挤出螺杆专业铣床改装设计

1、挤出螺杆专业铣床改装设计摘要通过对螺杆生产工艺了解和分析，明确本文的主要设计内容。我国现今螺杆生产企业应用最普遍的螺杆螺旋面加工方式为成形铣削法，固然它的加工效率较高，然则因为每一种规格的螺杆加工就须要用到一组刀具，致使刀具的需求量特别大，此外，还要配套相应的刀具刃磨设备，这会致使企业投入生产资本比较高。而且国内螺杆加工企业的加工设备相对落后，加工工艺相对落后，无法加工高精度的螺杆。而国外目前却已经采用完全的数控设备来加工螺杆，使螺杆的精度达到非常高的水平。但是国内因为资金以及其他各种各样的原因，完全采用数控设备来加工螺杆的企业非常少。很大一部分企业采取普通螺杆机床来加工，而普通螺杆机床基本是

2、通过通用车床改造而成的。因此，将普通车床改制成螺杆铣床，不管从人力方面，还是从时间方面，都有了很大的节省，这样不仅降低了成本，而且提高了生产效率。本文将用普通的C630车床改造螺杆铣床，用铣刀头取代了刀架，并采用电动机带动铣刀转动。这里主要是对车床的一部分加以改造，确定螺杆铣床的传动方案，对主轴箱、进给部件进行了设计，计算及对各设计部分图形的绘制。关键词：螺杆；螺杆铣床；铣削；机床AbstractThrough the production process analysis of screw to determine the main design elements of this artic

3、le.Now screw manufacturer in China the most widely used method for processing screw is helical shape milling method.Although the process more efficient, but the processing of each specification screw requires a set tool, tool demand for larger.In addition, as also supporting the appropriate tool gri

4、nding equipment, leading to greater business input costs of production.The processing equipment of domestic screw processing enterprises backward , processing technology behind, unable to process high-precision screw.Now relative abroad is processing screw with CNC equipment completely, so that the

5、screw to achieve a very high level of accuracy.However, because of funding and other aspects of reasons, complete with CNC equipment to process screw of enterprise is very few.Most of the enterprises use the ordinary screw machine to process, and general screw machine is basically formed by the univ

6、ersal lathe.Therefore, ordinary lathe converted into a milling machine, regardless of human respect, or from the time, there has been a great save, this not only reduces costs, and improve productivity.This will transform the ordinary C630 lathe into the screw milling machine, milling head with a kn

7、ife instead, and use of motor driven rotating cutter.Here the main part is to be modified lathe, determine the transmission scheme of milling machine screw, the design of the spindle box and the feed components, calculation and rendering of design of various parts.Key words:screw screw milling machi

8、ne milling mother machine目 录前 言（1）第1章 概述（2）1.1 挤出螺杆（2）1.2 几何形状及其主要参数（4）1.3 挤出螺杆加工工艺（5）第2章 挤出螺杆加工工艺（7）2.1 螺旋面的车削加工（7）2.2 螺旋面的数控加工（8）2.3 螺旋面的包络法铣削加工（9）第3章 螺杆加工机床改装设计（11）3.1 机床改装设计的要求与原则（11）3.2 分析机床要改装设计的部分（12）第4章 机床具体改装设计（14）4.1 普通C630机床的介绍（15）4.2 主传动部分的改装设计（16）4.3刀具刀架部分的改装设计（18）4.4刀具刀架安装（21）小结（23）致谢（

9、24）参考文献（包括引文注释）（25）前 言螺杆在机械工业中应用非常广泛，如橡塑机械、食品机械、纺织机械、石油机械、制冷机械等各个方面，由于螺杆的特殊结构决定了它需要特殊机床来加工。尤其是螺杆螺旋槽的加工，由于螺杆螺旋槽形状各不相同，更加决定了无法使用普通机床加工。随着数控技术的发展，数控机床固然可以加工更为复杂的零件，但是数控机床在加工长轴类、大切削力的零件时仍然存在切削力不够的难题，而且数控加工编程复杂。有一些批量生产的零件更适用于在改装的普通车床上来加工。这对于特殊行业、特殊零件的加工，合理地利用传统加工设备的原理和成熟的制造技术，结合各工种设备的特点，果敢设想，进行运动的合成与剖析，利

10、用当今技术手段进行创新设计，取得事半功倍的效果。这样做的意义是：使传统意义上的机床功能更加广阔，满足特种零件制造的工艺要求。对于变螺距螺杆、异性螺杆等一系列加工表面很复杂的零件，超常规的螺杆，数控机床虽然可以加工，但国内因为经费及其他各种各样的问题，采用数控螺杆铣床进行加工螺杆的企业极少。所以如果需要批量生产的话更适合于在通过改装后的一些普通机床上进行加工。我们可以在普通的机床上进行一些改装和组合，使之达到我们对一些复杂零件的加工需求。普通机床是能对环、盘、轴等多种类型工件进行很多种工序加工的车床，通常用于加工零件的内外回转端面、轮廓和各种内外螺纹，采取相应的刀具和条件，还可以进行钻孔、扩孔、

11、攻丝和滚花等方面的加工。普通车床是车床中应用最为普遍的一种，约占车床类总量的65%。因此，鉴于目前国内各企业的实际情况，本文讨论的是对普通的C630车床的改装设计，使之达到在普通车床上进行螺杆的铣削加工的目的。此次机床改装的主要部分是普通机床的刀具部分以及主轴箱的进给部分，其中包括刀具、电动机的选择、主轴箱减速机构的设计等。由于能力有限，改装设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给以指导。第一章 概述 1.1 挤出螺杆 螺杆是外表面切有螺旋槽的圆柱或者切有锥面螺旋槽的圆锥。螺杆具有各不相同的头，如外六角螺杆，大扁螺杆、内六角螺丝等等。由挤出过程可知，螺杆是在一定腐蚀、高温、大扭矩、强烈磨损之下工作

12、的，所以，螺杆必须具备的条件：1.耐腐蚀，物料具有腐蚀性； 2.耐高温，高温下不变形； 3.高强度，可承受大扭矩，高转速；4.耐磨损，寿命长；5.具有良好的切削加工性能；6.热处理后残余应力小，热变形小。目前我国常用的螺杆材料有40Cr、45号钢、氨化钢、38CrMOA等。1.40Cr的性能优于45号钢，但往往要镀上一层铬，以提高其耐腐蚀耐磨损的能力。但对镀铬层要求较高，镀层太薄易于磨损，太厚则易剥落，剥落后反而加速腐蚀，目前已较少应用。2.45号钢便宜，加工性能好，但耐磨耐腐蚀性能差。3）氮化钢、38CrMoAl综合性能比较优异，应用比较广泛。一般氮化层达 0406毫米。但这种材料抵抗氯化氢

13、腐蚀的能力低，且价格较高。螺杆是塑料机设备中最主要的零部件，它直接决定了塑料机塑化的效果和产量。螺杆在料筒内旋转工作是在高温、高压、大扭拒、强磨损之下进行的，因为它要在转动中强力推动物料前进，同时，它自身还要承受强大的摩擦力和塑料分化腐蚀气体的腐蚀，因而螺杆的原料必需具备很高的力学强度、承受巨大的扭力矩和高温高压条件下不变形的必要性能，目前国内的塑料机一般采取38CrMoAl合金钢材制造的。根据螺杆根数可以分为单螺杆、双螺杆、三螺杆、多螺杆。双螺杆又可以分为锥形双螺杆和平行双螺杆。双螺杆按照旋转方向又可分为同向双螺杆和异向双螺杆。根据螺槽构造特性可以分为等深螺杆和非等深螺杆。根据螺棱特征可以分

14、为波形螺杆和普通螺杆。根据螺棱数量可以分为单头螺杆、双头螺杆和三头螺杆。螺杆按结构及其几何形状特征，可分为新型螺杆和常规螺杆，新型螺杆形式有很多种，例如分离型螺杆、分流型螺杆、波状螺杆、无计量段螺杆等等，而常规螺杆又称为三段式螺杆，是螺杆的基本形式。对于各种挤出机及螺杆而言，一般都可将整个螺杆分成三个功能段，第一阶段在靠近进料口处，称之为螺杆进料段，主要是向挤出机的中部进行喂料。对于等距不等槽而言，此一段的螺槽最深，以便于能咬料和喂料。第二阶段是螺杆的压缩段或过渡段，是粒料塑化的关键段，也就是说粒料经过这一段后应该是已经塑化好的料子，这一段的螺槽深度应是由身变浅，这样就不可避免地对料造成一种压

15、缩状态，已经能很好的促使料的塑化。第三阶段是螺杆的挤出段，在此段内的料已是完全塑化了的，这一段的作用就是将塑化好的料很好地挤入模头之中就可了，所以，此段的螺槽深度最浅，以便于塑化好的料方便滑出。常规螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段（输送段）、压缩段（塑化段）、计量段（均化段）;根据塑料在挤塑机中物态变化、流动情况和螺杆的基本职能来划分，大致分为加料段、塑化段、均化段。1.加料段：又称为预热段。它的主要职能是对塑料进行压实和输送。2.塑化段：又称为压缩段。它的主要作用是将加料段送来的塑料进一步压实和塑化，并且将塑料中夹有的空气压回到加料口处排出，还能改善塑料的热传导性能。3.均化段：又称为熔融段

16、。它的主要作用是将塑化段已经塑化好的粘流态塑料，在温度的持续作用下，塑化的更加均匀。根据材料性质不同，常规螺杆又可分为渐变型、突变型和通用型螺杆。通用型螺杆：适应性比较强的通用型螺杆，可适应多种塑料的加工，避免频繁更换螺杆，有利于提高生产效率。突变型螺杆：压缩段较短，塑化时能量转换比较较剧烈，多用于聚烯烃、PA等类结晶型塑料。渐变型螺杆：压缩段较长，塑化时能量转换较缓和，多用于PVC等热稳定性差的塑料。常规螺杆各段的长度如下表所示：表1.1 常规螺杆各段长度螺杆类型加料段（L1）压缩段（L2）均化段（L3）通用型4550%2030%2030%突变型6570%155%2025%渐变型2530%5

17、0%1520%螺杆在扭转过程中，主要靠螺棱对塑料进行剪切塑化，并推动塑料前进，因而螺棱承受巨大的剪切应力和摩擦力，因为长时间在苛刻条件下工作，螺棱磨损严重，螺棱变小，同料筒的间隙不停增大，导致塑料挤出量的不断降低，严重时会产生塑料回流，且塑化效果持续降低，出现晶粒和产能严重降低现象，企业为了提高生产效率节省生产本钱，一般会采用购买新炮筒、螺杆的方法来解决，其实当我们知道螺杆的工作原理后不必采取这种方式。 进口的螺杆质量比国内的螺杆高很多，且塑化效果非常好，其因在于进口机采用的原材料不同，国外的螺杆料筒采用特种合金钢材，是以经久耐用，并且决定螺杆炮筒的耐用与否，最关键在于螺杆的螺棱，所有螺杆受摩

18、擦力最大处便是螺棱，采用在螺棱上堆焊高达250元的进口特种耐磨合金钢材（加工后厚度在1.5MM,硬度可达1100-1400HV,而一般螺杆螺棱硬度在HV800上下）以提高螺杆耐用性。当螺棱的耐磨度和硬度解决之后，螺杆的寿命随之延长。理论上来讲，堆焊合金的螺杆比渗碳钢寿命高3-4倍。螺杆冷却的目的主要是为了有利于加料段物料的输送，同时也可以防止塑料因过热而分化，有利于物料中所含气体从加料段的冷混料中返回而且从料斗中排出来。通入螺杆中冷却介质可以是水、空气。使用螺杆冷却水应注意下面的几点：（1）螺杆冷却水的流量不宜过大，要适量，用手摸水感觉水温暖即可。（3）操作时应做到停机时要停水，防止设备发生事

19、故。（2）使用螺杆冷却水要注意外径的变化。在螺杆和牵引速度相适应时，如果使用螺杆冷却水，易使电线电缆外径变小，绝缘厚度变薄。（4）交接班时要交清使用螺杆冷却水的情况。1.2几何形状及其主要参数挤出螺杆的参数有很多，常规的主要参数有以下几个：1.螺杆长径比L/Ds 螺杆工作部分长度L与螺杆直径Ds之比称为长径比，在其它条件一定时（如螺杆直径），增大长径比就意味着增加螺杆的长度。L/Ds值大，温度分布合理有利于塑料的混合和塑化，此时塑料在机筒中受热的时间相对较长，塑料的塑化将更充分、更均匀。从而提高机塑的质量。若是在塑化质量要求稳定的条件下，长径比增大后，螺杆的转速可有效提高，从而增大了塑料的挤出

20、量。可是，选择过大的长径比，螺杆损耗的功率将相对增大，并且螺杆和机筒的加工和装配机难度增长；螺杆弯曲的可能性也会增大，将会引起螺杆与机筒内壁的刮磨，降低螺杆的使用寿命。此外，对于热敏性塑料，过大的长径比会因停留时间长而热分解，影响塑料的塑化和挤出质量。是以，在充分利用长径比加大后的优点，选择时要按照加工塑料的物理性能和对产出的挤塑质量要求而定。2.压缩比亦称为螺杆的几何压缩比，是螺杆加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。它是由塑料的物理压缩比即制成品的密度与进料的表示密度的比值来确定的。使挤塑机压缩比较大，它的目的是使颗粒状塑料能充分塑化、压实。加工塑料的种类不同时，压缩比的选择也

21、要不同。按压缩比来分，螺杆的型式可分为三种：等距不等深、等深不等距、不等深不等距。其中等距不等深是最常用的一种，这种螺杆加工相对较容易，塑料与机筒的接触面积大，传热效果相对好。3.螺旋升角即螺纹与螺杆横断面的夹角。螺旋角太大确保不了塑化时间，而且降低螺杆的塑化质量，若是太小则螺纹密，螺槽容积减小，从而影响挤出量。对于送料段，30螺旋角最合适于粉料；15螺旋角合适于方形料粒；17左右螺旋角合适于球状或柱状料粒。由均匀段理论分析得知，螺旋角30时的挤出流率最高。实际上为了加工方便，多取螺旋角1741。4.螺距S和螺槽宽度W螺距即螺纹的轴向距离，螺槽宽度即垂直于螺棱的螺槽宽度。在别的条件相同时，螺距

22、和槽宽的改变，不单单决定螺杆的螺旋角，并且还影响螺槽的容积，从而影响塑料的挤出量和塑化水平。螺槽宽度加大则意味着螺棱的宽度相对减小，螺槽的容积相应增大，挤出量会有所提高；同时螺棱的宽度相应减小，螺杆回旋摩擦阻力相应减小，所以功率损耗降低。5.螺槽深度H即螺纹外半径于根部半径之差。按照压缩比的要求，加料段槽深大于熔融段，熔融段槽深又大于均化段。加料段螺槽深度增大，有利于提高它的运送能力；可是槽要是太深，一方面使螺杆的强度下降，导致螺杆在较大扭力作用下发生剪断；第二方面太深使塑料在槽间混合不均、搅拌不匀，从而影响热传导和热平衡，并且会导致螺杆塑化能力下降。而熔融段和均化段螺槽逐渐变浅，螺杆对物料产

23、生较高的剪切速度，对筒壁向物料传热和物料的混合、塑化有很大的好处，若是太浅，螺槽的容积减小，会直接影响挤出量。6.螺杆与机筒的间隙即机筒内径与螺杆外径之差的一半。螺杆与机筒间隙的大小，对挤塑产量和质量都有比较大的影响，特别是对塑化起着不可替代的作用。当螺杆与机筒的间隙过大时，特别是均化段间隙增大，就会出现塑料的逆流、漏流增加的现象，不仅仅会引起挤出压力的波动，影响挤出量；并且由于这些回流的增加，会使塑料过热，这是由于摩擦加剧的原有，这种过热，特别会发生在散热不良的环境中，常常导致塑料分解，造成塑化差、成型困难。所以，螺杆与机筒间隙一般控制在0.10.6mm间。7.螺杆头部结构螺杆头部的形状和几

24、何尺寸，与物料可否均衡的从螺杆进入机头，可以避免滞流，以免局部物料受热时间过长从而产生热分解现象等。不同形状的螺杆头，在挤塑的过程中，塑料从螺杆进入机头时的流动方式也会各不相同。从旋转运动变为直线运动，这时靠筒壁处的塑料流动慢，在中央处的流动快，按照塑料的流动状态，螺纹的深度和两侧的圆弧半径可酌处应的调整，以达到螺杆各段的要求。螺杆头部常采取锥角较小的锥体形状，其目的是为了增强搅拌作用，可在锥体形状上制成与螺杆均化段持续的螺纹。8.螺杆螺纹的头数在别的条件相同的情况下，多头螺纹与单头螺纹相比较而言，多头螺纹对物料的正推力相对较大，攫取物料的能力比较强，而且可降低塑料熔体的倒流现象。但螺纹全部都

25、是多头螺纹时，会因为各条螺槽的熔融、均化或对熔体运送能力不一致，容易引起挤出量的波动和压力的变化，不利于挤出质量。因此，偶尔只是为了提高加料段攫取物料的能力，在加料段设置双头螺纹，以提高塑料粒子的运送能力。 1.3挤出螺杆加工工艺由于本文所介绍的挤出螺杆是用普通的C630车床改装成螺杆铣床后所加工，因此这种螺杆是企业里在加工的一种。所加工的螺杆的直径D为30mm，螺距P为26mm，导程S为52mm。螺杆的零件图如下图所示：图1.1 挤出螺杆简图螺杆在加工过程中主要的几个难点有以下几个方面：1铣螺旋槽：由于螺杆的牙型复杂，螺棱为变螺距，螺距较大，且各段螺距不同。因此无法使用常用的铣床、车床生产，

26、必须采用专用机床进行加工。2抛光：由于螺杆形状复杂，表面粗糙度值要求低.无法采用普通抛光工具和抛光机床，必须采用专门设计的抛光机，采用砂带，这样才能使表面粗糙度值达到0.4微米。3氮化：氮化主要考虑减少氮化变形措施，氮化参数是螺杆性能的主要参数，如何确保氮化层深度，硬性和脆性要求，在工艺上采用哪些措施也是难点。为减少氮化变形，螺杆在氮化炉里采用竖直吊挂的方式，氮化层厚度必须达到0.6-0.8mm。4校直：因为螺杆加工后可能会产生变形，所以必须进行校正。在校直之前必须进行检测，以确定变形量，变形角度，然后采用热校直。螺杆是挤出机的核心部件，而螺杆的特殊结构决定了它的加工难度，因此螺杆的加工工序是

27、非常重要的。结合上面所述的螺杆加工难点，可以得出以下的螺杆加工工序表：表1.2 螺杆加工工序表工序号工序名称工序内容加工设备1粗车粗车外径和端面，必须保证外径和一端面同一基准。车床2调质热处理3半精车车外径，留磨余量，加工好螺杆后面的螺旋孔。车床4铣键槽铣平键槽铣床5粗铣螺旋槽螺杆铣床6定心热处理7精铣螺旋槽螺杆铣床8磨磨外径磨床9抛光将毛刺去除，螺旋槽的粗糙度达到要求专用机床10氮化热处理，氮化层必须达到0.60.8mm11校直校正螺杆的跳动度从以上加工工艺可以看出普通螺杆加工的复杂性，尤其是螺旋槽更加的复杂，因为它的螺距很大，加工中需要很低的主轴转数和较高的刀具进给速度。显然普通的机床无法

28、去加工，必须是专用改装机床来进行加工。国外基本是采用数控加工设备进行加工，而国内因为资金和其他方面原因无法大规模的使用，所以一般中小企业都是采用将通用车床进行改装来加工螺杆，以降低企业的生产成本。第二章 螺杆螺旋面的加工方法螺旋面是一条母线绕一定轴作螺旋运动而形成的曲面。由此可见，决定螺旋面的因素有：螺旋运动、母线、母线与定轴的相对位置关系。不同的母线与不同的螺旋运动、母线与定轴间不同的位置关系，就会形成不同种类的螺旋面。螺旋面的加工方法有很多种，一般有螺旋面的车削加工、螺旋面的数控加工和螺旋面的包络法铣削加工这三种加工方法。2.1螺旋面的车削加工螺旋面的车削加工一般是指直旋螺旋面或线性螺旋面

29、的加工。直旋螺旋面的特点是形成该螺旋面的母线可以是一条直线，该螺旋面一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。依据车刀安装位置的差异，所加工出的螺杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也各不相同。根据不同的齿廓曲线，一般可分为阿基米德螺杆、渐开线螺杆、法向直廓螺杆和锥面包络螺杆等四种。以下主要介绍前三种螺杆：（1）阿基米德螺杆的车削加工这种螺杆，在垂直于螺杆轴线的平面(即端面）上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包括轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓）为直线，其齿形角 。它可以在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角 ）或双刀车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必需通过螺杆的轴线，如下图所示。这种螺杆磨削非常困难，当导程角比较

30、大时加工不便。（2）法向直廓螺杆的车削加工这种螺杆的端面齿廓为延伸渐开线(如下图所示），法面(N-N）齿廓为直线。此螺杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。刀具的安装形式如下图所示，这种螺杆磨削起来也比较困难。（3）渐开线螺杆的车削加工这种螺杆的端面齿廓为渐开线，如下图所示，是以它等于一个少齿数(齿数就是螺杆偶数）、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮，这种螺杆可把两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切，它的一把刀具高于螺杆轴线，另一把刀具则低于螺杆曲线，如图所示。刀具的齿形角应等于螺杆的基圆柱螺旋角，这种螺杆可以再专用机床上研磨。图2.1 螺旋面的三种车削加工方法图中ZA为

31、阿基米德螺杆的车削加工，ZN为法向直廓螺杆的车削加工，ZI为渐开线螺杆的车削加工。从以上三种加工方法中，可以看出螺旋面的车削加工只适合用在加工直旋螺旋面或者线性螺旋面。这对于目前市场上有很多各种螺旋面的螺杆不能应用，而本文主要是针对小企业里加工的一种普通的挤出螺杆的铣削加工，所以以上三种的方法都不适用于本文所讨论的螺杆的铣削加工。2.2螺旋面的数控加工注塑机、挤出机做为出产塑料制成品的专用机器，在世界范围内应用十分广泛。螺杆作为挤出机、注塑机的主要元件，它的加工质量直接影响着挤出机、注塑机的性能。用传统的手工操作方式加工的螺杆一致性差、功效低，加工质量得不到保障。采用数控技术加工螺杆已成为发展

32、必然的趋势。目前专门用于加工螺杆的数控铣床价格昂贵、维修困难不易，被广泛的小企业接受；而采取经济型数控系统及步进电机对车床进行改造成的经济型数控螺杆铣床，固然价格比较低，但是功能比较少，可靠性比较差，使用过程中存在很多问题。现今很多企业在用的数控铣床都是在车床上加装上SKY数控系统，从而改造成一台专门用于加工螺杆的数控螺杆铣床。它具有功能强、效率高、加工出来的螺杆精度高、统一性好等优点，并且可以轻松地加工变径、变距（包括分段变距和持续变距）等各种各样特殊要求的螺杆。该机床是在普通车床的拖板上装加装铣头，并装置数字式交流伺服电机，分别控制主轴旋转及拖板的X、Z向运行，用来实现三轴联动。通过三轴联

33、动的控制方法，来加工出各种形状的螺杆。将车床上的刀架拆掉，并装上铣头。铣头和主轴由数字式交流伺服电机直接通过同步带轮、同步带传动。X、Z向由数字式交流伺服电机直接通过联轴节与滚珠丝杠直连，从而控制X、Z向移动。这样，整个机械改动就会很小，机械构造更为简单、运行更灵动，而且可以减少了传动的误差。用SKY数控系统改造的螺杆铣床，用装在电机上的编码器作为检测元件，驱动装置为数字式交流伺服电机，从而组成一个输入为j，输出为0的随动系统。因为编码器的分辨率较高，反馈采取数字脉冲，伺服部分采取双脉冲输入来控制，保证了它具有很强的抗干扰能力。SKY数控系统是基于通用PC平台的数控系统。对于专用的螺杆加工程序

34、，可以用C语言编制通一用参数化自动编程模块来编写程序。为了使用更方便，SKY数控螺杆铣床内置了参数编程模块。根据螺杆的各段参数，可以建立参数方程： 依据螺杆的精度要求得出相应的增量dt，便可以求出相应的空间点位置X、Z、A并按数控代码输出就可以了。从以上内容可以看出，数控加工是以后螺杆加工的必然趋势，数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量。有广泛的适应性和较大的灵活性。可以实现一机多用。不需要专用夹具。采取普通的通用夹具就能满足数控加工的要求，这样便节约了专用夹具设计、制造和存放的费用。大大减轻了工人的劳动强度。数控机床是具有广泛的通用性又具备很高自动化程度的机床。但是，因为数控机床的价

35、格比较昂贵，不利于加工大批量的零件，而且系统复杂，维修保养费用比较高，加大了企业的生产成本。所以，一般的小企业都采用普通车床改装的铣床来加工螺杆，而不会采用数控机床来生产螺杆。2.3.螺旋面的包络法铣削加工螺杆被广泛应用于各类机械之中。当前,螺杆螺旋面通常采取成形的指状铣刀或盘状铣刀相对于被加工螺杆作螺旋运动以实现螺杆螺旋面的加工成形。这种加工的方法对切削刀具的要求相对较高,螺杆螺旋面的型线完全由刀具的刃形来保证,一种类型或规格的螺杆需要配备1组(或1把)专用的成形的刀具,而且成形刀具刃形的磨制需要用到专用的刃磨设备,刀具制造比较困难,成本也比较高。为此,采取包络原理进行新型螺杆加工方式的探讨

36、,即用标准的圆形或三角形刀片,在自行改造的内旋风式三轴联动数控铣床上,依据所给的螺杆型线通过包络原理实现螺杆螺旋面的加工。所说的螺杆包络法加工,即采用标准的圆形或三角形刀片根据螺杆型线和表面粗糙度的要求,不停改变刀具和工件的相对运动关系,利用刀具刃形空间运动轨迹,包络加工出所需要的螺杆螺旋面。所谓成形法加工,就是螺杆螺旋面的形成是直接由刀具刃形来控制的。可见,螺杆包络法加工具有如下的优越性:刀具廓形简单,不需要专用的刃磨设备,刀具制造成本比较低;1把刀具可加工多种螺杆;可采用高性能的硬质合金刀具,可以有效提高切削效率。图2.2 无瞬心外包络过程示意图图2-2为无瞬心外包络法铣削加工的过程示意图

37、。无瞬心包络加工，既是通过在机床上铣刀与工件所做相对轨迹运动，通过刀尖圆弧回转轨迹所形成圆环面包络生成工件曲面廓形。关键在于建立螺杆表面和刀具切削刃表面的数学模型，利用空间啮合原理求解刀具相对于工件的运动轨迹。结合机床的运动要求，转化为数控编程所需的各坐标轴的运动信息。图2.3 内包络旋风铣削加工螺杆示意图图2-3为螺杆内旋包络铣削法的工作原理示意图,其加工方式所使用的刀具是由几只菱形或圆形标准刀片构成的内旋铣刀盘,通过工件与刀具的相对运动组成内旋风铣削。刀具在切削旋转过程中,刀尖圆弧形成一定的圆环面,该圆环根据一定的规律在空间作包络运动,最后形成的包络面便是螺杆的螺旋面。为避免刀具与螺杆螺旋

38、面的干与,在铣削螺杆前依据螺旋面参数,通过角度调整系统将旋风铣刀盘的轴线相对于工件的轴线旋转形成一定的角度。铣刀盘的高速旋转运动形成主切削运动。铣刀盘可以由拖板带动来实现其沿工件轴线的运动和垂直于轴线的运动,用来保证切削进给运动由内旋包络铣削法工作原理可知,机床应具备三轴联动的功能,即工件的旋转运动c轴)、刀具沿工件轴线的直线运动(Z轴)已经刀具沿工件径向的直线运动(X轴)。螺杆的包络加工有2种各不相同的包络方法,便轴向包络法和端面包络法。所说的轴向包络法,是指计算出1个包络点,然后以这个包络点对应的刀具位置为起始点,通过Z轴和C轴的联动,使工件转动1转刀具沿轴向移动1个螺杆导程的包络加工方法

39、,当1个包络点加工完成后再进行下一个包络点的计算,直到螺杆螺旋面加工包络成形为止。如图示,这种方式的刀具运动轨迹由一条条不同直径的圆柱螺旋线构成。而所谓端面包络法,就刀具按螺杆端面型线进行包络铣削加工,工件每旋转1转其包络1个螺杆端面截形,同时沿轴向移动一个微小包络间距Z,直至将整个螺杆包络加工完成。由图可见,这种包络加工方式需要整个刀具的运动轨迹为1条异形螺旋线,而且需要通过X、Z、C三轴联动才能进行这种包络运动。从以上三种螺旋面加工方法中所示，每个方法有自己的优缺点。由于本文主要是针对小企业本身拥有的普通车床改装成铣床的特点。螺旋面的车削加工只能加工一些直旋螺旋面或者线性螺旋面，并不能满足

40、于现在企业里对螺杆螺旋面的需求。而螺旋面的数控加工的话，虽然数控机床可以提高零件的加工精度，稳定产品质量，大大减轻工人的劳动强度。但是由于数控机床的价格相对比较昂贵，一般的小企业并不能承受如此高昂的价格，这也会加大企业的生产成本。所以，一般来说，绝大多数小企业都是采取对普通机床进行改装设计，改造成为螺杆铣削加工的机床，并采用包络法螺旋面加工方法，这样即能满足一些市场上的螺杆要求，而且企业的生产成本也不是很大，在企业的承受范围之内。所以这种对普通机床的改装在国内应用的十分普遍。第三章 螺杆加工机床改装设计3.1机床改装设计的要求与原则机床设计和其他产品设计一样，都是根据市场的需求、现有制造条件和

41、可能采用的新工艺以及有关科学技术知识进行的一种创造性劳动。机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是国民经济各部门赖以生存和发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。机械制造业的生产能力和制造水平，主要由机械制造装备的先进程度来决定。机械制造装备的核心是金属切削机床、精密零件的加工，主要依赖切削加工来达到所需的精度。评定机床性能的标准是机床技术经济指标，具体体现在经济合理、技术先进两方面。机床的改装设计也是如此，改装后的机床只有更加的质优价廉，才能得到各企业的认可与欢迎。因此，机床的改装设计有以下几个要求原则：1. 生产率。机床的生产率是指在单位时间内，机床所能加工的工件数量。2

42、. 可靠性。可靠性是指机床在规定使用期间内，功能的稳定程度，也就是要求机床不轻易发生或极可能少发生故障。3. 工艺范围。机床的工艺范围是指机床适应不同加工要求的能力，大致包括如下内容：在机床上可完成的工序种类；加工零件的类型；材料和尺寸范围，毛坯的种类等。4. 自动化。机床自动化可减少人对加工的干预，更好的保证被加工零件精度的稳定性，同时还可提高生产率，减轻工人的劳动强度。5. 加工精度和表面粗糙度。机床的加工精度是指被加工零件在尺寸、形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。6. 机床寿命。机床寿命指机床保持它应具有的加工精度的时间。本文基于是对普通的C630车床进行改装，肯定涉及到刀具等一些

43、零件的设计改装，因此，设计改装这些零件时也有一定的要求。一般有以下几个基本要求：1. 避免在预定寿命期内失效的要求。零件在工作中应该具有适当的强度，提高零件的强度。零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度。提高零件在加工过程中的寿命。2. 经济性要求。零件的经济性首先表现在零件本身的生产成本上。设计时应力求设计出耗费最少的零件。3. 可靠性要求。一台机器的可靠性是依靠组成它的零部件的可靠性及系统构成来保证的。4. 结构工艺性要求。零件具有良好的结构工艺性，是指在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产出来，并便于装配成机器这一特性。5. 质量小的要求。对绝大多数机械零件来说，都应当力求减小其

44、质量，这样就可以增加运载量，提高机器的经济效能。零件的设计还有以下的设计准则，这些只是对大部分零件来说，不同的零件在差异较大的工作环境中工作的话，都有自己不同的设计准则：1. 强度准则。强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度。强度计算的代表公式为（S为设计安全系数简称安全系数）。2. 刚度准则。零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或等于机器工作性能所允许的极限值y，就满足了刚度要求。其代表公式为。3. 可靠性原则。零件在工作环境条件下工作t时间的可靠度R可表示为 4. 振动稳定性准则。机器中存在着很多的周期性变化的激振源。振动稳定性就是说在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率

45、与激振源的频率错开。通常应保证如下的条件：或其中f代表零件的固有频率，fp代表激振源的频率。5. 寿命准则。因为影响寿命的主要因素由腐蚀、磨损和疲劳三个不同范畴的问题构成，它们各自发展过程的规律也不同。3.2分析机床要改装设计的部分本文所讨论的机床改装是在普通的C630车床的基础上进行改装设计的，使之能加工企业里要求生产的一种普通的挤出螺杆。所以，依据机床改装设计的设计要求和原则，以及对车床和铣床的研究后，所得出要对机床进行改装设计的一种方案。根据改装设计方案，画出机床需要改装设计的部分，及其在机床上的分布图。由于此次加工的螺杆的是普通的挤出螺杆，螺距为26mm，导程为52mm。因为此螺杆是在

46、普通的C630车床上改装的铣床上加工，所以，螺杆的长度应该尽可能的控制在一定范围之内。加工较小的螺杆的话，螺杆的长度应该控制在5-6个导程之内，而加工较大螺杆的话，螺杆的长度应该控制在1-1.5个导程之内。在加工这种挤出螺杆的时候，大部分都是先加工前角，然后再加工后角，即第一刀加工的是螺杆的前角，第二刀加工的是螺杆的后角。螺杆的导程变大的话，只要增加加工刀数就可以实现了。由于挤出螺杆的螺纹并不是同样的，而是有疏密的不同，因此在加工螺杆时，大部分是通过工人的目测，看螺杆加工经过了几个导程，再在车床上进行手动调整。这样就可以完全实现不同疏密程度的螺纹加工。本文改装设计的机床主要是加工一些长度、半径

47、比较小的螺杆，如果要在同一机床上加工那些半径比较大的螺杆的话，就需要采取降低机床的中心高度的方法。但由于本来的C630车床的中心高度与工件是等高的，而且车床的刀具这部分不能调整。经过改装后的机床是把铣刀代替车刀，所以车刀刀具部分由铣头座代替。而且整个铣头座是直接安装在小拖板上的，铣头座与小拖板中间有一个垫片，因此，只要把铣头座与小拖板之间的垫片拿下来就可以降低机床的中心高度，从而实现加工大半径螺杆的加工要求。车床加工零件时，为了防止零件的转动或者移动，除了一端用三爪卡盘固定外，另一端是通过车床的顶尖来固定零件的转动或者移动。但在改装C630车床中，移除了车床本身的顶尖结构，因此如何固定住零件是

48、一个问题。所以在改装过程中，可以通过增加两块压板来防止零件的转动或者移动。而为了要压住工件，上下两块压板的宽度一定要超过所加工工件的半径。由若干传动件构成的传动联系称为传动链，根据传动联系的性质，可将传动链分为外联系传动链和内联系传动链。外联系传动链简称外链，即执行件（如主轴、刀架、工作台等）与动力源（如电动机、液压马达等）之间的相对传动的传动链。因此，外联系传动链并没有严格的要求。此次改装设计的机床是在本来的车床主轴和电动机之间增加一个蜗轮调速器和在刀架上增加一个电动机。因此，都是利用V形带传动来互相连接。带传动失效的主要形式是打滑和疲劳损坏，所以，带传动的设计标准是：在保证不打滑的前提下，

49、带传动具有一定的疲劳强度和使用寿命。普通V带的疲劳强度条件为或者，为在一定条件下，由带的疲劳强度所决定的用应力。常用的带轮材料为HT150或HT200。转速较高时可以采用钢板冲压后焊接而成或用铸钢。小功率时可用塑料或铸铝。带轮的重量要轻、质量分布要均匀、便于制造、避免铸造产生过大的内应力、消除制造内应力。锻造、烧结、焊接的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、气泡、缩孔；锻造的带轮在不提高内部应力的基础上，允许对轮缘、凸台、腹板、轮毂的表面的缺陷进行修复；转速高于极限转速的带轮需要做静平衡处理，反之要做动平衡处理。第四章 机床具体改装设计根据第三章所示，可以根据机床改装设计的设计要

50、求和原则，以及对车床及铣床的研究之后，所得出要对机床进行改装设计的一个方案。根据改装设计方案，画出机床要改装设计的部分，及其在机床上的分布图。机床的改装设计有以下几个要求原则：工艺范围、加工精度、表面粗糙度、生产率、自动化、可靠性和机床寿命。本文基于是对普通的C630车床进行改装，肯定涉及到刀具等一些零件的设计改装，因此，设计改装这些零件时也有一定的要求。一般有以下几个基本要求：1避免在预定寿命期内失效的要求；2结构工艺性要求；3经济性要求；4质量小的要求；5可靠性要求。改装设计的机床分布图如下。图4.1 改装设计后机床的整体分布图1-主电动机 2-蜗轮调速器 3-皮带轮 4-车床床身 5-三

51、爪卡盘 6-小拖板，7-螺钉 8-铣头 9-铣头轴4.1普通C630机床的介绍本文所改装设计的机床都是在普通的C630车床的基础上进行的改装设计，因此，C630车床的一些基本技术参数是此次改装设计的基础。基本技术参数如下：表4.1 机床基本参数参数名称参数数值（mm）床身上最大工件回转直径630刀架上最大车削直径345最大工件长度750/1400/3000/5000主轴孔径70马鞍内回转直径800马鞍内有效长度300主轴转速级数正转18级反转9级主轴转速范围正转14-750r/min反转20-800r/min纵向快速移动速度9m/min横向快速移动速度6m/min纵向进给量0.07-1.33横

52、向进给量0.07-0.45最大纵向行程650、1280最大横向行程390刀架工位数4或6中心高度300主轴中心至刀具基面32.5小刀架行程180中拖板行程390尾座套筒行程205尾座套筒锥度莫氏5号床鞍最大纵向行程880/1380/1880/2880床尾的横向行程15主电动机功率11kw机床外型尺寸（长宽高）2842/3492/5092/749216391275C630车床由主轴箱、刀架、尾座、进给箱、溜板箱和床身等部件组成。其中主轴箱固定在床身的左端，它的作用是支撑并传递电动机的动力，实现主运动；刀架装在床身的中部，可沿床身上的导轨作纵向移动，它的作用是装夹刀具，并使之作纵向、横向或斜向运动

53、；尾座装在床身的尾座导轨上，可在导轨上作纵向调整移动，它的作用是支承工件和安装孔加工刀具；进给箱固定在床身的左前侧，它的作用是改变被加工螺纹的导程或机动进给的进给量；溜板箱固定在刀架的底部，可与刀架一起作纵向运动，它的作用是使刀架实现纵向和横向进给、快速移动或车螺纹；床身固定在两个床腿上，它的作用是支撑各主要部件，使它们保持准确的相对位置。车床主要有两条传动链：一条是从主电动机到主轴的外联系传动链，在传动系统图中体现为主运动传动链；另一条是从主轴到刀架的传动链，根据被加工工件的不同，它可以是内联系传动链或外联系传动链，这条传动链在传动系统图中体现为进给运动传动链。1.主运动传动链的两执行件为电

54、动机和主轴。它的作用是把电动机的运动和动力传给主轴，使主轴带动工件旋转，并满足主轴转速和换向的要求。传动由主电机经V带输入主轴箱中的轴I，轴I上装有一个双向多片式摩擦离合器M1，用以控制主轴的起动、停止和换向。离合器M1向左接合时，主轴正转；向右接合时，主轴反转；左、右都不接合时，主轴停转。轴I的运动经离合器M1和轴I-III间变速齿轮传至轴IV，然后分两路传至主轴。当主轴VI上的齿轮式离合器M2脱开时，运动由轴III经齿轮副63/50直接传给主轴，使主轴得到高转速；当M2接合时，运动由轴III-IV-V间的齿轮机构和齿轮副26/58传给主轴，使主轴获得中、低转速。2.进给运动传动链是使刀架实

55、现纵向或横向进给运动的传动链。进给运动传动链的两执行件为主轴和刀架，当车床车削螺纹时，主轴和刀架之间有严格的运动比例关系，传动链属于内联系传动链；当车床车削圆柱面和端面时，主轴和刀架之间无须严格的运动比例关系，传动链属于外联系传动链。车床的进给运动由主轴VI开始，经齿轮副58/58（或扩大螺距机构）到轴IX，再经轴X、挂轮机构传至轴XIII，然后进入进给箱。从进给箱传出的运动，一条传动路线是经丝杠XIX带动溜板箱使刀架纵向运动，这是切削螺纹的传动路线；另一条传动路线是经光杆XX和溜板箱内一系列传动机构，带动刀架作纵向或横向的进给运动，这是一般机动进给的传动路线。4.2主传动部分的改装设计主传动

56、部分的改装主要目的是降低主轴箱的转速使工件转速到达预定的低转速。因此采用通过在主电动机与主轴箱皮带轮之间增加1个蜗轮调速器，通过蜗轮调速器将主电动机转速降低。再通过主轴箱皮带轮传递给低速进给系统，使主轴转数达到预定转数，从而使车床的主轴转速降低。（1）主电动机的选择企业里一般采用的主电动机都是市场上比较常见的电动机，因此根据机械设计手册选择型号为Y90L-4的三相异变电动机。此电动机的基本参数如下表所示：表4.2 电动机基本参数功率P1.5Kw电压U380V电流I3.7A转速S1400r/min（2）蜗轮调速器的选择根据市场上现有的蜗轮调速器，选择的蜗轮蜗杆调速器是圆柱蜗杆传动。选择的蜗杆的模数为，蜗杆的分度圆直径为，蜗杆的法向压力角为标准值。因此根据机械设计手册可以查得蜗杆头数为1，直径系数q为18，蜗轮齿数为62，中心距a为40mm。而根据导程角公式可得。因为传动比，n1、n2分别为蜗杆和蜗轮的转速，r/min。齿数比，z1、z2分别为蜗杆的头数和蜗轮的齿数。当蜗杆主动时，。而根据蜗轮调速器的整个传动比是i=40，也就是说当蜗杆转动40圈时，且蜗轮才转动1圈，而蜗杆是跟电动机连接，所以就是