藺代永，朱有為，梁 亮

(長沙大學(xué)機(jī)電工程系，湖南 長沙410003)

變距雙向螺桿作為機(jī)械結(jié)構(gòu)中不可缺少的零部件之一，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè).變距雙向螺桿最基本的功能是變速傳輸，每個(gè)傳輸對象具有不同的傳輸速度，這就保證了其在傳輸過程中相互獨(dú)立，不會(huì)發(fā)生物體之間的碰撞與摩擦.變距螺桿最大的特點(diǎn)是其螺距變化的變量為非恒定值，即螺距的變化沒有特定的規(guī)律［1］.利用三維制圖軟件SolidWorks可以對變距雙向螺桿進(jìn)行建模，但編輯三維模型比較麻煩，參數(shù)曲線往往出現(xiàn)失真，造成實(shí)體圖形出現(xiàn)誤差，并且圖形轉(zhuǎn)換到MasterCAM后，自動(dòng)生成的程序十分復(fù)雜，占用內(nèi)存大，一般的數(shù)控機(jī)床儲(chǔ)存不了，可靠性、通用性也不強(qiáng)［2，3］.目前，還有一種方法是基于普通機(jī)床的刀具變速移動(dòng)切削法，其特點(diǎn)是在普通機(jī)床基礎(chǔ)之上增加了一個(gè)凸輪裝置，其中，凸輪是控制螺距變化的關(guān)鍵，此方法對工人的技術(shù)水平要求極高，一旦凸輪的設(shè)計(jì)參數(shù)不合理，那么變距雙向螺桿的螺距就會(huì)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致加工出來的變距螺桿傳動(dòng)效果和精度都不高，不利于產(chǎn)品的推廣使用［4－6］.

近年來，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，特別是多軸高精度數(shù)控加工中心的廣泛使用，此類零件的加工變得容易.本文介紹在四軸加工中心上，采用手工編程的方法實(shí)現(xiàn)變距雙向螺桿的制造.

1 圖形建模

給定變距雙向螺桿參數(shù):螺旋輪廓線進(jìn)程升角γ1=16°，回程升角 γ2=23°，進(jìn)程導(dǎo)程 S1=50mm，回程導(dǎo)程 S2=75mm，變螺距部分有效長度 L=300mm，螺桿外徑 D=90mm，螺距部分槽底直徑d=12mm，螺旋槽深度Z=5mm.

繪制變距螺桿的二維簡圖如圖1所示.

2 加工方法

2.1 銑削刀具的選擇

合理選擇銑削刀具是加工的關(guān)鍵內(nèi)容.銑削刀具種類數(shù)量繁多，根據(jù)材料牌號(hào)分類多達(dá)數(shù)十種，刀具的刃數(shù)也各不相同.考慮到螺桿材料為ABS，其槽底直徑d為12mm，因此選用Ф12mm高速鋼鍵槽銑刀.另外，為保證加工質(zhì)量，也可選擇稍小一點(diǎn)的刀具，然后再進(jìn)行多次精加工.

圖1 螺旋變距雙向螺桿二維簡圖

2.2 夾具的選擇

零件加工中的定位與夾緊是加工的前提與基礎(chǔ)，選擇得當(dāng)可以大大提高加工的精度和效率，反之，定位錯(cuò)誤將會(huì)導(dǎo)致加工失敗.變距雙向螺桿其螺距和導(dǎo)程不是固定的，且截面較為復(fù)雜，在加工中，本文選擇了四軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和三爪自定心卡盤對零件進(jìn)行定位夾緊.由于螺桿較長，剛性不足等原因，加工過程中容易發(fā)生振動(dòng)，使零件產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，為保證加工質(zhì)量，在螺桿尾端采用活頂尖支撐頂緊，使得加工過程實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)，即回轉(zhuǎn)工作臺(tái)勻速帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，刀具自轉(zhuǎn)，并沿螺桿軸向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng).工件裝夾簡圖如圖2.

2.3 數(shù)控加工程序的編制

將圖2展開，得到變距雙向螺桿二維展開圖，如圖3所示.

圖3 螺旋變距雙向螺桿二維展開圖

從圖3可以清晰的看出，變距螺桿導(dǎo)程S與螺旋變化角θ之間的關(guān)系.已知螺桿的有效長度L為300mm，螺旋雙向變化角度為20π，同時(shí)，從展開線可以看出進(jìn)程角度為12π，回程角度為8π，以FANUC－0i－mc系統(tǒng)為例，編輯數(shù)控加工程序.

程序代碼:

(因某些數(shù)控機(jī)床不識(shí)別π功能，編程時(shí)換為π=360、2π=720以此類推)

程序說明:

此螺桿粗加工已在車床上完成，加工過程中零件旋轉(zhuǎn)了20π共20圈后回到起始點(diǎn)，A軸繞X軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)刀具沿X軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，Z為刀具銑入深度，若深度不夠，可分多次切削.需要注意的是每次切削在X軸和Y軸上的起始點(diǎn)要保持一致.

加工出的變距雙向螺桿實(shí)物圖如圖4所示.

圖4 加工實(shí)物圖

3 結(jié)語

實(shí)踐證明利用手工編程的方法可以制造出較復(fù)雜的變距雙向螺桿，并克服了對各種制造軟件的依賴;加工者只需要熟練掌握使用四坐標(biāo)數(shù)控銑床和車削中心等多種數(shù)控機(jī)床的操作方法，對刀具、夾具有比較深入的了解，便可以高效率地加工出變螺距雙向螺桿.用此方法制造的變距螺桿精度高、表面過渡平滑，方法簡便實(shí)用.

［1］宋國龍.基于SolidWorks/MasterCAM的突變螺距螺桿的設(shè)計(jì)及加工［J］.青海大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，(6):13－15.

［2］葛文軍，孔繁群，習(xí)強(qiáng)，等.單旋變距雙向循環(huán)移動(dòng)螺桿的加工［J］.裝備制造技術(shù)，2007，(11):138 －139.

［3］劉偉，余英良.大尺寸變螺距絲杠的數(shù)控加工［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006，(5):148－152.

［4］孫偉，范成巖.基于變螺距螺紋加工的普通機(jī)床改造［J］.機(jī)床與液壓，2006，(1):167 －168.

［5］吳桂權(quán).簡易變螺距螺旋線的設(shè)計(jì)與加工［J］.包裝與食品機(jī)械，2004，(2):53 －54.

［6］白宇，王平.變螺距螺桿的加工方法［J］.現(xiàn)代制造工程，2008，(1):24－26.