在車床上加工中高曲線的機構設計*

張西平

(天水星火機床有限責任公司，甘肅 天水 741024)

1 前言

目前，在鋼鐵、造紙、鋁加工、無紡布等板材生產中，軋機上的軋輥，為消除軋輥受力變形、熱變形等因素的影響，必須將軋輥表面設計成中高或中凹曲線如圖1所示，這樣的表面曲線目前只能在軋輥磨床上加工。筆者針對一些表面要求不高的軋輥、投資少的客戶、軋輥表面半精加工的客戶，介紹一種新型機構。將普通車床改造后，該機機構即可實現。

2 軋輥表面中高或中凹曲線的分析

軋制不同的板材，用不同的軋輥。不同的軋輥根據工作過程中受力大小、熱變形的不同，設計成不同的中高曲線。如圖1，中高量A的尺寸一般在0.1～1.5 mm之間，L的尺寸一般在1 500～8 000 mm之間。從A、L尺寸的對比來看，A尺寸相對很小。以L=3 000 mm，A=0.3 mm為例，當Z軸行程為3 000 mm時，X軸的行程只有0.3 mm。X軸(橫向)屬典型的微量進給。

圖1 軋輥中高示意圖

3 軋輥表面中凸或中凹曲線加工的現狀

目前軋輥表面加工工藝是:先在普通車床上粗加工，再通過手動進刀的方式將軋輥表面半精加工成近似中高或中凹曲線，最后用軋輥磨床將輥面精加工。數控車床雖然理論上能對軋輥表面實現自動半精加工，但由于傳動間隙、傳動剛性、摩擦力等因素的影響，X軸很難實現與Z軸的同步響應，且數控車床造價較高，不經濟。

4 車床橫向微進給加工中高曲線的傳動設計

在普通車床上加工中凸或中凹曲線，實際上是車刀刀尖延X軸和Z軸方向的復合運動。且X軸的移動量在Z軸全長上跟進量很小。目前沒有可靠的機械結構在車床上實現。筆者設計了一種機構［1］，在車床中拖板光杠1上增加一蝸桿3如圖2所示，與蝸輪4如圖3所示相嚙合，軸6上固定一凸輪5，凸輪在轉動過程中推動刀具固定平臺7沿車床X軸(軸類零件直徑方向)作微量進給。在刀具固定平臺7的一端(凸輪5的對面)固定一壓簧8，保證刀具固定平臺7的微量移動嚴格受凸輪5的控制。整個機構的動力自齒輪2輸入。

圖2 傳動原理圖

機械傳動的設計［2］:總的原則為車床中拖板沿Z軸(軋輥軸線方向)移動輥面長度L時，凸輪5旋轉360°。具體視車床的傳動系統，通過改變齒輪2的齒數、蝸輪4蝸桿3傳動比、增加傳動副等形式實現。具體傳動系統，如圖3所示。

圖3 傳動原理圖

以產品CW61100E為例，當L=3 000 mm時，傳動鏈設計為:［3000(輥面長度)/12×5×3.14］×［(51/27)×(42/21)×(46/23)×(42/20)］(車床原有傳動鏈)×1/51(如圖2所示的蝸桿3，蝸輪4)×(20/36×20/55)(如圖2所示的減速機9)=1.000 8(凸輪1轉)。

按此傳動鏈，凸輪1轉，刀尖沿Z軸行程可以得出:l=3 000/1.000 8=2 997.60 mm。誤差為3 000-2 997.60=2.40，誤差率為2.40/3 000=0.8‰，完全滿足輥面加工的需要。

5 結論

通過凸輪機構實現普通車床的橫向微量進給，能有效解決軋輥表面要求較高且對稱的經濟加工問題。對大批量生產軋輥的客戶，通過使用這種帶橫向微量進給機構的車床對軋輥表面進行自動半精加工，可大大降低工人的勞動強度、提高工作效率、提高加工質量。對輥面要求不高(粗軋或半精軋輥面)或投資較少的軋輥加工客戶，買1臺這樣的設備，再將主軸轉速設計成高低切換，即可完成軋輥的全部加工，只需將車刀同磨頭互換，即可完成軋輥表面的車、磨序加工，可節省投資數百萬元。

［1］ 常見機構的原理及應用編寫組.常見機構的理及應用［M］.北京:機械工業出版社，1978.

［2］ 機床設計手冊編寫組.機床設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，1996.