘要：重型机械制造业是国家工业水平的重要标志，重型机械设备零部件内螺纹局部出现坍塌、撕裂、弯曲、变形等问题时难以修复，该设备主要服务工业领域重型机械内螺纹中的缺陷修复工作，使得破损的内螺纹修复比传统修复方法简便、快捷、实用、成本低等。本文重点介绍了修复铣削机的装置设计，坚持“先进性、实用性和可操作性”原则，以服务经济社会发展为目标，具有良好的实用价值和较大的市场空间。

关键词：重型设备   内螺纹损伤   铣削机

一、研究工作的科学意义

重型机械设备存在很多全寿期或者更换困难、代价大的零部件，此类零部件上的内螺纹在装配、预防性维修、纠正性的维修过程中，常常会由于工作上的各种累加因素导致螺纹损伤的现象。对于小的缺陷，技术人员采用手工修复、丝锥修复，就可达到继续使用的要求，但对于局部螺纹的坍塌、撕裂、弯曲等问题，技术人员往往束手无策。目前，修复技术往往采用以下三种方式：

第一，直接修复。如果内螺纹直径大，技术人员可以直接修复，此类缺陷可忽略不计。

第二，扩孔攻丝，加大一级螺纹。此类方法属于传统的修复处理方式，整体工艺复杂，由于螺纹规格变化，需要重新计算分析螺栓、螺孔，对后续的维护工作会造成诸多不便。

第三，扩孔攻丝，加装钢丝螺套。此类方法能恢复原来螺纹孔的规格，主要方法是对损坏的螺纹孔进行扩孔、攻丝，加装合适尺寸的钢丝螺套，使钢丝螺套形成的内螺纹规格与原螺孔的一致。目前，大多采用德国Heli-Coil公司提供的特制弹簧螺丝进行螺纹修复。

除了第一种方式之外，后面两种修复方式主要运用于螺纹存在不可修复的情况。在修复过程前期，技术人员需要对原螺纹孔进行钻孔，但由于设备的特殊性，存在以下问题：①原设备不可拆卸或者无法夹持，不能再上机床;②便携式钻床由于现场空间所限，无法固定或者需要增加特殊工装才能完成夹持。在整体扩孔工作中，还存在中心对中、异物控制等诸多事宜，修复工艺复杂烦琐。

内螺纹修复铣削机的设备结构相对简单，操作工艺更便捷，可适用范围广。如针对坍塌、撕裂、弯曲等局部缺陷问题，在完成前期计算评估，后期进行辅助对中、调整过程后，技术人员仅对螺栓孔内有严重缺陷的螺纹进行铣削，使它们不影响主螺栓的正常拧入，又保证了螺栓连接强度不受影响。

此类设备的研究和运用，能够较好地覆盖内螺纹局部缺陷的修复工作，在很大程度上避免了由于局部缺陷造成的整体修复工作，降低了内螺纹修复的工作风险，减少了修复时间，有效降低了由于螺纹原因造成的设备报废风险。

二、国内外螺纹修复技术的研究现状和发展趋势

目前，国内外内螺纹修复技术主要针对轻、重两种类型，对于局部中等缺陷修复工作往往依靠临时制造专用工具进行修复，或者对缺陷进行升级，再按照重型扩大化修复。

针对轻型内螺纹缺陷，如起扣缺陷、双螺纹缺陷、捋丝、毛刺、微变形等轻微缺陷，技术人员一般采用油石、什锦锉、专用工具粘贴研磨砂纸（研磨膏）、丝锥进行修复，这种属于比较简单、成熟的修复工具和工艺，不再累述。

针对重型缺陷，如螺纹整体变形、滑牙、乱扣等较大螺纹行程的缺陷，传统的修复技术为扩孔攻丝，加大一级螺纹，但由于规格的变动，对后续工作造成较大影响，逐渐被钢丝螺套（如图1所示）所替代。

针对内螺纹局部的坍塌、撕裂、弯曲变形，笔者经过调研，发现目前国内外尚无成熟的工具和修复工艺，大部分设备内螺纹出现局部中等规格的缺陷时，技术人员往往按照钢丝螺套方式进行解决，但由于设备空间存在差异，在钻孔过程中也出现过中心偏移等问题，再加上整个修复时间成本较大，所以此设备的研发将会进一步填充目前内螺纹局部缺陷的修复市场，有着良好的實用价值和较大的市场空间。

三、主要研究内容

1.内螺纹修复铣削机校刀装置的研究

设备的内螺纹属于唯一性结构，在修复工作中是不可逆过程，如果修复加工发生错误，势必会造成缺陷扩大，所以针对不同的刀具，技术人员必须开发研制不同的校刀装置，该装置达到的目标是装置自身与工具安装简易，固定性强，自由度小。同时，一套装置可以配备不同规格的校刀模块，能够实现快速、准确安装。另外，校刀过程要求简单有效、方便操作、直观易懂。

2.可调整式定位固定装置的研究

受现场工作环境所限，螺纹孔中心距和孔径不同，再加上螺纹孔周边设备状态不同，为了适应各种形式、结构的螺纹孔，设备必须具备可调节功能，该固定装置兼具了铣削机的底座功能，即它必须具有一定的刚性和强度。本设计后续将按多种固定方式进行，又具备满足几种方式的可互换性及兼容性。

固定方式的主要方案根据螺纹孔情况进行设计和制订。针对全螺纹孔，主要设计为膨胀螺纹卡盘式固定方式，即使用3～6片螺纹卡盘，通过机械、电动、气动或液动方式与非检修孔螺纹进行固定啮合，卡盘做成不同螺距的规格，在针对不同螺距螺纹时可以进行简易互换，达到完美匹配;针对有光孔结构的内螺纹，技术人员可采用软橡胶+固定块+凸轮的结构，橡胶主要作用是避免硬接触，保护光孔，固定块主要起粗调作用，以适用于多种孔径规格，凸轮的主要作用是进行最终的固定，完成最后的锁紧工作;针对周边没有孔形式的螺纹孔，固定方式主要采用真空吸附形式，其包含底部软连接、真空盒及抽真空装置，软连接主要适用于周边粗糙度不同的平面，真空盒和抽真空装置主要是提供最终的吸附动力。

针对不同中心距的螺孔，主要设计内容包含铰链调节、丝杠微控制和可靠的锁紧机构，可以实现周向、径向、直线等多曲线调整功能，又包含微动调整和锁紧功能。

3.内螺纹可调式定心及测量装置的研究

定心装置主要针对有缺陷的螺纹孔，主要功能是保证铣削装置的正确进给，结构主要包括可调式螺纹定心结构，设计理念与定位固定装置相同，主要是3～6片卡盘式固定，作用是完成和缺陷螺纹孔的精密啮合，已达到定心功能。测量装置主要功能是定位缺陷位置，并进一步辅助铣削装置完成最终的操作，其设计理念主要参考游标卡尺，带有主尺和附尺，以尽可能提高测量精度，完成螺纹的精密修复铣削。

4.内螺纹铣削进给装置的研究

铣削装置主要作用是完成缺陷位置的最终铣削功能，主要结构是双偏心走刀机构，它采用走刀螺母控制刀的进给，螺纹为细螺纹，有效地保证了进给精度;驱动机构采用手动、液动、气动相结合的方式，主要针对不同硬度的螺纹;刀具主要采用螺旋进给方式，可以实现弧形推进，以适应内螺纹结构形式，保护其他完好的内螺纹。

5.内螺纹铣削视频监控装置的研究

监控装置主要采用耐辐照、耐高温性、耐腐蚀的材料，又要求集成与铣削装置达到一体化拆卸功能，其主要功能是完成整个铣削工作观察和监督，通过监视整个工作流程，从而保证铣削准确顺利完成。内窥镜采用现有的成型产品，利用光导纤维集观察镜头和照明光源于一体，达到体积小、结构紧凑、安装方便的要求，又可以控制镜头的转动，进一步扩大观察范围;它包含40G的内存，可以完成视频、照片的临时存储，又兼具其他显示设备的兼容连接，可以实现远程监控功能。

四、结语

铣削机能够修复重型设备内螺纹的破损，笔者重点针对螺纹修复功能进行了设计。此设备的研究和运用，对于重型机械制造业有很大的意义，但铣削机刀具结构、刀具涂层技术、机器的驱动系统还有待进一步的研究开发。通过不断改进、研究与设计该机器，该设备将更加适用于工程实际中多孔径、任意螺纹螺孔段的修复工作。

参考文献：

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※本文系2019年嘉兴市科技局公益性研究计划项目研究成果，项目编号：2019AD32028。

（作者单位：嘉兴职业技术学院）