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        環(huán)面蝸桿加工方法的研究

        2015-11-24 03:37:12黃應(yīng)勇
        大眾科技 2015年12期
        關(guān)鍵詞:拖板環(huán)面蝸桿

        黃應(yīng)勇

        (柳州職業(yè)技術(shù)學院,廣西 柳州 545006)

        環(huán)面蝸桿加工方法的研究

        黃應(yīng)勇

        (柳州職業(yè)技術(shù)學院,廣西 柳州 545006)

        首先介紹了環(huán)面蝸桿的形成原理,然后介紹加工環(huán)面蝸桿機床應(yīng)具備的基本運動、傳統(tǒng)加工環(huán)面蝸桿的方法;最后介紹應(yīng)用兩軸數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿的方法。

        環(huán)面蝸桿;加工方法;數(shù)控車床

        環(huán)面蝸桿(如圖 1所示)具有較高的承載能力和較長的使用壽命,廣泛用于冶金工業(yè)、石油化工工業(yè)、輕工工業(yè)、造船工業(yè)、兵器工業(yè)、建筑工業(yè)、通用機械[1]等各機械行業(yè)當中,環(huán)面蝸桿與圓柱蝸桿比較有如下特點:(1)蝸桿包圍蝸輪,同時參與工作的蝸輪齒數(shù)多(一般是圓柱蝸桿傳動的2~3倍),有較大的重合度;(2)環(huán)面蝸桿傳動的接觸形式有利于共軛齒面間動壓油膜的形成,具有良好的潤滑狀態(tài),磨損小,傳動效率高;(3)最小接觸長度增大,傳動誘導(dǎo)曲率半徑大,故共軛齒面間接觸應(yīng)力明顯減小;(4)與承載能力相同的圓柱蝸輪蝸桿相比其體積更小,所占的空間小,在設(shè)計選型中更方便應(yīng)用于各機械行業(yè)。鑒于以上的特點,環(huán)面蝸桿廣泛用于承載能力大,傳動效率要求高,工作要求平穩(wěn),振動較小的機械中,因為環(huán)面蝸桿的加工難度較大,這就制約了環(huán)面蝸桿的廣泛使用。因此本文討論應(yīng)用二軸數(shù)控車床來加工環(huán)面蝸桿的方法。

        圖1 環(huán)面蝸桿結(jié)構(gòu)示意圖

        1 環(huán)面蝸桿加工方法

        1.1環(huán)面蝸桿形成原理

        環(huán)面蝸桿的形成原理,如圖2所示,蝸桿繞其軸心線O1以角速度ω1自轉(zhuǎn),與此同時在其軸心線平面內(nèi)直線L以角速度ω2繞O2回轉(zhuǎn),直線L在空間形成的包絡(luò)軌跡面,就是環(huán)面蝸桿的螺旋齒面。當螺旋齒面的母線是直線(或平面曲線)時,此為直線齒弧面蝸桿(常稱球面蝸桿);當螺旋齒面的母面是平面(或曲面)時,則為平面齒包絡(luò)弧面蝸桿(簡稱包絡(luò)蝸桿)。直線齒弧面蝸桿難以用砂輪做成符合形成原理的精確磨削。因此,當蝸桿齒面淬火后,無法進行齒面磨削,影響其制造精度。包絡(luò)蝸桿是由平面包絡(luò)而成的,只要母面選擇得當,便可方便地對蝸桿齒面進行精確磨削,從而提高蝸桿蝸輪副的傳動精度。由于包絡(luò)蝸桿可以進行熱處理淬火后精確磨削,國內(nèi)大部分廠礦都采用包絡(luò)弧面蝸桿。

        圖2 環(huán)面蝸桿形成原理

        1.2加工環(huán)面蝸桿應(yīng)具有的基本運動

        不管采用何種加工方法,根據(jù)環(huán)面蝸桿的形成原理,加工環(huán)面蝸桿的機床要有以下基本運動[2](見圖 3):(1)被加工環(huán)面蝸桿的旋轉(zhuǎn)運動ω1,即為機床的主切削運動。(2)刀架旋轉(zhuǎn)運動ω2,當環(huán)面蝸桿以ω1旋轉(zhuǎn)時,刀盤要以ω2速度相進行旋轉(zhuǎn),且ω1和ω2之間應(yīng)有準確的傳動比,即u=ω1/ω2=Z2/Z1,Z1為環(huán)面蝸桿的線數(shù),Z2為蝸輪的齒數(shù),被加工環(huán)面蝸桿和刀盤的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)符合蝸桿蝸輪副的嚙合關(guān)系。ω1和ω2也可稱為齒廓形成運動或展成運動,ω1由主電動機來控制,ω2由進給伺服電動機來控制。(3)橫向切入運動為S1,即X軸進給切入運動。(4)調(diào)整運動S1、S2,分別用來調(diào)整刀具與蝸桿的縱向、橫向位置。

        圖3 加工環(huán)面蝸桿機床基本運動

        1.3常采用的加工環(huán)面蝸桿方法

        目前國內(nèi)加工環(huán)面蝸桿的方法[3]有:在經(jīng)過改裝的普通車床或滾齒機上加工。基本上不采用專用數(shù)控機床來加工。

        (1)用經(jīng)過改裝的普通車床加工環(huán)面蝸桿的方法。具體改裝方法是:將原小拖板及轉(zhuǎn)盤拆掉,在中拖板上裝一個回轉(zhuǎn)刀架,刀盤裝在回轉(zhuǎn)刀架上,在大拖板后端面加裝一減速箱,還要配裝一個掛輪架,掛輪架固定在床身左端,分齒運動由主軸前端大齒輪經(jīng)掛輪架上的掛輪、減速箱、蝸輪蝸桿帶動回轉(zhuǎn)刀架旋轉(zhuǎn)。被加工環(huán)面蝸桿裝在主軸頂尖與尾座上的頂尖之間,由主電機通過主軸帶動旋轉(zhuǎn);如被加工環(huán)面蝸桿參數(shù)有所變化,僅需更換掛輪齒輪就能滿足加工要求?;剞D(zhuǎn)刀架的縱向調(diào)整運動通過調(diào)整機床大拖板左右移動來實現(xiàn),回轉(zhuǎn)刀架的橫向進給運動由機床中拖板進給運動來實現(xiàn)。由于普通車床的主軸最低的速度一般是14r/min,而加工環(huán)面蝸桿一般需要 4r/min,故在主電機與床頭箱這間還要加裝一減速箱,才能滿足加工需要。這種加工方法改造機床工作量大,使機床整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

        (2)用滾齒機加工環(huán)面蝸桿的方法。首先滾齒機具有加工環(huán)面蝸桿所需要的各項基本運動,但是,滾齒機不能用來直接加工環(huán)面蝸桿,因為其切削過程的一些相對運動操作及調(diào)整不適合加工環(huán)面蝸桿,要用其加工環(huán)面蝸桿,必須對其進行一定的技術(shù)改造。而且還要將環(huán)面蝸桿毛坯安裝在滾齒機刀架上,刀盤裝在滾齒機工作臺上才能加工環(huán)面蝸桿。這種加工方法改造機床工作量不大,機床整體結(jié)構(gòu)變化也不大。

        以上兩種加工環(huán)面蝸桿的精度都不太高,其加工精度存在不能解決的缺陷,因為優(yōu)良的環(huán)面蝸桿傳動要以較高制造精度與安裝精度來保證,隨著數(shù)控機床成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備,環(huán)面蝸桿的數(shù)控加工方式[4]將會替代傳統(tǒng)的加工方式。

        2 應(yīng)用兩軸數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿方法

        具備一定基本運動關(guān)系的專用數(shù)控車床才能加工環(huán)面蝸桿[5],兩軸數(shù)控車床只有X軸與Z軸,不具備加工環(huán)面蝸桿所需要的基本運動關(guān)系,因此對其必須進行必要的改裝設(shè)計,否則無法滿足加工環(huán)面蝸桿。

        具體改裝方法是:將原機床電動四方刀架拆掉,在中拖板上裝上一個特制數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架,刀盤裝在特制數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架上,把原控制Z軸運動的數(shù)控裝置用于控制特制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺,且大拖板的左右位置運動改為手動調(diào)整,被加工環(huán)面蝸桿裝在機床主軸頂尖與后頂尖之間。被加工環(huán)面蝸桿參數(shù)改變了,只需改變編程參數(shù)就能滿足加工要求。特制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的縱向位置調(diào)整運動由大拖板手動調(diào)整移動來實現(xiàn),回轉(zhuǎn)工作臺的橫向進給運動由X軸進給運動來實現(xiàn)。

        特制數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺如圖 4所示,該裝置用于兩軸數(shù)控車床上,并經(jīng)一定電氣線路改接,把Z軸的控制用于此裝置的回轉(zhuǎn)控制。伺服電動機1帶動同步帶輪7運動,同步帶輪7通過同步帶6帶動同步帶輪5運動,同步帶輪5帶動轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)盤 3帶動裝在刀具夾持器上的車刀轉(zhuǎn)動,即可加工環(huán)面蝸桿。調(diào)整螺釘用于調(diào)整車刀的旋轉(zhuǎn)半徑以滿足加工要求。

        圖4 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺原理示意圖

        3 結(jié)語

        多軸數(shù)控車床且要帶有回轉(zhuǎn)刀盤的設(shè)備才能加工環(huán)面蝸桿,但是這種設(shè)備的投入大,很多企業(yè)都沒有這種多軸數(shù)控車床。

        因此,應(yīng)用兩軸數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿尤其重要。由于采用高精度、低摩擦的滾珠絲桿作為主要傳動件及采用靈敏的伺服電動機驅(qū)動作為控制,且傳動路線短,可大大提高加工機床的控制精度;在數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架裝上刀具,可對環(huán)面蝸桿進行粗加工、半精加工;在數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架上裝精密磨削頭,可磨削經(jīng)淬火后的環(huán)面蝸桿齒面,這樣可對環(huán)面蝸桿進行精加工,因而大大提高這種環(huán)面蝸桿的制造精度。應(yīng)用兩軸數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿因設(shè)備投入少,所以還能大大降低環(huán)面蝸桿的加工成本,使環(huán)面蝸桿能更廣泛地應(yīng)用于各行機械行業(yè)當中。由此可見,應(yīng)用兩軸數(shù)控車床加工環(huán)面蝸桿具有很好的使用價值,可為廣大機械工程設(shè)計人員及技術(shù)人員提供一種加工環(huán)面蝸桿的方法及參考使用。

        [1] 齊麟.蝸桿傳動設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1987.

        [2] 顏松樺,張迎衛(wèi),顏柏樺.環(huán)面蝸桿加工專用數(shù)控機床設(shè)計研究[J].機械研究與應(yīng)用,2006,19(3):25-26.

        [3] 杜厚金.平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動制造工藝[M].成都:四川科技出版社,1988.

        [4] 趙近宜,管文華.弧面蝸桿加工數(shù)控專用機床設(shè)計[J].現(xiàn)代制造工程,2005, (5):139-140.

        [5] 張建鋼.數(shù)控技術(shù)[M].武漢:華中科技大學出版社,2000.

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        Annulus-worm; processing method; CNC machine

        TG71659

        A

        1008-1151(2015)12-0046-03

        2015-11-10

        黃應(yīng)勇(1962-),男,廣西賓陽人,柳州職業(yè)技術(shù)學院高級工程師,研究方向為數(shù)控機床應(yīng)用技術(shù)。

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