螺桿軸是某擠出設備的關鍵件,其A、B、C三段螺紋的導程和根部的錐度 都不同,主要參數見表1。
A段 | B段 | C段 | |
導程(mm) | 63 | 60 | 48 |
螺紋根部錐度 | 1:78 | 1:57 | 1:40 |
頭數 | 2 | 2 | 1 |
長度(mm) | 220 | 241 | 345 |
旋向 | 右 | 右 | 右 |
表 1
在CA6140機床上實現具有3種導程、3種錐度螺桿軸的加工是本次改造的主要目的。 1 主運動主運動為刀具的轉動。本次改造設計是將CA6140機床刀架部分的轉盤、小拖板及刀架卸掉,在橫拖板上面裝上自行設計的銑頭、磨頭或砂帶磨削裝置,可實現工件的粗、精及光整加工。 2 進給運動機床的進給運動主要有:工件的圓周進給(工件的轉動)、刀具的縱向進給(螺桿導程的實現)及橫向進給(螺桿錐度的實現)。
圖1 CA6140機床進給箱基本組傳動系統簡圖
工件的圓周進給運動 被加工螺桿由CA6140機床卡盤夾緊、尾架頂尖支撐作圓周進給運動,其轉速為1r/min。由於主軸最低轉速為10r/min,因此在機床主電動機和主軸箱皮帶輪之間增加了一個降速比為10的二級齒輪減速器。 刀具的縱向進給運動 刀具的縱向進給運動要滿足工件的導程實現,即工件轉1轉刀具必須均勻地前進1個導程,因此縱向進給必須由絲杠帶動。在工件要求的3個導程值中,CA6140 機床只能實現48mm,而63mm和60mm卻不能實現。經幾種方案比較,確定調整進給箱中基本組齒輪的齒數,具體說明如下。 CA6140機床進給箱中基本組的傳動系統如圖1所示,各齒輪的參數如表2所示。調整的原則是盡量不影響CA6140機床所能加工的常用公制螺紋種類。而u基=Z1/Z9=19/14=9.5/7和u基=Z5/Z11=26/28兩對傳動比在公制螺紋加工中沒有用到,因此選擇調整Z5、Z1、Z9的齒數。
Z1 | Z2 | Z3 | Z4 | Z5 | Z6 | Z7 | Z8 | Z9 | Z10 | Z11 | Z12 | |
齒數 模數 變位係數 | 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機床公制螺紋計算式為 S=7u擴u基u倍 (1)
式中:S——工件螺紋導程 u擴、u基、u倍——擴大組、基本組、增倍組的傳動比 當被加工的導程為60mm時,u擴=16,u倍=1/2,故u基=7.5/7=30/28。將圖1中的齒輪Z5的齒數改為30,模數不變,就能實現導程60mm的加工。由於軸Ⅰ軸Ⅱ中心距為63±0.05mm,因此改后的齒輪Z5須進行變位。經計算,齒輪Z5(30)的變位係數為-0.8496。同理,當被加工導程為63mm時,根據式(1)有u基=9/8=18/16。將圖1中齒輪Z1的齒數改為18,模數仍為3.75,變位係數為-0.19,Z9的齒數改為16,模數仍為3.75,變位係數為零。驗算調整后齒輪的中心距誤差,均小於原圖紙標註公差(±0.05mm),這樣就能實現3種導程的加工。
1.橫向進給操縱桿 2.開合螺母操縱軸 3.縱向進給操縱桿
圖2 消除開合螺母和橫向機動進給互鎖原理
圖3 實現螺紋根部錐度加工傳動系統圖
刀具的橫向進給
由於被加工螺桿齒形根部有錐度要求,因此在刀具實現縱向進給運動時必須同時作橫向進給運動,這就需要光杠帶動溜板箱內的橫向機動進給機構。由於CA6140 機床開合螺母和機動進給的縱、橫向是互鎖的,所以必須消除開合螺母和橫向機動進給手柄的互鎖功能。具體做法如圖2所示,圖a表示開合螺母合上,縱、橫機動進給都不能實現。將件2的雙陰影部分去掉,如圖b所示,這樣在開合螺母合上的同時,橫向進給操縱桿1就能轉動,從而使橫向進給也得以實現。圖3是實現螺紋根部錐度部分的傳動系統圖(省略原溜板箱中的縱向進給部分),圖中右邊部分為固定在床身尾部上的錐度變速箱。傳動路線為:絲杠(t=12mm)→錐度變速箱(u錐)→光杠→36/32→32/56→M1(超越離合器)→M2(安全離合器)→4/29→40/48(或40/30→30/48)→M3→48/48→59/18→橫向進給小絲杠(t=5mm)。 所以,絲杠轉1轉,縱向進給量f縱=1×12=12mm,橫向進給量f橫=1×u錐×(36/32)×(32/56)× (4/29)×(40/48)×(48/48)×(59/18)×5=1.211u錐mm。 因為錐度=2f橫/f縱,所以實現3種錐度:1:78、1:57、1:40,錐度變速箱的傳動比u錐為u錐={u1,u2,u3}={0.0635,0.087,0.1238},齒輪參數如表3所示。錐度誤差見表4。
Z13 | Z14 | Z15 | Z16 | Z17 | Z18 | Z19 | Z20 | Z21 | Z22 | |
齒數 | 36 | 18 | 18 | 54 | 29 | 19 | 24 | 46 | 50 | 39 |
表 3
理論值 | 實際值 | 相對誤差(%) |
1:78 | 1:78.23 | 0.294 |
表 4
由於橫向進給運動是由絲杠帶動光杠實現的,因此工作時CA6140機床進給箱中的絲、光杠轉換離合器應使絲杠接通。為保證縱、橫進給之間的嚴格傳動比,溜板箱中靠摩擦傳遞運動的傳動副超越離合器(M1)和安全離合器(M2)應加以固定,以保證加工過程中瞬時傳動比不發生變化。另外,為了便於調整工件和刀具的相對位置,錐度變速箱中的單手柄操縱機構應設置一個空檔位置。