差動螺旋傳動及摩擦在龍門銑床中磨削機床導軌的應用

大同市東華機械廠（山西 037036) 呂學成

導軌磨損是機床精度下降的一個普遍現(xiàn)象，有些設備，因產(chǎn)品單一，會造成導軌局部段的嚴重磨損，從而影響到機床精度下降，加工出的零件達不到要求。對于這類設備淘汰有些可惜，外協(xié)維修費用較高，要在本廠維修，導軌的維修工作量約占整臺設備維修量的40%左右，如果不具備磨削導軌的條件，依靠人工刮研，其工作量大、勞動強度高、維修周期長，尤其是對于淬硬的導軌面，刮研就顯得無能為力了。如何解決導軌面的維修，根據(jù)我公司現(xiàn)有的龍門銑床X2020A，設想拆去原裝銑削頭，安裝上一個可以轉角度的磨削頭，實現(xiàn)維修導軌的以磨代刮研。

1.X2020A龍門銑床磨削時的工作要求

磨削加工屬于微量切削，一般情況下粗磨時的背吃刀量ap為0.04～0.08mm，精磨時的背吃刀量ap為0.005～0.04mm，而X2020A龍門銑床銑削時的精確進刀是依靠銑削頭來進給，而橫梁的上下升降只有點動與快速移動，輕點一下，少則零點幾毫米，多則幾毫米，只適合遠距離的快速移動，要想依靠橫梁進刀磨削，無法保證精確進刀，而且容易發(fā)生碰撞現(xiàn)象?，F(xiàn)在將銑削頭換成磨削頭，還必須有微量進刀機構來完成進刀工作，根據(jù)磨削加工中的實際操作要求，微量進刀機構應能滿足以下兩個方面的工作要求:①當?shù)毒唠x工件較遠時，點動升降按鈕快速移動橫梁，使刀具距離工件10mm左右停下，下一步手動微量進刀機構能夠使刀具安全地較快地接觸到工件作進刀準備。②當?shù)毒呓佑|到工件準備進刀切削時，應用微量進刀機構能夠使刀具精確進刀，最小調整精度能達到0.005mm，才能滿足磨削進給的要求。

2.微量進刀機構的設計原理

根據(jù)磨削加工兩個方面的工作要求:

(1)應用材料的滑動摩擦與軸承的滾動摩擦來實現(xiàn)微量進刀機構的快速移動與微量進給之間的手動轉換，原理如圖1所示。因摩擦阻力的大小主要取決于摩擦因數(shù)的大小，移動構件中的分合螺母3與軸承支座2之間采用滾動球軸承的安裝方式，滾動軸承的摩擦因數(shù)f為0.002，螺旋副中的螺桿采用45鋼調質，分合螺母3采用減磨性能較好的錫青銅，鋼、青銅之間的摩擦因數(shù)f在有潤滑劑的情況下為0.10。當分合螺母3與軸承支座2之間的轉換裝置1的軸銷退出時，這時分合螺母3與軸承支座2之間安裝的滾動軸承的摩擦阻力遠遠小于螺桿5與分合螺母3之間的摩擦阻力，所以轉動螺桿5會帶動分合螺母3及軸承內(nèi)圈作圓周旋轉運動，并同時推動移動構件整體向前較快速地移動，使刀具安全的接觸到工件。

圖1 微量進刀機構原理簡圖

(2)應用差動螺旋傳動原理，即在同一螺桿上的兩個不相等螺距 (導程)之差，且兩個螺距 (導程)的旋向相同，可實現(xiàn)微量移動，結構原理如圖1所示。當分合螺母3與軸承支座2調節(jié)為一體時，這時轉動螺桿5，移動構件向前移動的方式為微量移動，即可實現(xiàn)磨削加工的精確進刀。

3.微量進刀機構的螺旋副參數(shù)設定

這里微量進刀機構中的螺旋副選用對中性較好牙型角α為30°的梯形螺紋?；瑒勇菪钡膫鲃犹攸c是運轉平穩(wěn)，但傳動效率低，且在一定的條件下具有自鎖功能。為了提高螺旋副的傳動效率，螺桿的螺距盡量選用較大的螺距值。

微量進刀機構中的螺桿只作傳動運動，軸向無載荷，移動構件的自重約為20kg可忽略不計，故螺桿的強度可不必計算，螺紋直徑選擇，可根據(jù)常用機床的傳動絲杠及螺母的加工難易度作為參考，故螺紋中徑d2設定為φ30mm。

微量進刀機構中的螺桿移動方向垂直于機床水平面，為了防止螺桿在沒有外力的情況下自行下落，螺旋副必須具有自鎖性，螺旋副的自鎖條件為螺旋升角λ小于摩擦角ρ。在選擇螺距值時，自鎖條件為:螺距P≤πd2f/cos(α/2)，一般為了安全起見，螺旋副的螺旋升角λ還應小于摩擦角ρ1°～1.5°，所以螺桿在具有安全自鎖時的摩擦因數(shù)為f=tan(arctan0.1-1.5°)=0.0736，將 f=0.0736 代入公式 P≤πd2f/cos(α/2)求螺距值，得 P≤7.183mm，將7.183mm歸整為整數(shù)7mm，所以螺桿Ph1的螺距值設定為7mm。

依據(jù)差動螺旋的傳動原理，螺旋副在微量移動時，螺桿前后兩個螺距 (導程)Ph1與Ph2的差值越小，每圈旋轉的精度就越高。查看車床銘牌的螺距參數(shù)，選擇與Ph1螺距值7mm最接近的一個數(shù)值6.75mm，故螺桿Ph2的螺距值可設定為6.75mm。如果有的車床銘牌沒有6.75mm這一米制螺紋，還可以選擇英寸制螺紋、模數(shù)螺紋、徑節(jié)螺紋與米制螺紋之間相互搭配來獲得我們需要的螺距差值。

4.微量進刀機構的進給參數(shù)

當手動螺桿作快速移動時，螺桿螺距Ph2依靠摩擦力帶動分合螺母及軸承內(nèi)圈與其一起旋轉，這時向前推進的是螺桿螺距Ph1，刀具快速移動的距離也就是螺桿螺距Ph1的移動距離。根據(jù)前面所設的螺桿參數(shù)，計算微量進刀機構的微量進給與快速移動的數(shù)值。

(1)依據(jù)差動螺旋傳動計算公式求微量移動

微量進刀時，手輪每轉一圈，刀具的進給數(shù)值為0.25mm。

(2)依據(jù)普通螺旋傳動計算公式求快速移動

快速移動時，手輪每轉一圈，刀具向前移動的距離為7mm。

Lw為微量移動的數(shù)值，Lk為快速移動的數(shù)值，Ph1、Ph2為螺桿的前后兩個螺距，n為螺桿的旋轉圈數(shù)。

5.微量進刀機構轉換調節(jié)結構

微量進刀機構的轉換調節(jié)結構 (見圖2)是應用推力球軸承1與深溝球軸承12將分合螺母3安裝在軸承支座4之內(nèi)，通過調整壓蓋11來調整軸承的間隙，應用壓簧螺母9來調整彈簧的力度，利用拉手10的插拔來轉換微量進刀與快速移動。當拉手10前端錐度卡在分合螺母3直徑上的錐度槽中，這時軸承支座4與分合螺母3調節(jié)為一體，轉動手輪，刀具的移動方式為微量移動，當拔出拉手10，并旋轉定位軸銷6，使擋簧銷7從豎槽旋轉到橫槽中，這時定位軸銷6的前端錐度退出到分合螺母3的直徑外，分合螺母3在螺桿2摩擦力的作用下可隨螺桿2作旋轉，轉動手輪，刀具的移動方式為快速移動。

圖2 轉換調節(jié)結構

6.微量進刀機構尺寸進給的監(jiān)控

微量進刀機構雖然可以實現(xiàn)尺寸微量進給，但在微調時可能會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，如果沒有精確的刻度值顯示，只憑操作者的感覺進刀，進給尺寸依然得不到保證。這里設計一個可以夾持千分表的輔助裝置 (見圖3)，根據(jù)移動構件在固定構件上的行程范圍將固定支座2安裝在固定構件上的合適位置，用螺釘將其緊固牢靠，然后將支柱3與夾持表臂4及千分表5安裝在固定支座上，支柱3可在固定支座2孔內(nèi)上下移動，夾持表臂4及千分表5可在支柱3的直徑上，上下移動、左右回轉，這樣可以滿足移動構件在不同位置上進給參數(shù)的測量監(jiān)控。其缺點是因千分表的測量行程短，必須在微量進刀時把千分表調整好，千分表觸頭應有2mm左右的壓縮量，如更換工作面時需重新調整。

圖3 尺寸進給輔助裝置

以上是鐘表式指針測量監(jiān)控，還可應用拉桿式直線位移傳感器并配備數(shù)顯監(jiān)控儀對進給參數(shù)進行測量監(jiān)控，拉桿式直線位移傳感器與鐘表指針式相比，其行程的測量范圍廣，不用經(jīng)常調整位置，應用數(shù)顯監(jiān)控儀要比鐘表式指針監(jiān)控更加直觀、易讀，投入費用要比鐘表式指針測量監(jiān)控相對多一些。

7.結語

差動螺旋傳動微量進刀機構結構簡單、制造容易、操作方便，投入費用少，為本公司自己維修設備提供了有利條件，在維修費用方面節(jié)約了一定資金，使一些設備的精度得以恢復，面臨淘汰的設備可以重新利用。圖4為應用X2020A龍門銑床磨削機床導軌的平面部位與燕尾槽面部位。