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车床/数控车床 |
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改造普通车床加工复杂螺杆 |
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作者：山东工业大学 马金奎 |
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螺杆轴是某挤出设备的关键件，其A、B、C三段螺纹的导程和根部的锥度都不同，主要参数见表1。在CA6140机床上实现具有3种导程、3种锥度螺杆轴的加工是本次改造的主要目的。
| . | A段 | B段 | C段 | | 导程(mm) | 63 | 60 | 48 | | 螺纹根部锥度 | 1:78 | 1:57 | 1:40 | | 头数 | 2 | 2 | 1 | | 长度(mm) | 220 | 241 | 345 | | 旋向 | 右 | 右 | 右 |
1 主运动
主运动为刀具的转动。本次改造设计是将CA6140机床刀架部分的转盘、小拖板及刀架卸掉，在横拖板上面装上自行设计的铣头、磨头或砂带磨削装置，可实现工件的粗、精及光整加工。
2 进给运动
机床的进给运动主要有：工件的圆周进给(工件的转动)、刀具的纵向进给(螺杆导程的实现)及横向进给(螺杆锥度的实现)。
1) 工件的圆周进给运动
被加工螺杆由CA6140机床卡盘夹紧、尾架顶尖支撑作圆周进给运动，其转速为1r/min。由于主轴最低转速为10r/min，因此在机床主电动机和主轴箱皮带轮之间增加了一个降速比为10的二级齿轮减速器。
2) 刀具的纵向进给运动
刀具的纵向进给运动要满足工件的导程实现，即工件转1转刀具必须均匀地前进1个导程，因此纵向进给必须由丝杠带动。在工件要求的3个导程值中，CA6140机床只能实现48mm，而63mm和60mm却不能实现。经几种方案比较，确定调整进给箱中基本组齿轮的齿数，具体说明如下。
图1 CA6140机床进给箱基本组传动系统简图
CA6140机床进给箱中基本组的传动系统如图1所示，各齿轮的参数如表2所示。调整的原则是尽量不影响CA6140机床所能加工的常用公制螺纹种类。而u基=Z1/Z9=19/14=9.5/7和u基=Z5/Z11=26/28两对传动比在公制螺纹加工中没有用到，因此选择调整Z5、Z1、Z9的齿数。
| . | Z1 | Z2 | Z3 | Z4 | Z5 | Z6 | Z7 | Z8 | Z9 | Z10 | Z11 | Z12 | 齿数
模数
变位系数 | 19
3.75
0.16 | 20
3.75
-0.349 | 36
2.25
-0.465 | 33
2.25
1.124 | 26
2.25
1.124 | 28
2.25
0 | 36
2
-0.71 | 32
2
1.5 | 14
3.75
0.159 | 21
2.25
0 | 28
2.25
0 | 28
2
0.244 |
CA6140机床公制螺纹计算式为S=7u扩u基u倍 (1)
式中：S——工件螺纹导程
u扩、u基、u倍——扩大组、基本组、增倍组的传动比
当被加工的导程为60mm时，u扩=16，u倍=1/2，故u基=7.5/7=30/28。将图1中的齿轮Z5的齿数改为30，模数不变，就能实现导程60mm的加工。由于轴Ⅰ轴Ⅱ中心距为63±0.05mm，因此改后的齿轮Z5须进行变位。经计算，齿轮Z5(30)的变位系数为-0.8496。同理，当被加工导程为63mm时，根据式(1)有u基=9/8=18/16。将图1中齿轮Z1的齿数改为18，模数仍为3.75，变位系数为-0.19，Z9的齿数改为16，模数仍为3.75，变位系数为零。验算调整后齿轮的中心距误差，均小于原图纸标注公差(±0.05mm)，这样就能实现3种导程的加工。
3) 刀具的横向进给
由于被加工螺杆齿形根部有锥度要求，因此在刀具实现纵向进给运动时必须同时作横向进给运动，这就需要光杠带动溜板箱内的横向机动进给机构。由于CA6140机床开合螺母和机动进给的纵、横向是互锁的，所以必须消除开合螺母和横向机动进给手柄的互锁功能。具体做法如图2所示，图a表示开合螺母合上，纵、横机动进给都不能实现。将件2的双阴影部分去掉，如图b所示，这样在开合螺母合上的同时，横向进给操纵杆1就能转动，从而使横向进给也得以实现。 
1.横向进给操纵杆 2.开合螺母操纵轴 3.纵向进给操纵杆
图2 消除开合螺母和横向机动进给互锁原理
图3是实现螺纹根部锥度部分的传动系统图(省略原溜板箱中的纵向进给部分)，图中右边部分为固定在床身尾部上的锥度变速箱。传动路线为：丝杠(t=12mm)→锥度变速箱(u锥)→光杠→36/32→32/56→M1(超越离合器)→M2(安全离合器)→4/29→40/48(或40/30→30/48)→M3→48/48→59/18→横向进给小丝杠(t=5mm)。
图3 实现螺纹根部锥度加工传动系统图
所以，丝杠转1转，纵向进给量f纵=1×12=12mm，横向进给量f横=1×u锥×(36/32)×(32/56)× (4/29)×(40/48)×(48/48)×(59/18)×5=1.211u锥mm。
因为锥度=2f横/f纵，所以实现3种锥度：1:78、1:57、1:40，锥度变速箱的传动比u锥为u锥={u1，u2，u3}={0.0635，0.087，0.1238}，齿轮参数如表3所示。锥度误差见表4。表3
| . | Z13 | Z14 | Z15 | Z16 | Z17 | Z18 | Z19 | Z20 | Z21 | Z22 | 齿数
模数
变位系数 | 36
2
0 | 18
2
0 | 18
2
0 | 54
2
0 | 29
2
1.1 | 19
2
0.8962 | 24
2
0 | 46
2
0 | 50
2
0 | 39
2
0 |
表4
| 理论值 | 实际值 | 相对误差(%) | 1:78
1:57
1:40 | 1:78.23
1:56.98
1:39.98 | 0.294
-0.039
-0.054 |
由于横向进给运动是由丝杠带动光杠实现的，因此工作时CA6140机床进给箱中的丝、光杠转换离合器应使丝杠接通。为保证纵、横进给之间的严格传动比，溜板箱中靠摩擦传递运动的传动副超越离合器(M1)和安全离合器(M2)应加以固定，以保证加工过程中瞬时传动比不发生变化。另外，为了便于调整工件和刀具的相对位置，锥度变速箱中的单手柄操纵机构应设置一个空档位置。(end)
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(1/30/2007) |
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