怎样加工出螺杆 陈 杰 论文 螺杆是养料注射机的“心脏”部件，其质量的高低，直接影响到机器的寿命与成型制品的质量。怎样加工出高质量的螺杆，使其达到设计要求，成为国内外塑料机械制造业的一个重要课题。螺杆的加工主要是螺槽的成型加工。怎样保证螺槽段的截面形状、尺寸精度、表面粗糙度和直线度等，成为整个螺槽加工的关键所在。 一、 加工路线方案的确定 方案一： （1）下料→（2）平两端面→（3）打中心孔→（4）调质→（5）粗车外圆→（6）调质→（7）研磨中心孔→（8）精车→（9）螺槽加工→（10）校直→（11）抛光螺槽→（12）磨外圆→（13）车螺纹孔→（14）铣键槽→（15）氮化处理→（16）校直 方案二： （1）下料→（2）调质处理→（3）车两端中心孔→（4）粗车外圆→（5）调质处理→（6）研磨中心孔→（7）精车外圆→（8）磨外圆→（9）螺槽加工→（10）校直→（11）定型处理→（12）校直→（13）抛光螺槽→（14）磨外圆→（15）车螺纹孔→（16）铣键槽→（17）氮化处理→（18）校直→（19）磨外圆 比较以上两种方案：方案一比方案二加工工序少，加工螺槽后没有经过定型处理，优点是加工周期短，但质量不稳定。方案二增加了定型处理及最后磨外圆的工序，大大消除了加工螺槽的残余应力，保证了直线度。因为螺槽加工余量大，属强力切削加工，加工残余应力很大，如不设法消除，螺杆使用一段时间后，应力便慢慢释放，降低直线度要求，发生螺杆与机筒内孔磨擦刮伤现象，缩短螺
杆机筒的使用寿命。为保证质量，方案二增加定型处理工序是必要的。最后增加磨外圆的工序，也是为了保证外圆尺寸精度和直线度，况且磨的余量通常很小，不会对氮化后的表面硬度影响太大，且因为增加了定型处理及最后磨外圆的工序，使校直时间缩短，减轻了工人劳动强度，亦提高了生产效率。第八道工序磨外圆，是为适应螺槽加工时外圆扶持导向定位而设置的。 经从保证加工质量等多方面比较，最后确定选用第二种加工方案。 二、 螺槽的成型加工及所用设备 螺槽的成型加工主要须保证：螺棱两边的圆角R1.5、R3和R9，三段槽L1、L2、L3的深度和表面粗糙度。螺槽截面形状的成型加工方法主要有：第一，在靠模车床上用高速钢刀具（俗称锋钢）加工成形；第二，用旋风铣刀加工成形；第三，用万能螺纹滚铣机（螺杆机床）加工成形。 第一种加工方法所用的设备是将普通C630加长车床改成专用车床，加装动力头和不同槽形靠模，所用刀具为双刀刃高速钢刀具。此加工方法的设备成本低，简单易掌握。缺点是加工速度慢，截面形状难以保证；第二种方法加工速度快，但要制作专用的旋风铣头，技术要求高，因铣刀头封闭加工，螺槽形状不便观察测量；第三种方法所用设备为德国进口螺杆加工设备，性能先进，加工可实现程序控制，且具有速度快、质量好、工人劳动强度低等优点。经比较，选用第三种加工方法。 三、 刀具的选用 这里主要是确定用什么样的刀具来加工螺槽。我厂的进口螺杆机床，原机只配有一把
机夹可转位硬质合金套式立铣刀，远不能满足加工需要。开始我们仿原配刀具，自行设计制造了一批硬质合金套式刀头，配合国产硬质合金刀片使用，效果不错。但由于我厂不是生产刀具的专业厂，自制的刀头寿命短，增加了加工成本。经过调查国内几大刀具生产厂家（四川自贡、江苏常州、湖南衡阳），最后选用衡阳量具刀具厂生产的机夹可转位硬质合金锥柄立铣刀，这样既提高了刀具的寿命，又节约了加工成本，也稳定了加工质量。同时，为进口设备刀具国产化探索了可行之道。 机夹可转位硬质合金锥柄立铣刀，主要是用于螺槽的大余量粗加工。螺棱两边的圆角加工，根据我厂情况，选用别车间废去不用的粗齿直柄立铣刀，经磨刀机成型制后，重新使用。经使用证明，加工效果甚佳，节约了一大笔刀具费用，每年可节约一万多元。 四、 工装夹具 螺杆加工所需的主要工装夹具有： （一）铣螺槽所用的护套。其作用主要是铣削螺槽时扶持定位螺杆，减少加工弯曲变形。开始选用普通材料45号钢制作，虽然制作成本低，但加工时由于有一定的铁屑进入护套与螺杆的空隙间，护套容易磨损烧伤，后改为38CRMoAlA氮化，提高了表面硬度，消除了磨损烧伤的现象，延长了护套的使用寿命。同时前面确定的工艺路线方案中，增加了铣螺槽前磨外圆的工序，控制了护套与螺杆的间隙，减少了铁屑进入的机会。存在的少许螺杆外圆表面的铁屑拉伤磨损现象，则通过后面磨外圆的工序予以消除。 （二）螺槽专用抛光装置。以前我厂
螺杆螺槽抛光是夹光杆一头，用普通顶针顶针顶螺杆另一头来抛光的，往往不能保证 59±0.05尺寸，致使螺杆与螺杆头配合时存在一台阶，注射时塑料滞留在台阶处，影响了制品成型质量。我设计制作了专用的抛光顶针及轴套，轴套外圆直径与螺槽直径 59±0.05相仿，保证抛光到顶端时，砂带不脱离螺杆，保证了 59±0.05的尺寸要求，消除了螺杆与螺杆头配合时存在的台阶现象。 （三）车削螺纹孔时的中心扶持装置。有普通三瓜中心扶架与专用扶持装置两种。前者简单方便，但螺槽段不是连续的光杆外圆表面，所以扶持时不稳定，车削时螺纹定位孔 35＋0.039与螺杆外圆同轴度不易保证。我设计制作了内外锥中心扶持装置，保证了加工时的同轴度要求。采用我设计制作的内外椎中心扶持装置，在我厂共加工了各种大小螺杆近万根，装配在各种型号的注塑机上，畅销国内市场，还出口到香港、泰国、前苏联、美国、墨西哥等国家和地区，经证明螺杆使用效果很好，每年可减少“三包”损失10多万元，且加工工效提高三倍以上，经济效益十分显著，在国内各有关厂家的螺杆加工中，处于领先地位，达到了国际先进水平。 （作者单位：广西柳州军供站） 怎样加工出螺杆
利用通用车床加工变螺距螺杆 | ||
作者：王世龙 | ||
在橡胶、塑料、食品等工业领域所使用的生产设备中广泛地应用着各种类型的挤出螺杆。变距螺杆由于具有压缩均匀、压缩比大、出料连续性好等优点得以优先采用。但由于变距螺杆工艺性较差，利用通用设备加工困难，导致其应用受到一定限制。本文通过工艺分析，以利用、挖掘现有通用设备潜力为前提，研究并解决了变螺距螺杆的的加工问题。 1 变距螺杆的结构特点和工艺分析 1) 变距螺杆的数学方程 变距螺杆是相邻螺距不等的螺杆。常用的变距螺杆螺距变化规律如图1 所示。 图1 变距螺杆示意图 从图中看出，螺杆的螺距是按等差级数规律渐变排列的。若设螺旋曲线上任意点至起始点的距离为l，则可得变距螺杆螺旋线的数学方程为 l=nP+n2∆P 式中：P为基本螺距；∆P为螺距变化量；n为螺旋线圈数，n=φ/2π，φP为螺纹总转角。 怎样磨刀将n=φ/2π代入方程，得 l=(P/2π)φ+(∆P/4π2)φ2 令：A=P/2π，B=∆P/4π2，再将φ=ωt代入，则得 l=Aωt + Bω2t2 式中：ω为螺杆转动的角速度；t为螺杆转过φ角所用的时间。 2) 变距螺杆曲线分析 a. 位移分析 等距螺杆的数学方程仅有变距螺杆方程中的第一项，即 l=Aωt 曲线上任一动点轴向位移l与时间t是一次关系；而变距螺杆l与时间t是二次关系。 b. 速度分析 当螺杆匀速转动时，等距螺杆螺旋线上任意点的轴向速度 v=dl/dt=Aω 式中：A、ω均为常数，故v为常数，即等距螺旋线上任意动点的轴向位移速度是恒定的。而变距螺旋线上任意点的轴向速度 v=dl/dt=Aω+2Bω2t 则说明变速螺旋线上任意动点的轴向速度是时间的函数，是变化的。 c. 加速度分析 等距螺杆轴向加速度a=d2l/dt2=0，变距螺杆轴向加速度a=d2l/dt2=2Bω2，说明等距螺杆螺旋线上任意点轴向加速度为零，而变距螺杆螺旋线上任意点轴向加速度为常数，其速度变化是均匀的。也就是说，变距螺旋线上任意点的轴向位移为匀加(减)速运动。 3) 成形运动分析 加工等螺距螺杆，只须主轴带动工件匀速转动，刀具作轴向匀速移动，即可形成等距螺旋线。加工变距螺杆，则一方面须主轴带动工件匀速转动，一方面须刀具作轴向匀加(减)速移动才能形成变距螺旋线。作为通用车床，刀具只能作轴向匀速移动，要刀具作匀加(减)速运动，必须在进给装置中增设能实现匀变速运动的机构。 2 变距加工系统设计 要实现变距螺纹的加工，在成形运动中，要同时实现变距螺纹方程中的Aωt和Bω2t2两项运动规律。其中Aωt项可由通用车床本身的功能来实现，而Bω2t2项，则须通过增设一辅助装置来实现。经分析、比较，同时考虑到工艺、结构实施的可能性、经济性及方便性，我们设计了一凸轮机构(辅助进给箱)。利用凸轮的等加(减)速曲线推动丝杠作轴向匀加(减)速运动，便得到了变螺距螺纹的成形轨迹― 变螺距螺旋线，如图2。 图2 变距加工系统原理图 在通用车床丝杠的末端套上一齿轮，通过齿轮将丝杠的旋转运动传递给辅助进给箱中的凸轮。凸轮在转动的同时通过变速曲线推动从动滑板(丝杠轴向固联)，从而推动丝杠相对床身作匀加(减)速运动(丝杠与床身可滑移)。这样，该运动与主轴(带动工件)匀速转动运动合成，即可加工出变距螺杆。对设计系统的现场加工实例进行检测，数据如下：工件直径D=φ65 mm，工件长度L=1,900mm，螺纹总长l=1,210.95mm，螺纹数n=23，螺距增量∆P=0.55mm，螺距由40～渐变至64.75mm，螺距最大误差＜±0.17 mm。结果证明，所加工螺纹确为变距螺旋线，符合前面推导的数学方程，即满足设计要求。 3 变距加工系统特点 结构简单、调整方便、经济实用。据考察，国外大都采用数控机床和专用机床加工变距螺杆，该类加工方法的优点是： 1) 效率高、精度易于保证；其缺点是：设备复杂、昂贵，工艺成本高等。而我们所设计的变距加工系统，是利用现有的通用机床，只增加一结构简单、易于调整的辅助进给箱。在加工变距螺纹时，接通辅助进给箱，在进行常规加工时，断开辅助进给箱。这样，不影响机床原有的工艺范围。可见该方案经济、实用。 2) 变距范围广，产品规格多。加工不同规格的变距螺杆，只需按要求调整辅助进给箱中的挂轮，改变传动比，即可改变刀具匀变速度的大小，因而可加工多种规格的变距螺杆。 3) 产品质量好，生产效率高。用该系统加工变距螺杆，操作简单、质量稳定、生产效率高。 本文作者:吉林工学院 王世龙 长春汽车高等专科学校 王慧霞 吉林交通职业技术学院 王丽娜 等(end) | ||
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