改造普通车床加工复杂螺杆

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。