改造普通車床加工復(fù)雜螺桿

螺桿軸是某擠出設(shè)備的關(guān)鍵件，其A、B、C三段螺紋的導(dǎo)程和根部的錐度都不同，主要參數(shù)見表1。在CA6140機床上實現(xiàn)具有3種導(dǎo)程、3種錐度螺桿軸的加工是本次改造的主要目的。

.	A段	B段	C段
導(dǎo)程(mm)	63	60	48
螺紋根部錐度	1:78	1:57	1:40
頭數(shù)	2	2	1
長度(mm)	220	241	345
旋向	右	右	右

1 主運動

主運動為刀具的轉(zhuǎn)動。本次改造設(shè)計是將CA6140機床刀架部分的轉(zhuǎn)盤、小拖板及刀架卸掉，在橫拖板上面裝上自行設(shè)計的銑頭、磨頭或砂帶磨削裝置，可實現(xiàn)工件的粗、精及光整加工。

2 進給運動

機床的進給運動主要有：工件的圓周進給(工件的轉(zhuǎn)動)、刀具的縱向進給(螺桿導(dǎo)程的實現(xiàn))及橫向進給(螺桿錐度的實現(xiàn))。

1) 工件的圓周進給運動

被加工螺桿由CA6140機床卡盤夾緊、尾架頂尖支撐作圓周進給運動，其轉(zhuǎn)速為1r/min。由于主軸最低轉(zhuǎn)速為10r/min，因此在機床主電動機和主軸箱皮帶輪之間增加了一個降速比為10的二級齒輪減速器。

2) 刀具的縱向進給運動

刀具的縱向進給運動要滿足工件的導(dǎo)程實現(xiàn)，即工件轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)刀具必須均勻地前進1個導(dǎo)程，因此縱向進給必須由絲杠帶動。在工件要求的3個導(dǎo)程值中，CA6140機床只能實現(xiàn)48mm，而63mm和60mm卻不能實現(xiàn)。經(jīng)幾種方案比較，確定調(diào)整進給箱中基本組齒輪的齒數(shù)，具體說明如下。

圖1 CA6140機床進給箱基本組傳動系統(tǒng)簡圖

CA6140機床進給箱中基本組的傳動系統(tǒng)如圖1所示，各齒輪的參數(shù)如表2所示。調(diào)整的原則是盡量不影響CA6140機床所能加工的常用公制螺紋種類。而u基=Z1/Z9=19/14=9.5/7和u基=Z5/Z11=26/28兩對傳動比在公制螺紋加工中沒有用到，因此選擇調(diào)整Z5、Z1、Z9的齒數(shù)。

.	Z1	Z2	Z3	Z4	Z5	Z6	Z7	Z8	Z9	Z10	Z11	Z12
齒數(shù) 模數(shù) 變位系數(shù)	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機床公制螺紋計算式為S=7u擴u基u倍 (1)

式中：S——工件螺紋導(dǎo)程
u擴、u基、u倍——擴大組、基本組、增倍組的傳動比 
    當被加工的導(dǎo)程為60mm時，u擴=16，u倍=1/2，故u基=7.5/7=30/28。將圖1中的齒輪Z5的齒數(shù)改為30，模數(shù)不變，就能實現(xiàn)導(dǎo)程60mm的加工。由于軸Ⅰ軸Ⅱ中心距為63±0.05mm，因此改后的齒輪Z5須進行變位。經(jīng)計算，齒輪Z5(30)的變位系數(shù)為-0.8496。同理，當被加工導(dǎo)程為63mm時，根據(jù)式(1)有u基=9/8=18/16。將圖1中齒輪Z1的齒數(shù)改為18，模數(shù)仍為3.75，變位系數(shù)為-0.19，Z9的齒數(shù)改為16，模數(shù)仍為3.75，變位系數(shù)為零。驗算調(diào)整后齒輪的中心距誤差，均小于原圖紙標注公差(±0.05mm)，這樣就能實現(xiàn)3種導(dǎo)程的加工。
3) 刀具的橫向進給 
    由于被加工螺桿齒形根部有錐度要求，因此在刀具實現(xiàn)縱向進給運動時必須同時作橫向進給運動，這就需要光杠帶動溜板箱內(nèi)的橫向機動進給機構(gòu)。由于CA6140機床開合螺母和機動進給的縱、橫向是互鎖的，所以必須消除開合螺母和橫向機動進給手柄的互鎖功能。具體做法如圖2所示，圖a表示開合螺母合上，縱、橫機動進給都不能實現(xiàn)。將件2的雙陰影部分去掉，如圖b所示，這樣在開合螺母合上的同時，橫向進給操縱桿1就能轉(zhuǎn)動，從而使橫向進給也得以實現(xiàn)。

1.橫向進給操縱桿 2.開合螺母操縱軸 3.縱向進給操縱桿
圖2 消除開合螺母和橫向機動進給互鎖原理

    圖3是實現(xiàn)螺紋根部錐度部分的傳動系統(tǒng)圖(省略原溜板箱中的縱向進給部分)，圖中右邊部分為固定在床身尾部上的錐度變速箱。傳動路線為：絲杠(t=12mm)→錐度變速箱(u錐)→光杠→36/32→32/56→M1(超越離合器)→M2(安全離合器)→4/29→40/48(或40/30→30/48)→M3→48/48→59/18→橫向進給小絲杠(t=5mm)。

圖3 實現(xiàn)螺紋根部錐度加工傳動系統(tǒng)圖

    所以，絲杠轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，縱向進給量f縱=1×12=12mm，橫向進給量f橫=1×u錐×(36/32)×(32/56)× (4/29)×(40/48)×(48/48)×(59/18)×5=1.211u錐mm。 
    因為錐度=2f橫/f縱，所以實現(xiàn)3種錐度：1:78、1:57、1:40，錐度變速箱的傳動比u錐為u錐={u1，u2，u3}={0.0635，0.087，0.1238}，齒輪參數(shù)如表3所示。錐度誤差見表4。

表3

.	Z13	Z14	Z15	Z16	Z17	Z18	Z19	Z20	Z21	Z22
齒數(shù) 模數(shù) 變位系數(shù)	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

理論值	實際值	相對誤差(%)
1:78 1:57 1:40	1:78.23 1:56.98 1:39.98	0.294 -0.039 -0.054

由于橫向進給運動是由絲杠帶動光杠實現(xiàn)的，因此工作時CA6140機床進給箱中的絲、光杠轉(zhuǎn)換離合器應(yīng)使絲杠接通。為保證縱、橫進給之間的嚴格傳動比，溜板箱中靠摩擦傳遞運動的傳動副超越離合器(M1)和安全離合器(M2)應(yīng)加以固定，以保證加工過程中瞬時傳動比不發(fā)生變化。另外，為了便于調(diào)整工件和刀具的相對位置，錐度變速箱中的單手柄操縱機構(gòu)應(yīng)設(shè)置一個空檔位置。