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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}， |
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