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摘 要 现代制造业中，车铣复合机床具有重要的地位，本文就针对特殊螺杆的加工，对数控机床改造为车铣复合机床进行设计，同时分析了设计方案的特点。通过设备改造提高了数控机床的加工能力，扩展了数控机床的加工范围，减少了设备更新费用。
关键词 车铣复合机床；设计；大螺距偏心曲面螺杆
中图分类号 TG 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0160-01
1 车铣复合加工的优点
1）车铣加工时，刀具进行间断性切削，对于任何材料形成的工件都能够得到比较短的切削，易于自动除屑。并且间断切削能够让刀具有充分的时间冷却，减少工件的热变形，还能够提高刀具的使用寿命。
2）与传统的数控机床相比，车铣加工的转速较高，切削的产品质量较好，并且降低了切削力，提高薄壁杆件和细长杆件的精度，工件成型质量高。
3）由于切削的速度可以分解为工件的旋转速度和刀具的回转速度，根据力学特点，可以在提高刀具的回转速度，降低工件的旋转速度也能达到同样的加工效果，这个特点对于大型锻件毛坯加工特别有效，因为锻件毛坯速度降低可以消除工件偏心而引起的震动或径向切削力的周期变化，从而保证工件的切削平稳，减少工件加工出现的误差。
4）车铣复合机床在对工件加工时，工件的转速低可以有效降低工件的离心力，避免工件出现变形，有利于提高零件的加工精度。
5）车铣加工中使用较大的纵向给进也可以得到精确的切割，表面粗糙度也可以得到有效保证
6）车铣复合机床可以采用车、铣、钻、镗等不同方法实现工件的加工，工件也能够一次装夹而完成多面加工任务，保证加工精度。
2 大螺距偏心曲面螺杆的形成原理及特点
1）螺杆偏心曲面的形成原理。大螺杆偏心曲面螺杆是一类细长杆件，其螺距比较大，螺旋面在1个定螺距下，具有两个中心：工件绕其轴心形成回转中心；铣削工具的回转中心。2个中心有1个恒定的偏心距离，并且它们都围绕各自的圆心独立运动，同时，动点又在设定螺距下面进行复合运动，最终形成结构复杂的曲面，这类曲面可以看作是偏心曲面，螺杆偏心曲面部分的形状为麻花状，其形成原理为对于螺杆整个长度上，螺距一定，而在每一个螺距上，所有相邻的直径都相同，并且按照一定规律逐步偏移形成一系列圆的集合，过渡自然，形成的曲面
光滑。
2）螺杆加工的特点分析。根据螺杆偏心曲面形成的原理可以认为：大螺距偏心曲面螺杆不同于普通螺杆，因为普通螺杆的螺纹为梯形、三角形、矩形等，与渐开式螺纹也有所区别；大螺距偏心曲面螺杆属于细长杆件，刚度较小，在加工中容易出现弯曲变形；螺杆螺距很大，加工过程中需要采用较低的主轴转速和较高的刀具速度；可以解决螺杆偏心螺旋曲面的加工。
由于这类螺杆的构造和形成原理与普通螺纹不同，这类特殊的曲面在通用的机床上都难以加工，因此，螺杆偏心曲面的加工就成为螺杆泵生产的主要困难，需要根据螺杆形成原理及机床的结构特点，设计出能够满足加工要求的工艺设备。
3 设计方案的确定
本文对CW6163D机床进行4大改进，形成了结构合理，功能齐全，能够加工圆柱面、圆锥面、普通螺纹、端面、车槽、钻孔等多种产品。这种车床主要加工细长杆件，具有生产技术成熟，性能优良等优点，得到了广大用户的认可。
铣削加工是机械生产中常用的加工方法，其具有生产效率高、运动机构简单、技术成熟等优点，由于普通机床不能实现铣削加工，就需要对普通机床进行改造，实现功能互补，运动合成，巧妙的设计，就能够解决偏心曲面螺杆加工的难题，还能够充分利用原有功能，最大限度的缩短生产周期，降低生产成本。
1）改进机床结构功能分析。
①变速箱的功能分析。改进后车铣复合机床的主轴箱可以通过三角皮带运转，带动一系列齿轮，然后通过液压控制摩擦离合器实现主轴正反转动，而采用机械手柄可以控制滑移齿轮进行变速控制，保证工件切割的性能。
主轴箱变速后，只需要控制一根输出轴进行运转，然后经过齿轮组合调整，采用恶化时的转动比传递给给进箱，通过进给箱上的控制手柄，保证光、丝杠的接通和转换，同时还可以利用手柄选择螺距及给尽量，分别采用光、丝杠带动溜板运动，实现螺纹及特殊曲面的加工。通过横向手柄控制切端面、切槽，再与小刀架手柄配合可加工锥面和成型面，配上锥度尺等附件可精确加工锥度。
②旋风铣刀头。为了保证机床能够加工出来各种丝杠，可以在设计中加入一种旋风铣刀头，这种铣刀头就是利用车床的主轴带动工件进行旋转，而尾座顶尖进行辅助支承，独立设计铣刀头变速箱带动铣刀旋转，保证溜板箱带动铣刀头变速箱纵向运动实现螺纹及曲面的加工。
2）总体方案的确定。根据以上分析，在对CW6163D机床进行改进时，首先要根据螺杆大螺距的要求，将主轴的转速降到一定范围内；然后根据偏心曲面的加工要求，采用旋风铣刀头的旋转切削运动与工件的慢速旋转运动合成，并可以保证车铣刀具主轴中心与变速箱主轴中心线的偏心距；最后通过齿轮的组合设计，保证切削加工满足设计要求。
①机床主运动设计方案。机床中床头箱是重要的机电部件，在改造时，需要将减速器安装在床头箱后下部，并且将减速器与主电机相连。当机电的钻速下降到16 r/min后，应该保证这个转速能够按照1:1的同步率由输出轴传递到主轴I轴；然后经过主轴箱内的六根传动轴降低速度，保证主轴获得9级不同的转速，转动范围控制在0.13 r/min-1.26 r/min。
床头箱上应该有主轴连接到锁紧装置，当手柄向右扳时，主轴的转速减慢，保证锁紧装置的效果，当主轴锁紧杆伸出时，就可以将这个锁杆插入到主轴法兰盘中，从而保证主轴停止转动。这个时候，切削刀具开始旋转，切割工件，保证工件外部形成需要切割的复杂曲面。还可以控制车铣刀具与工件的偏差，切削工件形成多边形形状。
②加工螺距的设计主轴箱的运动经过输出轴传至箱外的挂轮箱，通过不同挂轮组的搭配将运动传至进给箱的输入轴，经进给箱变速后，由输出轴再把运动传至丝杠或光杠，进给箱上的手柄可按指示牌控制丝、光杠的转换，并按需要选择螺距或进给量。总共可实现32种螺距的调配，每种螺距都有其相应的挂轮组合标牌标出。
③旋风铣刀头的设计方案。旋风铣刀箱体安装在中拖板上，电机安装在铣刀头箱的箱盖上，通过皮带直接传动铣刀头主轴。采用变频器实现铣刀头主轴的无级变速，变速范围为400 r/min-800 r/min。铣刀头最多可装4把铣刀，实现刀具轮流加工，以减小刀具的负荷，延长刀具寿命。上述3种运动，即工件随主轴的旋转运动、溜板箱通过丝杠带动铣刀头箱纵向移动、铣刀头独立旋转运动的有机合成，可实现偏心螺旋面的加工。
车铣就是利用铣刀的旋转和工件的旋转合成运动实现对工件的切削加工，保证工件的形状、精度都满足使用要求，属于一种先进的切削加工方法。通过本次设计改进，实现了车削和铣削的完美结合，很好的满足了特殊加工的需要，生产实践证明采用该机床加工的特殊螺杆满足技术标准，具有良好的技术经济效果。
参考文献
[1]安虎平.用于加工特殊螺杆的车铣复合机床设计[J].机电产品开发与创新,2009.
[2]赵俊友.CX6112车铣复合机床设计方案的研究与探讨[J].机械研究与应用,2005.
[3]南朝子.车铣复合机床改造的探索[J].甘肃科技,2010.
关键词 车铣复合机床；设计；大螺距偏心曲面螺杆
中图分类号 TG 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0160-01
1 车铣复合加工的优点
1）车铣加工时，刀具进行间断性切削，对于任何材料形成的工件都能够得到比较短的切削，易于自动除屑。并且间断切削能够让刀具有充分的时间冷却，减少工件的热变形，还能够提高刀具的使用寿命。
2）与传统的数控机床相比，车铣加工的转速较高，切削的产品质量较好，并且降低了切削力，提高薄壁杆件和细长杆件的精度，工件成型质量高。
3）由于切削的速度可以分解为工件的旋转速度和刀具的回转速度，根据力学特点，可以在提高刀具的回转速度，降低工件的旋转速度也能达到同样的加工效果，这个特点对于大型锻件毛坯加工特别有效，因为锻件毛坯速度降低可以消除工件偏心而引起的震动或径向切削力的周期变化，从而保证工件的切削平稳，减少工件加工出现的误差。
4）车铣复合机床在对工件加工时，工件的转速低可以有效降低工件的离心力，避免工件出现变形，有利于提高零件的加工精度。
5）车铣加工中使用较大的纵向给进也可以得到精确的切割，表面粗糙度也可以得到有效保证
6）车铣复合机床可以采用车、铣、钻、镗等不同方法实现工件的加工，工件也能够一次装夹而完成多面加工任务，保证加工精度。
2 大螺距偏心曲面螺杆的形成原理及特点
1）螺杆偏心曲面的形成原理。大螺杆偏心曲面螺杆是一类细长杆件，其螺距比较大，螺旋面在1个定螺距下，具有两个中心：工件绕其轴心形成回转中心；铣削工具的回转中心。2个中心有1个恒定的偏心距离，并且它们都围绕各自的圆心独立运动，同时，动点又在设定螺距下面进行复合运动，最终形成结构复杂的曲面，这类曲面可以看作是偏心曲面，螺杆偏心曲面部分的形状为麻花状，其形成原理为对于螺杆整个长度上，螺距一定，而在每一个螺距上，所有相邻的直径都相同，并且按照一定规律逐步偏移形成一系列圆的集合，过渡自然，形成的曲面
光滑。
2）螺杆加工的特点分析。根据螺杆偏心曲面形成的原理可以认为：大螺距偏心曲面螺杆不同于普通螺杆，因为普通螺杆的螺纹为梯形、三角形、矩形等，与渐开式螺纹也有所区别；大螺距偏心曲面螺杆属于细长杆件，刚度较小，在加工中容易出现弯曲变形；螺杆螺距很大，加工过程中需要采用较低的主轴转速和较高的刀具速度；可以解决螺杆偏心螺旋曲面的加工。
由于这类螺杆的构造和形成原理与普通螺纹不同，这类特殊的曲面在通用的机床上都难以加工，因此，螺杆偏心曲面的加工就成为螺杆泵生产的主要困难，需要根据螺杆形成原理及机床的结构特点，设计出能够满足加工要求的工艺设备。
3 设计方案的确定
本文对CW6163D机床进行4大改进，形成了结构合理，功能齐全，能够加工圆柱面、圆锥面、普通螺纹、端面、车槽、钻孔等多种产品。这种车床主要加工细长杆件，具有生产技术成熟，性能优良等优点，得到了广大用户的认可。
铣削加工是机械生产中常用的加工方法，其具有生产效率高、运动机构简单、技术成熟等优点，由于普通机床不能实现铣削加工，就需要对普通机床进行改造，实现功能互补，运动合成，巧妙的设计，就能够解决偏心曲面螺杆加工的难题，还能够充分利用原有功能，最大限度的缩短生产周期，降低生产成本。
1）改进机床结构功能分析。
①变速箱的功能分析。改进后车铣复合机床的主轴箱可以通过三角皮带运转，带动一系列齿轮，然后通过液压控制摩擦离合器实现主轴正反转动，而采用机械手柄可以控制滑移齿轮进行变速控制，保证工件切割的性能。
主轴箱变速后，只需要控制一根输出轴进行运转，然后经过齿轮组合调整，采用恶化时的转动比传递给给进箱，通过进给箱上的控制手柄，保证光、丝杠的接通和转换，同时还可以利用手柄选择螺距及给尽量，分别采用光、丝杠带动溜板运动，实现螺纹及特殊曲面的加工。通过横向手柄控制切端面、切槽，再与小刀架手柄配合可加工锥面和成型面，配上锥度尺等附件可精确加工锥度。
②旋风铣刀头。为了保证机床能够加工出来各种丝杠，可以在设计中加入一种旋风铣刀头，这种铣刀头就是利用车床的主轴带动工件进行旋转，而尾座顶尖进行辅助支承，独立设计铣刀头变速箱带动铣刀旋转，保证溜板箱带动铣刀头变速箱纵向运动实现螺纹及曲面的加工。
2）总体方案的确定。根据以上分析，在对CW6163D机床进行改进时，首先要根据螺杆大螺距的要求，将主轴的转速降到一定范围内；然后根据偏心曲面的加工要求，采用旋风铣刀头的旋转切削运动与工件的慢速旋转运动合成，并可以保证车铣刀具主轴中心与变速箱主轴中心线的偏心距；最后通过齿轮的组合设计，保证切削加工满足设计要求。
①机床主运动设计方案。机床中床头箱是重要的机电部件，在改造时，需要将减速器安装在床头箱后下部，并且将减速器与主电机相连。当机电的钻速下降到16 r/min后，应该保证这个转速能够按照1:1的同步率由输出轴传递到主轴I轴；然后经过主轴箱内的六根传动轴降低速度，保证主轴获得9级不同的转速，转动范围控制在0.13 r/min-1.26 r/min。
床头箱上应该有主轴连接到锁紧装置，当手柄向右扳时，主轴的转速减慢，保证锁紧装置的效果，当主轴锁紧杆伸出时，就可以将这个锁杆插入到主轴法兰盘中，从而保证主轴停止转动。这个时候，切削刀具开始旋转，切割工件，保证工件外部形成需要切割的复杂曲面。还可以控制车铣刀具与工件的偏差，切削工件形成多边形形状。
②加工螺距的设计主轴箱的运动经过输出轴传至箱外的挂轮箱，通过不同挂轮组的搭配将运动传至进给箱的输入轴，经进给箱变速后，由输出轴再把运动传至丝杠或光杠，进给箱上的手柄可按指示牌控制丝、光杠的转换，并按需要选择螺距或进给量。总共可实现32种螺距的调配，每种螺距都有其相应的挂轮组合标牌标出。
③旋风铣刀头的设计方案。旋风铣刀箱体安装在中拖板上，电机安装在铣刀头箱的箱盖上，通过皮带直接传动铣刀头主轴。采用变频器实现铣刀头主轴的无级变速，变速范围为400 r/min-800 r/min。铣刀头最多可装4把铣刀，实现刀具轮流加工，以减小刀具的负荷，延长刀具寿命。上述3种运动，即工件随主轴的旋转运动、溜板箱通过丝杠带动铣刀头箱纵向移动、铣刀头独立旋转运动的有机合成，可实现偏心螺旋面的加工。
车铣就是利用铣刀的旋转和工件的旋转合成运动实现对工件的切削加工，保证工件的形状、精度都满足使用要求，属于一种先进的切削加工方法。通过本次设计改进，实现了车削和铣削的完美结合，很好的满足了特殊加工的需要，生产实践证明采用该机床加工的特殊螺杆满足技术标准，具有良好的技术经济效果。
参考文献
[1]安虎平.用于加工特殊螺杆的车铣复合机床设计[J].机电产品开发与创新,2009.
[2]赵俊友.CX6112车铣复合机床设计方案的研究与探讨[J].机械研究与应用,2005.
[3]南朝子.车铣复合机床改造的探索[J].甘肃科技,2010.