橡膠機械螺旋溝輥加工方法的分析

王胡偉，于杰

（大連大橡機械制造有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116318）

橡膠機械螺旋溝輥加工方法的分析

王胡偉，于杰

（大連大橡機械制造有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116318）

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

橡膠機械；螺旋溝輥；機械加工；機械傳動

橡膠開煉機中螺旋溝輥（見圖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，刀具都是沿螺旋角β運動，因此均可分解成兩個運動，即在機床上刀具沿溝輥軸線方向的直行運動和溝輥沿軸心自傳的運動。

溝槽的旋向角β，是溝槽與輥中心線所形成的角度。溝槽實際加工過程中，首先應(yīng)從溝槽旋向角度的大小進(jìn)行分析。因為tanβ =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。這是因為在傳統(tǒng)機床上加工輥筒的溝槽，其原理是利用機床的主切削運動帶動刀具，附加使用不同齒輪嚙合的工裝裝置，使溝輥工件相對刀具作合成所需要的螺旋角度而進(jìn)行機械加工，其原理示意圖見圖3。溝槽的螺旋角度與所采用特定工裝裝置的傳動速比成正比關(guān)系，當(dāng)所加工的旋向角度或采用的傳動速比過大時，會降低機床主軸的剛性和產(chǎn)生傳動的不穩(wěn)定，從而引起刀具的顫動，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)致溝輥溝槽無法加工或軋輥被損壞報廢。在一般情況下，傳統(tǒng)加工方法中， 螺旋角β0～5.5°之間，來加工溝槽比較合適；當(dāng)螺旋角β大于5.5°時，機床的整體剛性會降低，刀具與設(shè)備加工時也會產(chǎn)生不穩(wěn)定和顫動，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，應(yīng)考慮采用數(shù)控機床進(jìn)行加工。

2　各種溝輥的加工方法和優(yōu)缺點

2.1數(shù)控加工中心機床加工

（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把螺旋角（β）、輥筒直徑（D）、導(dǎo)程（L）、溝槽數(shù)（Z）、溝槽長度（L1）的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行數(shù)控編程來實現(xiàn)加工溝輥螺旋軌跡，通過數(shù)控機床A軸（分度盤）來實現(xiàn)溝輥溝槽的分度。

數(shù)控程序編程；機床上刀具沿溝輥軸線方向的直行運動和溝輥沿軸心自轉(zhuǎn)的運動就是數(shù)控機床X軸和A軸聯(lián)動數(shù)控編程，即編程語句X=L1， A=360tanβ/πD 形成螺旋軌跡，實現(xiàn)溝槽均勻分布，即編程語句A=360/ Z，在通過數(shù)控機床“IF條件GOTO”語句實現(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)控機床對刀時，輥面不能有對刀劃痕，對刀必須在輥面外；如果溝輥至輥面是全溝，可以用尋邊器找輥面端面在用對刀點轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對刀點在輥面外。如果溝輥局部溝，兩端面不貫通，可以在機床上裝夾一個工藝塊，銑平作為對刀塊，通過對刀點轉(zhuǎn)換也可以是實現(xiàn)對刀。

（2）優(yōu)缺點

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

缺點：對數(shù)控機床要求比較高，數(shù)控機床必須得有A軸模塊（分度盤）；

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

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特定工裝來實現(xiàn)溝紋輥的加工，此工裝是經(jīng)過幾代工藝人員的努力探索和研究總結(jié)出來的， 巧妙運用傳統(tǒng)的機械傳動，通過用齒條、齒輪、蝸輪、蝸桿的傳動實現(xiàn)加工溝輥的螺旋軌跡，通過蝸輪、蝸桿的傳動實現(xiàn)溝輥的分度問題，這樣運動機構(gòu)（見圖2）來實現(xiàn)溝輥的加工，但是只能實現(xiàn)固定的螺旋角（β），如何實現(xiàn)任意螺旋角呢？另一個巧妙而簡單的機構(gòu)運用一對速比齒輪的設(shè)計來實現(xiàn)任意螺旋角（β），我們叫它增速機構(gòu)，通過改變速比齒輪的大小來改變螺旋角的大小（見圖3）。

特定工裝裝夾（見圖4）根據(jù)溝槽數(shù)（Z槽）選用不同相應(yīng)蝸輪，實現(xiàn)溝輥溝槽的均勻分布，將溝輥軸頸與蝸輪通過定位鍵連接，在把托架的高度調(diào)至與蝸輪和分度連動裝置相同的高度，如何托架過低可以通過墊板實現(xiàn)，兩端用頂尖把緊。通過計算Z1/Z2=tanβ.6.5ZdZ槽/D，計算出速比齒輪Z1、Z2速比，選用正確的齒數(shù)齒輪。將工裝按照圖4裝夾好，需要調(diào)試特定工裝機構(gòu)，保證運動過程中不能有卡死現(xiàn)象，運動緩量要盡量避免。

圖2　固定螺旋角工作原理圖

圖3　任意螺旋角攻原理圖

每加工一個溝槽后，需要斷開分度連動裝置和速比齒輪傳動，使蝸輪和蝸桿成單獨傳動機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)蝸桿帶動蝸輪實現(xiàn)溝槽分度，溝槽分度后需要重新連接分度連動機構(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

優(yōu)點：對機床性能要求比較低；加工成品低。

缺點：溝輥螺旋角過大，對溝槽的加工質(zhì)量有影響，工裝機械傳動誤差難控制，工裝比較復(fù)雜對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，都是通過特定工裝來實現(xiàn)溝輥的加工原理圖見圖5，不同之處在于一個是用刨刀進(jìn)行切削另一個是用成型盤銑刀切削，刨床只能加工貫通溝槽，輥面局部溝槽無法加工，加工時溝槽的大小、深度，螺旋角的大小，溝輥輥面的硬度對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)缺點優(yōu)點：更加的充分利用普通機床，降低加工成品。缺點：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，可以根據(jù)實現(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，合理利用機床，降低機床維護(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.機械加工工藝手冊.機械工藝出版社.1992.第二版.

［2］ 成大先.機械設(shè)計手冊.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)公司和埃克森美孚合成橡膠工廠開始試運

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)工廠開始試運行。該裝置投資34億美元，設(shè)計產(chǎn)能為40萬t/年，包括11萬t/年的鹵化丁基橡膠以及合計29萬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銷售。首先試運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)機械設(shè)計制造與自動化專業(yè)，現(xiàn)主要從事橡膠塑料機械制造工藝設(shè)計工作。

2016-03-02