細(xì)長(zhǎng)型多頭絲杠新加工工藝

張艷花

(太原重工股份有限公司，山西030024)

多頭絲杠是LG530冷軋機(jī)組推進(jìn)裝置中的關(guān)鍵件，主要用于夾持和送進(jìn)毛管，并承受部分軋制力作用。送進(jìn)裝置長(zhǎng)14 m，送進(jìn)行程8 m，送進(jìn)裝置由底座、絲杠、支撐座、送進(jìn)小車(chē)等組成。兩件絲杠分別由左右電機(jī)驅(qū)動(dòng)，同步旋轉(zhuǎn)，并與送進(jìn)小車(chē)兩側(cè)的銅螺母嚙合，帶動(dòng)銅螺母、送進(jìn)小車(chē)和所夾持的鋼管向軋機(jī)方向運(yùn)動(dòng)。為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，需提高其送進(jìn)速度，因此絲杠采用三頭分度，可使導(dǎo)程由27 mm提高至54 mm，送進(jìn)速度提高約1倍。

1 絲杠結(jié)構(gòu)及精度要求

1.1 絲杠牙型結(jié)構(gòu)

絲杠主要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其常見(jiàn)牙型有矩形、三角形、梯形和鋸齒形等。其中，矩形螺紋傳動(dòng)效率高，但其對(duì)中性差，牙型強(qiáng)度較低；三角形和梯形螺紋的牙型角較大，牙型強(qiáng)度高，但受接觸面徑向力影響，傳動(dòng)效率低；鋸齒形螺紋兼具以上兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的單向傳動(dòng)效率和良好的對(duì)中性，同時(shí)保證足夠的牙型強(qiáng)度。送進(jìn)裝置兩側(cè)的細(xì)長(zhǎng)絲杠要求在送進(jìn)方向具有較高的單向承載能力和傳動(dòng)效率，因此適宜采用鋸齒形螺紋。

1.2 三度分頭絲杠的尺寸精度要求

如圖1所示，該絲杠總長(zhǎng)13.932 m，中部螺紋段長(zhǎng)度10.610 m，規(guī)格B170×60(P=20)，螺距20 mm，頭數(shù)3，導(dǎo)程60 mm，牙型角為8°/33°。由于絲杠支撐座套兩側(cè)的銅套與絲杠?170 mm配合滑動(dòng)，因此絲杠外圓精度要求?170h8，全長(zhǎng)直線度0.15 mm，螺紋段外圓粗糙度Ra1.6 μm，牙型面粗糙度Ra0.8 μm，該絲杠的整體加工精度要求高，加工難度大。

圖1 絲杠圖紙

1.3 絲杠加工工藝難點(diǎn)分析

(1)工件長(zhǎng)徑比達(dá)82∶1，屬細(xì)長(zhǎng)軸，受重力、離心力、徑向切削力、切削熱膨脹因素等影響，加工過(guò)程中容易發(fā)生撓曲變形，造成工件彎曲、竹節(jié)形、扎刀等缺陷，工件的直線度、圓柱度等形位公差難以保證。

(2)設(shè)計(jì)導(dǎo)程為60 mm，超出機(jī)床可加工導(dǎo)程范圍，因此需根據(jù)當(dāng)前機(jī)床實(shí)際能力進(jìn)行重新計(jì)算和匹配。

(3)由于螺紋段長(zhǎng)度達(dá)10 m，且3頭分度，分段加工過(guò)程中，需多次移動(dòng)中心架，加工過(guò)程中，各段內(nèi)和各段之間螺紋牙型、螺距和分度精度不易控制。

(4)可加工該絲杠的16 m車(chē)床設(shè)備陳舊，進(jìn)給絲杠間隙、齒輪傳動(dòng)精度降低，因此該絲杠螺紋在10 m范圍內(nèi)的加工精度和一致性難以保證。

2 絲杠難點(diǎn)加工的工藝方案

絲杠毛坯為鍛件，在加工過(guò)程中，為減小應(yīng)力和變形，應(yīng)合理安排加工工序?yàn)椋哄懠鳌周?chē)→調(diào)質(zhì)→超探→半精車(chē)→熱處理消應(yīng)力→半精車(chē)→振動(dòng)消應(yīng)力→精車(chē)外圓、精車(chē)絲杠。

2.1 外圓粗、精加工變形控制難點(diǎn)方案

(1)使用中心架提高工件剛性。粗車(chē)前，為保證中心架上三處滾輪中心與機(jī)床主軸同心，需通過(guò)靠尾座頂尖，對(duì)中心架上三處滾輪的位置進(jìn)行標(biāo)定和粗調(diào)整，如圖2所示。

圖2 標(biāo)定中心架

粗車(chē)和半精車(chē)時(shí)，在絲杠中部均勻布置3處中心架支撐，各中心架之間距離約為3～3.5 m，既能保證半精加工精度要求，又能防止因頻繁移動(dòng)中心架位置造成的生產(chǎn)效率降低。精加工外圓時(shí)，為進(jìn)一步提高支撐剛度，必須減小當(dāng)前兩端中心架距離至2～2.5 m。

(2)改善找正方法，提高外圓形位公差精度。粗車(chē)時(shí)，為方便找正和車(chē)架位，設(shè)計(jì)制作了工裝架套，架套外圓的圓度誤差要求小于0.03 mm，架套兩端各有4處調(diào)節(jié)頂絲。

(3)合理設(shè)計(jì)刀具角度和切削參數(shù)。因細(xì)長(zhǎng)軸剛性差，對(duì)徑向切削力和切削熱敏感，為減小由此引起的振動(dòng)和變形，應(yīng)合理設(shè)計(jì)外圓精車(chē)刀角度和切削參數(shù)，具體如下：精車(chē)外圓時(shí)，選擇焊接式硬質(zhì)合金(YT)車(chē)刀，但為達(dá)到表面粗糙度要求，應(yīng)減小刀尖接觸面積，提高切削速度，選擇刀具主偏角45°，副偏角45°，前角20°，后角12°，機(jī)床轉(zhuǎn)速100 r/min，切削深度0.2～0.3 mm。精光刀時(shí)，轉(zhuǎn)速100 r/min，走刀量0.5 mm/r，切削深度0.1 mm。

2.2 絲杠螺紋粗、精加工難點(diǎn)方案

(1)螺紋切削精度控制。

工裝支撐，提高齒底圓和牙型面加工精度B170×60(P=20)。鋸齒型螺紋齒底圓要求精度?146h10 ，且需保證與齒頂圓同軸度≤0.1 mm，但該三頭螺紋的螺旋升角大、切深大，因此徑向切削分力較大，為防止工件撓曲變形，螺紋車(chē)削時(shí)，應(yīng)通過(guò)合理的中心架支撐來(lái)提高工件剛性。

外圓面未車(chē)出螺紋時(shí)，中心架的滾輪可直接壓在絲杠外圓面上，調(diào)整中心架，打表找正，絲杠外圓度≤0.05 mm；車(chē)出螺紋后，設(shè)計(jì)了如圖3所示專用圓弧軸瓦，用于支撐和壓緊絲杠螺紋表面。另外，粗、精車(chē)螺紋時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整車(chē)削段的中心架間距小于2～2.5 m，并根據(jù)實(shí)際切削狀態(tài)進(jìn)一步調(diào)整。

圖3 架套及軸瓦

(2)粗開(kāi)螺紋，提高加工效率。

由于鋸齒型螺紋一般比三角形螺紋的切削深度大，所以切削量增多，為提高加工效率，首先用矩形粗車(chē)刀在外圓表面粗車(chē)三條矩形螺旋槽，槽寬5 mm，深度12 mm，直接加工至螺紋小徑。

(3)成型刀精車(chē)牙型面，提高牙型精度。

半精和精車(chē)工序主要完成鋸齒螺紋兩側(cè)8°和33°牙型面的加工，采用高速鋼成型車(chē)刀。高速鋼成型車(chē)刀是將鋒鋼條直接線切割至所加工面度數(shù)，并用樣板檢測(cè)控制，然后在磨削前角、后角等，如圖4所示。

圖4 牙形成型刀

為降低切削發(fā)熱，減小徑向切削力，半精車(chē)、精車(chē)刀具前角度數(shù)分別為12°和20°，后角計(jì)算時(shí)仍需考慮螺旋升角的影響，順向安裝的33°車(chē)刀后角相應(yīng)增大至15°，背向安裝的8°車(chē)刀后角相應(yīng)減小至2°。半精車(chē)切削深度0.2～0.5 mm，轉(zhuǎn)速8～12 r/min；精車(chē)時(shí)，徑向進(jìn)刀至零位，然后軸向移動(dòng)小刀架，控制切削深度0.05～0.1 mm，轉(zhuǎn)速8～10 r/min。

(4)螺紋牙型面拋光，提高螺紋表面粗糙度。

為降低絲杠驅(qū)動(dòng)阻力，設(shè)計(jì)要求絲杠牙型面粗糙度Ra0.8 μm，而受大導(dǎo)程螺紋車(chē)削速度限制，精車(chē)后的表面粗糙度顯然無(wú)法滿足圖紙要求。針對(duì)這一問(wèn)題，我們對(duì)常用千葉輪的磨削帶進(jìn)行了修剪，使其與螺紋牙型角度相符，然后將該千葉輪拋光裝置固定在刀架上，并相應(yīng)偏轉(zhuǎn)一倍的螺旋升角，進(jìn)行法向磨削。磨削后的表面粗糙度可達(dá)到Ra0.8～1.6 μm，滿足圖紙和使用要求。

2.3 螺紋加工誤差的檢查和控制方法

螺紋分段加工時(shí)，應(yīng)在三條螺紋都完成粗開(kāi)槽后，再進(jìn)行牙型面的精加工。首先，選擇8°牙型面進(jìn)行加工，先精加工完當(dāng)前段的第一條8°牙型面，然后使用8°單齒樣板進(jìn)行檢測(cè)；再加工完當(dāng)前段的第二條8°牙型面，使用8°雙齒樣板進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)最后加工完當(dāng)前段的第三條8°牙型面，使用8°三齒和四齒樣板進(jìn)行檢測(cè)，如圖5所示。

圖5 8°牙型齒形樣板

然后，對(duì)33°牙型面進(jìn)行加工，當(dāng)精加工完當(dāng)前段的第一條33°牙型面時(shí)，使用單齒型樣板進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)加工完當(dāng)前段的第二條33°牙型面時(shí)，使用雙齒距樣板進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)加工完當(dāng)前段的第三條33°牙型面時(shí)，使用三齒和四齒齒距樣板進(jìn)行檢測(cè)，如圖6所示。

圖6 33°牙型齒形樣板

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此工藝方案，利用現(xiàn)有舊車(chē)床，設(shè)計(jì)輔助工裝及齒形樣板，克服了細(xì)長(zhǎng)軸的多頭絲杠易變形的難題，保證了加工精度，同時(shí)也降低了小批量多頭絲杠的加工成本，為類(lèi)似產(chǎn)品的加工制造和齒形的檢測(cè)提供了參考依據(jù)。