李玉霞

(中國一重集團(tuán)中型裝備制造分廠，黑龍江161042)

2009年5月，一重集團(tuán)中型裝備制造分廠加工了舞陽4 100 mm軋機支承輥換輥拖車上的主傳動件蝸桿，見圖1。其主要參數(shù)：M=32，Z=2，α=20°，齒面粗糙度Ra1.6。以前我公司CW61100A臥車從未加工過此類大模數(shù)、大導(dǎo)程的蝸桿，因此，制定既經(jīng)濟(jì)又合理的加工工藝是解決這一難題的關(guān)鍵。

1 蝸桿技術(shù)要求

(1)材質(zhì)：34CrNi3Mo；

(2)鍛件驗收按Ⅲ組，JB/T 5000.8-1998執(zhí)行HB269-302；

(3)超聲波探傷按JB/T 5000.15-1998規(guī)定，齒部按Ⅲ級不許存在密集區(qū)，其它部位按Ⅵ級；

(4)蝸桿和渦輪裝配磨合達(dá)到接觸要求后(沿齒高不小于55％，沿齒長不小于50％)齒面氮化處理，氮化層深≥0.5 mm，硬度≥500 HV。

2 要解決的技術(shù)難題

由于該蝸桿模數(shù)大、導(dǎo)程大，齒面粗糙度達(dá)Ra1.6，已超出了CW61100A車床的加工范圍，按傳統(tǒng)的車模數(shù)螺紋方法無法達(dá)到設(shè)計要求。

3 制定粗、精切齒方案

該蝸桿的最大導(dǎo)程L=MZπ=32×2×3.14=200.96 mm，而現(xiàn)有設(shè)備CW61100A車床可加工模數(shù)螺紋的最大螺距是n=60×3.14=188.4 mm。因此用CW61100A車床加工該蝸桿必須采取以下工藝措施。

圖1 蝸桿Figure 1 Worm

3.1 粗、精切齒工藝方案

粗加工工藝路線：劃→鏜→粗車各外圓→探傷→粗切齒→穩(wěn)定化處理。

粗車的關(guān)鍵工序是粗切齒。由于蝸桿模數(shù)、導(dǎo)程大，齒深H=2.2×32=70.4 mm，粗切齒時采用切槽刀粗車螺紋槽，用成形車刀切削螺紋的兩側(cè)面留精車量，齒面粗糙度達(dá)Ra3.2，為下序調(diào)質(zhì)做準(zhǔn)備，因此要求工件的轉(zhuǎn)速控制在4 r/min之內(nèi)，合理選擇切削用量完成粗車。

精加工工藝路線：精切齒→精車各外圓→劃→銑鍵槽→鏜→鉗→氮化。

精車時，蝸桿最終熱處理是齒面氮化，齒面及各外圓粗糙度達(dá)Ra1.6。為了滿足氮化前齒面精度要求，需采用小切深、低轉(zhuǎn)速進(jìn)行切削，因此工件的轉(zhuǎn)速要控制在2 r/min之內(nèi)。

3.2 調(diào)整機床加工性能

根據(jù)粗、精切齒工藝要求，調(diào)整CW61100A車床的加工性能，具體步驟如下：

(1)配制模數(shù)掛輪機構(gòu)

根據(jù)螺旋導(dǎo)程計算掛輪，計算公式為：i=L/n×i原

式中i原——車床的基本掛輪速比；

L——工件導(dǎo)程；

n——車床進(jìn)給箱銘牌上可加工的最大導(dǎo)程。

車模數(shù)蝸桿時，CW6100A車床進(jìn)給箱銘牌上可加工最大導(dǎo)程為n=60π mm，基本掛輪速比為i原=52/64×87/90，工件導(dǎo)程L=MZπ=32×2π，則i=(32×2π/60π)×52/64×87/90=52/60×87/90。由計算得出新掛輪組：a=52；b=60；c=87；d=90。重新設(shè)計制作b=60、c=87掛輪。該掛輪組具體布置見圖2。

圖2 掛輪組具體布置圖Figure 2 The layout chart of change speed gear set

(2)調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速

粗切蝸桿時，變換主軸轉(zhuǎn)速手柄到最低3.15 r/min，即可滿足粗切齒工藝要求。

精車蝸桿時，為了滿足精切齒工藝要求，需將主軸轉(zhuǎn)速降低至2 r/min之內(nèi)，采取什么措施得到這個最低轉(zhuǎn)速？最初設(shè)想在主電機輸出端接一套減速裝置，達(dá)到降低主軸轉(zhuǎn)速的目的。后因此方案太麻煩，而且成本也高，故沒有采納。經(jīng)研究確定了最佳工藝方案是將小皮帶輪直徑縮小一半，設(shè)計、制作小皮帶輪，重新選配合適的皮帶。具體設(shè)計要點如下：

根據(jù)帶傳動的傳動比公式i=n1/n2=d2/d1，式中，n1——小皮帶輪轉(zhuǎn)速；n2——大皮帶輪轉(zhuǎn)速；d1——小皮帶輪節(jié)圓直徑；d2——大皮帶輪節(jié)圓直徑。

當(dāng)n1，d2一定時，d1縮小一半，i就相應(yīng)增大一倍，n2也相應(yīng)減少一半。大皮帶輪轉(zhuǎn)速降低了一半，經(jīng)傳動鏈到主軸，使主軸的轉(zhuǎn)速比粗車時也降低了一半。得出主軸最低轉(zhuǎn)速為3.15/2=1.575 r/min。該轉(zhuǎn)速滿足精切齒工藝要求。

(3)確定帶的基準(zhǔn)長度

根據(jù)已知的帶輪節(jié)圓直徑和傳動中心距，按公式計算帶所需的基準(zhǔn)長度。

l0=2A0+π(d1+d2)/2+(d2-d1)2/4A0

=2×770+3.14×(100+280)/2+(280-100)2/4×770

=2 147 mm

式中A0——兩帶輪實際中心距，770 mm；

d1——小帶輪直徑，100 mm；

d2——大帶輪直徑，280 mm。

由計算得l0≈2 147 mm，并查表圓整為2 083 mm。所以選取帶長度為2 083 mm。

(4)驗算小帶輪的包角由公式α=180°-(d2-d1)/A0×57°計算得出α≈166°41′≥120°。

經(jīng)驗算可知新的帶傳動裝置完全符合工藝要求。

4 結(jié)語

通過實施上述工藝方案，加工的蝸桿精度完全符合產(chǎn)品圖紙的要求。此種加工方法利用了現(xiàn)有設(shè)備，并擴大了其加工范圍，不但經(jīng)濟(jì)實用，而且能保證質(zhì)量，也為今后加工同類產(chǎn)品積累了實踐經(jīng)驗。