基于手工编程的变距双向螺杆四维加工方法研究*

蔺代永，朱有为，梁 亮

(长沙大学机电工程系，湖南 长沙410003)

变距双向螺杆作为机械结构中不可缺少的零部件之一，现已广泛应用于各行各业.变距双向螺杆最基本的功能是变速传输，每个传输对象具有不同的传输速度，这就保证了其在传输过程中相互独立，不会发生物体之间的碰撞与摩擦.变距螺杆最大的特点是其螺距变化的变量为非恒定值，即螺距的变化没有特定的规律［1］.利用三维制图软件SolidWorks可以对变距双向螺杆进行建模，但编辑三维模型比较麻烦，参数曲线往往出现失真，造成实体图形出现误差，并且图形转换到MasterCAM后，自动生成的程序十分复杂，占用内存大，一般的数控机床储存不了，可靠性、通用性也不强［2，3］.目前，还有一种方法是基于普通机床的刀具变速移动切削法，其特点是在普通机床基础之上增加了一个凸轮装置，其中，凸轮是控制螺距变化的关键，此方法对工人的技术水平要求极高，一旦凸轮的设计参数不合理，那么变距双向螺杆的螺距就会产生变化，导致加工出来的变距螺杆传动效果和精度都不高，不利于产品的推广使用［4－6］.

近年来，随着数控技术的发展，特别是多轴高精度数控加工中心的广泛使用，此类零件的加工变得容易.本文介绍在四轴加工中心上，采用手工编程的方法实现变距双向螺杆的制造.

1 图形建模

给定变距双向螺杆参数:螺旋轮廓线进程升角γ1=16°，回程升角 γ2=23°，进程导程 S1=50mm，回程导程 S2=75mm，变螺距部分有效长度 L=300mm，螺杆外径 D=90mm，螺距部分槽底直径d=12mm，螺旋槽深度Z=5mm.

绘制变距螺杆的二维简图如图1所示.

2 加工方法

2.1 铣削刀具的选择

合理选择铣削刀具是加工的关键内容.铣削刀具种类数量繁多，根据材料牌号分类多达数十种，刀具的刃数也各不相同.考虑到螺杆材料为ABS，其槽底直径d为12mm，因此选用Ф12mm高速钢键槽铣刀.另外，为保证加工质量，也可选择稍小一点的刀具，然后再进行多次精加工.

图1 螺旋变距双向螺杆二维简图

2.2 夹具的选择

零件加工中的定位与夹紧是加工的前提与基础，选择得当可以大大提高加工的精度和效率，反之，定位错误将会导致加工失败.变距双向螺杆其螺距和导程不是固定的，且截面较为复杂，在加工中，本文选择了四轴回转工作台和三爪自定心卡盘对零件进行定位夹紧.由于螺杆较长，刚性不足等原因，加工过程中容易发生振动，使零件产生自转，为保证加工质量，在螺杆尾端采用活顶尖支撑顶紧，使得加工过程实现四轴联动，即回转工作台匀速带动螺杆转动，刀具自转，并沿螺杆轴向做直线往复运动.工件装夹简图如图2.

2.3 数控加工程序的编制

将图2展开，得到变距双向螺杆二维展开图，如图3所示.

图3 螺旋变距双向螺杆二维展开图

从图3可以清晰的看出，变距螺杆导程S与螺旋变化角θ之间的关系.已知螺杆的有效长度L为300mm，螺旋双向变化角度为20π，同时，从展开线可以看出进程角度为12π，回程角度为8π，以FANUC－0i－mc系统为例，编辑数控加工程序.

程序代码:

(因某些数控机床不识别π功能，编程时换为π=360、2π=720以此类推)

程序说明:

此螺杆粗加工已在车床上完成，加工过程中零件旋转了20π共20圈后回到起始点，A轴绕X轴旋转，同时刀具沿X轴方向作直线运动，Z为刀具铣入深度，若深度不够，可分多次切削.需要注意的是每次切削在X轴和Y轴上的起始点要保持一致.

加工出的变距双向螺杆实物图如图4所示.

图4 加工实物图

3 结语

实践证明利用手工编程的方法可以制造出较复杂的变距双向螺杆，并克服了对各种制造软件的依赖;加工者只需要熟练掌握使用四坐标数控铣床和车削中心等多种数控机床的操作方法，对刀具、夹具有比较深入的了解，便可以高效率地加工出变螺距双向螺杆.用此方法制造的变距螺杆精度高、表面过渡平滑，方法简便实用.

［1］宋国龙.基于SolidWorks/MasterCAM的突变螺距螺杆的设计及加工［J］.青海大学学报，2009，(6):13－15.

［2］葛文军，孔繁群，习强，等.单旋变距双向循环移动螺杆的加工［J］.装备制造技术，2007，(11):138 －139.

［3］刘伟，余英良.大尺寸变螺距丝杠的数控加工［J］.农业机械学报，2006，(5):148－152.

［4］孙伟，范成岩.基于变螺距螺纹加工的普通机床改造［J］.机床与液压，2006，(1):167 －168.

［5］吴桂权.简易变螺距螺旋线的设计与加工［J］.包装与食品机械，2004，(2):53 －54.

［6］白宇，王平.变螺距螺杆的加工方法［J］.现代制造工程，2008，(1):24－26.