利用通用车床加工变螺距螺杆

在橡胶、塑料、食品等工业领域所使用的生产设备中广泛地应用着各种类型的挤出螺杆。变距螺杆由于具有压缩均匀、压缩比大、出料连续性好等优点得以优先采用。但由于变距螺杆工艺性较差,利用通用设备加工困难,导致其应用受到一定限制。本文通过工艺分析,以利用、挖掘现有通用设备潜力为前提,研究并解决了变螺距螺杆的的加工问题。

一、变距螺杆的结构特点和工艺分析

(一)变距螺杆的数学方程

图1变距螺杆示意图

变距螺杆是相邻螺距不等的螺杆。常用的变距螺杆螺距变化规律如图1所示。

从图中看出,螺杆的螺距是按等差级数规律渐变排列的。若设螺旋曲线上任意点至起始点的距离为l,则可得变距螺杆螺旋线的数学方程为

l=nP+n² ΔP

式中:P为基本螺距；ΔP为螺距变化量；n为螺旋线圈数,n=f/2p,fP为螺纹总转角。

将n=f/2p代入方程,得

l=(P/2p)f+(ΔP/4p²)f²

令:A=P/2p,B=ΔP/4p²,再将f=wt代入,则得

l=Awt + Bw²t²

式中:w为螺杆转动的角速度；t为螺杆转过f角所用的时间。

(二)变距螺杆曲线分析

1．位移分析

等距螺杆的数学方程仅有变距螺杆方程中的第一项,即

l=Awt

曲线上任一动点轴向位移l与时间t是一次关系；而变距螺杆l与时间t是二次关系。

2．速度分析

当螺杆匀速转动时,等距螺杆螺旋线上任意点的轴向速度

v=dl/dt=Aw

式中:A、w均为常数,故v为常数,即等距螺旋线上任意动点的轴向位移速度是恒定的。而变距螺旋线上任意点的轴向速度

v=dl/dt=Aw+2Bw²t

则说明变速螺旋线上任意动点的轴向速度是时间的函数,是变化的。

3．加速度分析

等距螺杆轴向加速度a=d²l/dt²=0,变距螺杆轴向加速度a=d²l/dt²=2Bw²,说明等距螺杆螺旋线上任意点轴向加速度为零,而变距螺杆螺旋线上任意点轴向加速度为常数,其速度变化是均匀的。也就是说,变距螺旋线上任意点的轴向位移为匀加(减)速运动。

(三)成形运动分析

加工等螺距螺杆,只须主轴带动工件匀速转动,刀具作轴向匀速移动,即可形成等距螺旋线。加工变距螺杆,则一方面须主轴带动工件匀速转动,一方面须刀具作轴向匀加(减)速移动才能形成变距螺旋线。

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