利用通用車床加工變螺距螺桿

發布日期：2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽：2600

                                                                                                              作者：王世龍  
       在橡膠、塑料、食品等工業領域所使用的生產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、出料連續性好等優點得以優先采用。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 變距螺桿的結構特點和工藝分析

1) 變距螺桿的數學方程

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規律漸變排列的。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，n=f/2p，fP為螺紋總轉角。

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為螺桿轉動的角速度；t為螺桿轉過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是一次關系；而變距螺桿l與時間t是二次關系。

b. 速度分析

當螺桿勻速轉動時，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，故v為常數，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，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，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勻變速運動的機構。

2 變距加工系統設計

       要實現變距螺紋的加工，在成形運動中，要同時實現變距螺紋方程中的Awt和Bw2t2兩項運動規律。其中Awt項可由通用車床本身的功能來實現，而Bw2t2項，則須通過增設一輔助裝置來實現。經分析、比較，同時考慮到工藝、結構實施的可能性、經濟性及方便性，我們設計了一凸輪機構(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運動傳遞給輔助進給箱中的凸輪。凸輪在轉動的同時通過變速曲線推動從動滑板(絲杠軸向固聯)，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)勻速轉動運動合成，即可加工出變距螺桿。對設計系統的現場加工實例進行檢測，數據如下：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。結果證明，所加工螺紋確為變距螺旋線，符合前面推導的數學方程，即滿足設計要求。

3 變距加工系統特點

       結構簡單、調整方便、經濟實用。據考察，國外大都采用數控機床和專用機床加工變距螺桿，該類加工方法的優點是：

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，是利用現有的通用機床，只增加一結構 簡單、易于調整的輔助進給箱。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�？梢娫摲桨附洕�、實用。
2) 變距范圍廣，產品規格多。加工不同規格的變距螺桿，只需按要求調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，因而可加工多種規格的變距螺桿。
3) 產品質量好，生產效率高。用該系統加工變距螺桿，操作簡單、質量穩定、生產效率高。

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