改造普通车床加工复杂螺杆

1、主运动

主运动为刀具的转动。本次改造设计是将CA6140机床刀架部分的转盘、小拖板及刀架卸掉，在横拖板上面装上自行设计的铣头、磨头或砂带磨削装置，可实现工件的粗、精及光整加工。

2、进给运动

机床的进给运动主要有：工件的圆周进给（工件的转动）、刀具的纵向进给（螺杆导程的实现）及横向进给（螺杆锥度的实现）。

◆工件的圆周进给运动

被加工螺杆由CA6140机床卡盘夹紧、尾架顶尖支撑作圆周进给运动，其转速为1r/min。由于主轴最低转速为10r/min，因此在机床主电动机和主轴箱皮带轮之间增加了一个降速比为10的二级齿轮减速器。

◆刀具的纵向进给运动

刀具的纵向进给运动要满足工件的导程实现，即工件转1转刀具必须均匀地前进1个导程，因此纵向进给必须由丝杠带动。在工件要求的3个导程值中，CA6140 机床只能实现48mm，而63mm和60mm却不能实现。经几种方案比较，确定调整进给箱中基本组齿轮的齿数，具体说明如下。

CA6140机床进给箱中基本组的传动系统如图1所示，各齿轮的参数如表2所示。调整的原则是尽量不影响CA6140机床所能加工的常用公制螺纹种类。而u基=Z1/Z9=19/14=9.5/7和u基=Z5/Z11=26/28两对传动比在公制螺纹加工中没有用到，因此选择调整Z5、Z1、Z9的齿数。

CA6140机床公制螺纹计算式为：

S=7u_扩u_基u_倍（1）

式中：S——工件螺纹导程

u_扩、u_基、u_倍——扩大组、基本组、增倍组的传动比。

当被加工的导程为60mm时，u_扩=16，u_倍=1/2，_故u_基=7.5/7=30/28。将图1中的齿轮Z5的齿数改为30，模数不变，就能实现导程60mm的加工。由于轴Ⅰ轴Ⅱ中心距为63±0.05mm，因此改后的齿轮Z5须进行变位。经计算，齿轮Z5（30）的变位系数为-0.8496。同理，当被加工导程为63mm时，根据式（1）有u_基=9/8=18/16。将图1中齿轮Z1的齿数改为18，模数仍为3.75，变位系数为-0.19，Z9的齿数改为16，模数仍为3.75，变位系数为零。验算调整后齿轮的中心距误差，均小于原图纸标注公差（±0.05mm），这样就能实现3种导程的加工。

◆刀具的横向进给

由于被加工螺杆齿形根部有锥度要求，因此在刀具实现纵向进给运动时必须同时作横向进给运动，这就需要光杠带动溜板箱内的横向机动进给机构。由于CA6140 机床开合螺母和机动进给的纵、横向是互锁的，所以必须消除开合螺母和横向机动进给手柄的互锁功能。具体做法如图2所示，图a表示开合螺母合上，纵、横机动进给都不能实现。将件2的双阴影部分去掉，如图b所示，这样在开合螺母合上的同时，横向进给操纵杆1就能转动，从而使横向进给也得以实现。图3是实现螺纹根部锥度部分的传动系统图（省略原溜板箱中的纵向进给部分），图中右边部分为固定在床身尾部上的锥度变速箱。传动路线为：丝杠（t=12mm）→锥度变速箱（u锥）→光杠→36/32→32/56→M1（超越离合器）→M2（安全离合器）→4/29→40/48（或40/30→30/48）→M3→48/48→59/18→横向进给小丝杠（t=5mm）。

所以，丝杠转1转，纵向进给量f纵=1×12=12mm，横向进给量f横=1×u_锥×（36/32）×（32/56）× （4/29）×（40/48）×（48/48）×（59/18）×5=1.211u_锥mm。

因为锥度=2f_横/f_纵，所以实现3种锥度：1:78、1:57、1:40，锥度变速箱的传动比u_锥为u_锥={u1，u2，u3}={0.0635，0.087，0.1238}，齿轮参数如表3所示。锥度误差见表4。

由于横向进给运动是由丝杠带动光杠实现的，因此工作时CA6140机床进给箱中的丝、光杠转换离合器应使丝杠接通。为保证纵、横进给之间的严格传动比，溜板箱中靠摩擦传递运动的传动副超越离合器（M1）和安全离合器（M2）应加以固定，以保证加工过程中瞬时传动比不发生变化。另外，为了便于调整工件和刀具的相对位置，锥度变速箱中的单手柄操纵机构应设置一个空档位置。