大模數(shù)蝸輪齒條修復(fù)工裝的設(shè)計(jì)

楊朋起

大模數(shù)蝸輪齒條修復(fù)工裝的設(shè)計(jì)

楊朋起
(中國(guó)一重集團(tuán)中型裝備制造分廠，黑龍江161042)

設(shè)計(jì)了一套與普通C650車床相配套的專用工裝，成功修復(fù)了龍門銑床、落地鏜床主傳動(dòng)件蝸輪齒條。

蝸輪齒條；滑動(dòng)支承；工裝；修復(fù)

由于我廠龍門銑床、落地鏜床的役齡都較長(zhǎng)，大修時(shí)許多零部件特別是蝸輪齒條的齒面磨損、研傷很重，齒面精度較差。而蝸輪齒條是這些設(shè)備工作臺(tái)滑板傳動(dòng)的主要部件，如不進(jìn)行修復(fù)或更換，將直接影響機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度和工件的加工質(zhì)量。

蝸輪齒條結(jié)構(gòu)特殊，工藝性差，齒面精度要求高，修復(fù)難度大。

1 確定工藝方案并進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)

為修復(fù)蝸輪齒條，我們查閱了相關(guān)技術(shù)資料，并分析了以往試修復(fù)中出現(xiàn)的問題，決定利用普通C650車床，并設(shè)計(jì)一套專用工裝進(jìn)行修復(fù)。

1.1 工裝設(shè)計(jì)要求

實(shí)現(xiàn)蝸輪齒條在修復(fù)加工時(shí)的裝卡與位置調(diào)整；解決切削刀具、刀具安裝及刀桿的支承。

1.2 工裝設(shè)計(jì)內(nèi)容

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將工裝分4部分設(shè)計(jì)制造：刀桿支承托架部分、卡具部分、飛刀及刀桿部分、自動(dòng)調(diào)整中心架部分。因?yàn)榇祟愇佪嘄X條模數(shù)都較大，結(jié)構(gòu)特殊，工藝性差，在切削時(shí)，切削刀具與齒條齒面完全接觸，并形成斷續(xù)切削，易產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。如果刀桿剛度不足，受切削力作用將產(chǎn)生完全變形，影響齒條齒面的修復(fù)精度。所以刀桿支承托架是裝置的關(guān)鍵部分，是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)解決的問題。

1.3 刀桿支承托架的設(shè)計(jì)

下面以實(shí)例分析計(jì)算刀桿產(chǎn)生的彎曲變形。

圖1所示蝸輪齒條模數(shù)=16 mm；使用飛刀參數(shù)：主偏角=75°，切削半徑R=139 mm；工件材質(zhì)：HT20-40；切削深度t=36 mm，切削厚度S=0.1 mm；轉(zhuǎn)速n=6 r/min。

圖1 蝸輪齒條結(jié)構(gòu)Figure 1 Worm gear rack structure

(1)求切削功率Nt及主切削力PZ

金屬切除率：ZW=2πnSt(D-t)=3.3×104mm3/min

式中，D——飛刀切削直徑(mm)。

切削功率：Nt=NsZW=0.7 kW

式中，Ns——單位切削功率，查表得Ns=2.13×105kW/min。

切削速度：v=πDn/1 000=5.28 m/min

(2)求刀桿中點(diǎn)的撓度f(wàn)

刀桿直徑?150 mm，自重是均布載荷q，在切削時(shí)切削力作用在刀桿中點(diǎn)P。則均布載荷：

q=7.8πR2L= 275 kg

式中，L——刀桿長(zhǎng)度，L=2 m。

刀桿撓度：

式中，f1——桿自重產(chǎn)生的撓度(mm)；

E——彈性模量，查表得210×109N/m2；

J——刀桿截面極慣矩，J=πD4/64=248.5×10-7m4。

式中，f2——主切削力作用于刀桿產(chǎn)生的撓度(mm)。

f=f1+f2=0.37 mm

由計(jì)算結(jié)果可知刀桿受切削力作用產(chǎn)生彎曲變形量達(dá)0.4 mm左右，將嚴(yán)重影響切削加工的正常進(jìn)行。

(3)確定合理支承結(jié)構(gòu)

要解決刀桿變形問題，必須加強(qiáng)或改善刀桿的支承結(jié)構(gòu)，防止或減小刀桿變形。根據(jù)普通C650車床結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)橫跨床身導(dǎo)軌的刀桿托架，兩側(cè)采用滑動(dòng)軸承支承結(jié)構(gòu)，解決切削力使刀桿變形問題。下面對(duì)采用措施后刀桿變形情況進(jìn)行計(jì)算：

式中，L′是改善支承后刀桿長(zhǎng)度，L′=300 mm

可見，采用支承措施后，刀桿彎曲變形量很小，不會(huì)影響切削的正常進(jìn)行。

1.4 卡具部分

該部分固定在車床中溜板上，主要將工件裝卡在正確位置，并能實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給與縱向調(diào)整，其結(jié)構(gòu)牢固，調(diào)整、裝卸方便。

1.5 飛刀及飛刀桿

采用蝸輪飛刀設(shè)計(jì)形式，作用是切削加工蝸輪齒條的齒形。

1.6 中心架

作用是在飛刀桿裝入支承托架前，把機(jī)床尾座替換下來(lái)。

2 應(yīng)用效果

將該工裝裝在C650車床上，如圖2。支承托架部分固定在機(jī)床導(dǎo)軌上，飛刀桿一端裝卡在卡盤上，并裝入支承托架的滑動(dòng)軸承內(nèi)，隨主軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件卡具固定在中溜板上。切削前，可調(diào)整卡具上的調(diào)整墊，使工件中心與刀桿的回轉(zhuǎn)中心在同一高度上，嚴(yán)格找正卡緊后，刀具做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件沿絲杠做直線運(yùn)動(dòng)，利用掛螺距走刀的方法，實(shí)現(xiàn)蝸輪齒條的齒形加工。

運(yùn)用該工藝方法，首次修復(fù)圖1所示蝸輪齒條15件，每件僅用4 h～6 h，齒形精度與齒面粗糙度滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了設(shè)備大修的目的。與以往大修更換新件相比，可降低成本數(shù)萬(wàn)元。

圖2 工裝安裝示意圖Figure 2 Schematic drawing of tools installation

3 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐證明，該工裝的設(shè)計(jì)很成功，解決了我廠多年來(lái)不能修復(fù)大模數(shù)蝸輪齒條的難題，對(duì)提高我廠設(shè)備大修質(zhì)量，降低大修成本發(fā)揮了很大作用。

Tools Design for Large Module Worm Gear Racks Repair

YangPengqi

Special tools are designed to match with C650 common lathe which repair main drive piece worm gear racks of planer type milling machine and floor type boring machine successfully.

worm gear rack; sliding support; tools; repair

B

2010—09—13

編輯 傅冬梅