橡膠機(jī)械螺旋溝輥加工方法的分析

王胡偉，于杰

（大連大橡機(jī)械制造有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116318）

橡膠機(jī)械螺旋溝輥加工方法的分析

王胡偉，于杰

（大連大橡機(jī)械制造有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116318）

針對(duì)橡膠機(jī)械螺旋溝輥加工原理、工裝、溝槽的具體說(shuō)明，分析了加工方法和使用機(jī)床經(jīng)濟(jì)性，保證零件加工質(zhì)量和加工效率。

橡膠機(jī)械；螺旋溝輥；機(jī)械加工；機(jī)械傳動(dòng)

橡膠開(kāi)煉機(jī)中螺旋溝輥（見(jiàn)圖1）的加工，一直是加工難題，由于溝輥螺旋角種類繁多、輥面規(guī)格不同、輥筒重量大等原因，一直影響公司產(chǎn)品生產(chǎn)周期。對(duì)于如何在提高效率、保證質(zhì)量，降低成本的前提下加工好溝輥，一直是一個(gè)重要的研究課題。

圖1　溝輥

1　溝槽的加工分析

溝槽的加工，分為傳統(tǒng)的和現(xiàn)在的加工方法。傳統(tǒng)的加工方法基本上使用刨床或鏜銑床進(jìn)行加工，現(xiàn)在的加工方法是使用數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。無(wú)論使用傳統(tǒng)的還是現(xiàn)代的加工方法，刀具進(jìn)行切削時(shí)，刀具都是沿螺旋角β運(yùn)動(dòng)，因此均可分解成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，即在機(jī)床上刀具沿溝輥軸線方向的直行運(yùn)動(dòng)和溝輥沿軸心自傳的運(yùn)動(dòng)。

溝槽的旋向角β，是溝槽與輥中心線所形成的角度。溝槽實(shí)際加工過(guò)程中，首先應(yīng)從溝槽旋向角度的大小進(jìn)行分析。因?yàn)閠anβ =π×D/（Z×L），即螺旋角與輥筒的直徑D和溝槽數(shù)量Z以及長(zhǎng)度L均有關(guān)系，不同的D、Z和L有不同的β值，因此應(yīng)考慮D與L參數(shù)，同時(shí)要兼顧所要加工輥筒的溝槽數(shù)量，根據(jù)這些參數(shù)，連同機(jī)床的加工能力與加工成本，最終可確定出何種加工方法是最佳。在傳統(tǒng)的溝槽加工中，溝槽的旋向角度β的大小是有一定限制的。這是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)機(jī)床上加工輥筒的溝槽，其原理是利用機(jī)床的主切削運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)刀具，附加使用不同齒輪嚙合的工裝裝置，使溝輥工件相對(duì)刀具作合成所需要的螺旋角度而進(jìn)行機(jī)械加工，其原理示意圖見(jiàn)圖3。溝槽的螺旋角度與所采用特定工裝裝置的傳動(dòng)速比成正比關(guān)系，當(dāng)所加工的旋向角度或采用的傳動(dòng)速比過(guò)大時(shí)，會(huì)降低機(jī)床主軸的剛性和產(chǎn)生傳動(dòng)的不穩(wěn)定，從而引起刀具的顫動(dòng)，使所加工出的溝槽產(chǎn)生凹凸不平和不光滑，影響加工質(zhì)量，甚至?xí)鸬毒叩膿p壞，從而導(dǎo)致溝輥溝槽無(wú)法加工或軋輥被損壞報(bào)廢。在一般情況下，傳統(tǒng)加工方法中， 螺旋角β0～5.5°之間，來(lái)加工溝槽比較合適；當(dāng)螺旋角β大于5.5°時(shí)，機(jī)床的整體剛性會(huì)降低，刀具與設(shè)備加工時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定和顫動(dòng)，使所加工出的溝槽達(dá)不到質(zhì)量要求甚至刀具崩刃。當(dāng)螺旋角β大于5.5°時(shí)，應(yīng)考慮采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。

2　各種溝輥的加工方法和優(yōu)缺點(diǎn)

2.1數(shù)控加工中心機(jī)床加工

（1）加工方法

數(shù)控龍門加工中心加工或是數(shù)控臥式加工中心加工是通過(guò)把螺旋角（β）、輥筒直徑（D）、導(dǎo)程（L）、溝槽數(shù)（Z）、溝槽長(zhǎng)度（L1）的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行數(shù)控編程來(lái)實(shí)現(xiàn)加工溝輥螺旋軌跡，通過(guò)數(shù)控機(jī)床A軸（分度盤）來(lái)實(shí)現(xiàn)溝輥溝槽的分度。

數(shù)控程序編程；機(jī)床上刀具沿溝輥軸線方向的直行運(yùn)動(dòng)和溝輥沿軸心自轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)就是數(shù)控機(jī)床X軸和A軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程，即編程語(yǔ)句X=L1， A=360tanβ/πD 形成螺旋軌跡，實(shí)現(xiàn)溝槽均勻分布，即編程語(yǔ)句A=360/ Z，在通過(guò)數(shù)控機(jī)床“IF條件GOTO”語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序循環(huán)，使工件一次裝夾就可以完成加工。

數(shù)控機(jī)床對(duì)刀時(shí)，輥面不能有對(duì)刀劃痕，對(duì)刀必須在輥面外；如果溝輥至輥面是全溝，可以用尋邊器找輥面端面在用對(duì)刀點(diǎn)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀點(diǎn)在輥面外。如果溝輥局部溝，兩端面不貫通，可以在機(jī)床上裝夾一個(gè)工藝塊，銑平作為對(duì)刀塊，通過(guò)對(duì)刀點(diǎn)轉(zhuǎn)換也可以是實(shí)現(xiàn)對(duì)刀。

（2）優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：零件加工精度高，表面粗糙度好，螺旋的大小沒(méi)有限制，加工效率高

缺點(diǎn)：對(duì)數(shù)控機(jī)床要求比較高，數(shù)控機(jī)床必須得有A軸模塊（分度盤）；

由于溝輥重量和體積大對(duì)數(shù)控機(jī)床和A軸（分度盤）精度、穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞；由于加工周期長(zhǎng)，對(duì)公司高精度機(jī)床將長(zhǎng)期占用，影響其余零件的加工，降低機(jī)床使用效率。

2.2普通落地鏜床加工

（1）加工方法

普通落地鏜床加工是通過(guò)特定工裝來(lái)實(shí)現(xiàn)溝紋輥的加工，此工裝是經(jīng)過(guò)幾代工藝人員的努力探索和研究總結(jié)出來(lái)的， 巧妙運(yùn)用傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)，通過(guò)用齒條、齒輪、蝸輪、蝸桿的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)加工溝輥的螺旋軌跡，通過(guò)蝸輪、蝸桿的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)溝輥的分度問(wèn)題，這樣運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖2）來(lái)實(shí)現(xiàn)溝輥的加工，但是只能實(shí)現(xiàn)固定的螺旋角（β），如何實(shí)現(xiàn)任意螺旋角呢？另一個(gè)巧妙而簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)運(yùn)用一對(duì)速比齒輪的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)任意螺旋角（β），我們叫它增速機(jī)構(gòu)，通過(guò)改變速比齒輪的大小來(lái)改變螺旋角的大?。ㄒ?jiàn)圖3）。

特定工裝裝夾（見(jiàn)圖4）根據(jù)溝槽數(shù)（Z槽）選用不同相應(yīng)蝸輪，實(shí)現(xiàn)溝輥溝槽的均勻分布，將溝輥軸頸與蝸輪通過(guò)定位鍵連接，在把托架的高度調(diào)至與蝸輪和分度連動(dòng)裝置相同的高度，如何托架過(guò)低可以通過(guò)墊板實(shí)現(xiàn)，兩端用頂尖把緊。通過(guò)計(jì)算Z1/Z2=tanβ.6.5ZdZ槽/D，計(jì)算出速比齒輪Z1、Z2速比，選用正確的齒數(shù)齒輪。將工裝按照?qǐng)D4裝夾好，需要調(diào)試特定工裝機(jī)構(gòu)，保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不能有卡死現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)緩量要盡量避免。

圖2　固定螺旋角工作原理圖

圖3　任意螺旋角攻原理圖

每加工一個(gè)溝槽后，需要斷開(kāi)分度連動(dòng)裝置和速比齒輪傳動(dòng)，使蝸輪和蝸桿成單獨(dú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)蝸桿帶動(dòng)蝸輪實(shí)現(xiàn)溝槽分度，溝槽分度后需要重新連接分度連動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣重復(fù)循環(huán)加工溝槽。

圖4　落地鏜床加工原理圖

（2）優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)機(jī)床性能要求比較低；加工成品低。

缺點(diǎn)：溝輥螺旋角過(guò)大，對(duì)溝槽的加工質(zhì)量有影響，工裝機(jī)械傳動(dòng)誤差難控制，工裝比較復(fù)雜對(duì)操作人員要求比較高。

2.3單臂刨床加工

（1）加工方法

單臂刨床加工的原理和普通落地鏜床加工原理基本相同，都是通過(guò)特定工裝來(lái)實(shí)現(xiàn)溝輥的加工原理圖見(jiàn)圖5，不同之處在于一個(gè)是用刨刀進(jìn)行切削另一個(gè)是用成型盤銑刀切削，刨床只能加工貫通溝槽，輥面局部溝槽無(wú)法加工，加工時(shí)溝槽的大小、深度，螺旋角的大小，溝輥輥面的硬度對(duì)刀具的磨損都有影響，要根據(jù)刀具的磨損情況合理的更換刀具，防止由于刀具磨損產(chǎn)生的崩刀，導(dǎo)致溝輥溝槽破損而產(chǎn)生廢品。

（2）優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：更加的充分利用普通機(jī)床，降低加工成品。缺點(diǎn)：刨刀的穩(wěn)定性差，刀具磨損控制困難，溝槽容易磕碰。

圖5　單臂刨床加工原理圖

3　總結(jié)

以上三種加工方法，各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況選用合理的加工方法，滿足圖紙要求和產(chǎn)品用戶要求，為公司降低生產(chǎn)成本，合理利用機(jī)床，降低機(jī)床維護(hù)成本，提高效率、保證質(zhì)量，為公司創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè).機(jī)械工藝出版社.1992.第二版.

［2］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)出版社.2011.第五版.

［3］ HB/T3180-1998.冷硬鑄鐵軋輥.

（R-01）

沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司和?？松梨诤铣上鹉z工廠開(kāi)始試運(yùn)

2016年4月沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司與埃克森美孚按照相同股份合資的朱拜勒石化公司（Kemya）合成橡膠生產(chǎn)工廠開(kāi)始試運(yùn)行。該裝置投資34億美元，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為40萬(wàn)t/年，包括11萬(wàn)t/年的鹵化丁基橡膠以及合計(jì)29萬(wàn)t/年的三元乙丙橡膠、炭黑、丁苯橡膠和聚丁橡膠。該工廠的產(chǎn)品將在亞洲和中東市場(chǎng)銷售。首先試運(yùn)行的是其炭黑和公用工程裝置。

燕豐 供稿

（R-01）

Analysis of spiral groove roller milling method for rubber machinery

Analysis of spiral groove roller milling method for rubber machinery

Wang Huwei,Yu Jie
（Dalian Rubber Machinery Manufacturing Co., Ltd., Dalian 116318,Liaoning,China）

In view of the details of milling principle, tooling, groove of spiral groove roller for rubber machinery, analyzed the milling methods and effi ciency, ensuring the parts milling quality and effi ciency.

rubber machinery; spiral groove roller; mechanical milling; mechanical transmission

TQ330.4

1009-797X（2016）11-0022-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.11.007

王胡偉（1987-），畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)主要從事橡膠塑料機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)工作。

2016-03-02