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改造普通车床加工复杂螺杆

时间:2008年10月27日浏览:695次收藏分享:

    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。

A

B

C

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

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。 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)。


图1 CA6140机床进给箱基本组传动系统简图

    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。 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。 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

 表  2   

     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。

 
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 实现螺纹根部锥度加工传动系统图

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。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)。 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。 

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 3

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

表 4

    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。
 

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