利用通用車床加工變螺距螺桿

發(fā)布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2525

                                                                                                              作者：王世龍  
       在橡膠、塑料、食品等工業(yè)領域所使用的生產(chǎn)設備中廣泛地應用著各種類型的擠出螺桿。變距螺桿由于具有壓縮均勻、壓縮比大、出料連續(xù)性好等優(yōu)點得以優(yōu)先采用。但由于變距螺桿工藝性較差，利用通用設備加工困難，導致其應用受到一定限制。本文通過工藝分析，以利用、挖掘現(xiàn)有通用設備潛力為前提，研究并解決了變螺距螺桿的的加工問題。

1 變距螺桿的結(jié)構(gòu)特點和工藝分析

1) 變距螺桿的數(shù)學方程

變距螺桿是相鄰螺距不等的螺桿。常用的變距螺桿螺距變化規(guī)律如圖1 所示。
                                          
                                                                     圖1 變距螺桿示意圖

     從圖中看出，螺桿的螺距是按等差級數(shù)規(guī)律漸變排列的。若設螺旋曲線上任意點至起始點的距離為l，則可得變距螺桿螺旋線的數(shù)學方程為

l=nP+n2DP

式中：P為基本螺距；DP為螺距變化量；n為螺旋線圈數(shù)，n=f/2p，fP為螺紋總轉(zhuǎn)角。

將n=f/2p代入方程，得

l=(P/2p)f+(DP/4p2)f2

令：A=P/2p，B=DP/4p2，再將f=wt代入，則得

l=Awt + Bw2t2

式中：w為螺桿轉(zhuǎn)動的角速度；t為螺桿轉(zhuǎn)過f角所用的時間。

2) 變距螺桿曲線分析

a. 位移分析

等距螺桿的數(shù)學方程僅有變距螺桿方程中的第一項，即

l=Awt

曲線上任一動點軸向位移l與時間t是一次關(guān)系；而變距螺桿l與時間t是二次關(guān)系。

b. 速度分析

當螺桿勻速轉(zhuǎn)動時，等距螺桿螺旋線上任意點的軸向速度

v=dl/dt=Aw

式中：A、w均為常數(shù)，故v為常數(shù)，即等距螺旋線上任意動點的軸向位移速度是恒定的。而變距螺旋線上任意點的軸向速度

v=dl/dt=Aw+2Bw2t

則說明變速螺旋線上任意動點的軸向速度是時間的函數(shù)，是變化的。

c. 加速度分析

等距螺桿軸向加速度a=d2l/dt2=0，變距螺桿軸向加速度a=d2l/dt2=2Bw2，說明等距螺桿螺旋線上任意點軸向加速度為零，而變距螺桿螺旋線上任意點軸向加速度為常數(shù)，其速度變化是均勻的。也就是說，變距螺旋線上任意點的軸向位移為勻加(減)速運動。

3) 成形運動分析

加工等螺距螺桿，只須主軸帶動工件勻速轉(zhuǎn)動，刀具作軸向勻速移動，即可形成等距螺旋線。加工變距螺桿，則一方面須主軸帶動工件勻速轉(zhuǎn)動，一方面須刀具作軸向勻加(減)速移動才能形成變距螺旋線。作為通用車床，刀具只能作軸向勻速移動，要刀具作勻加(減)速運動，必須在進給裝置中增設能實現(xiàn)勻變速運動的機構(gòu)。

2 變距加工系統(tǒng)設計

       要實現(xiàn)變距螺紋的加工，在成形運動中，要同時實現(xiàn)變距螺紋方程中的Awt和Bw2t2兩項運動規(guī)律。其中Awt項可由通用車床本身的功能來實現(xiàn)，而Bw2t2項，則須通過增設一輔助裝置來實現(xiàn)。經(jīng)分析、比較，同時考慮到工藝、結(jié)構(gòu)實施的可能性、經(jīng)濟性及方便性，我們設計了一凸輪機構(gòu)(輔助進給箱)。利用凸輪的等加(減)速曲線推動絲杠作軸向勻加(減)速運動，便得到了變螺距螺紋的成形軌跡― 變螺距螺旋線，如圖2。
                                                              
                                                                                   圖2 變距加工系統(tǒng)原理圖

       在通用車床絲杠的末端套上一齒輪，通過齒輪將絲杠的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給輔助進給箱中的凸輪。凸輪在轉(zhuǎn)動的同時通過變速曲線推動從動滑板(絲杠軸向固聯(lián))，從而推動絲杠相對床身作勻加(減)速運動(絲杠與床身可滑移)。這樣，該運動與主軸(帶動工件)勻速轉(zhuǎn)動運動合成，即可加工出變距螺桿。對設計系統(tǒng)的現(xiàn)場加工實例進行檢測，數(shù)據(jù)如下：工件直徑D=f65 mm，工件長度L=1,900mm，螺紋總長l=1,210.95mm，螺紋數(shù)n=23，螺距增量DP=0.55mm，螺距由40～漸變至64.75mm，螺距最大誤差＜±0.17 mm。結(jié)果證明，所加工螺紋確為變距螺旋線，符合前面推導的數(shù)學方程，即滿足設計要求。

3 變距加工系統(tǒng)特點

       結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、經(jīng)濟實用。據(jù)考察，國外大都采用數(shù)控機床和專用機床加工變距螺桿，該類加工方法的優(yōu)點是：

1) 效率高、精度易于保證；其缺點是：設備復雜、昂貴，工藝成本高等。而我們所設計的變距加工系統(tǒng)，是利用現(xiàn)有的通用機床，只增加一結(jié)構(gòu) 簡單、易于調(diào)整的輔助進給箱。在加工變距螺紋時，接通輔助進給箱，在進行常規(guī)加工時，斷開輔助進給箱。這樣，不影響機床原有的工藝范圍�？梢娫摲桨附�(jīng)濟、實用。
2) 變距范圍廣，產(chǎn)品規(guī)格多。加工不同規(guī)格的變距螺桿，只需按要求調(diào)整輔助進給箱中的掛輪，改變傳動比，即可改變刀具勻變速度的大小，因而可加工多種規(guī)格的變距螺桿。
3) 產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高。用該系統(tǒng)加工變距螺桿，操作簡單、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高。

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