机械设计毕业论文：挤出螺杆铣削加工机床的改装设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）挤出螺杆铣削加工机床的改装设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文- I -摘要通过对螺杆生产工艺的分析，确定了本文的主要设计内容。我国现在螺杆生产企业应用最广泛的螺杆螺旋面加工方法为成形铣削法，虽然其加工效率较高，但由于每一种规格的螺杆加工就需要一组刀具,刀具需求量较大,此外,还要配套相应的刀具刃磨设备,导致企业投入生产成本较大。而且国内螺杆加工企业的加工设备落后,加工工艺落后,无法加工高精度的螺杆。相对国外目前却已经完全采用数控设备来加工螺杆，使螺杆的精度达到非常高的水平。但是国内因为资金以及其他

2、方方面面的原因，完全采用数控设备来加工螺杆的企业非常少。大部分企业采用普通螺杆机床来加工，而普通螺杆机床基本是由通用车床改造而成的。因此，将普通车床改制成螺杆铣床，不管从人力方面，还是从时间方面，都有了很大的节省，这样不仅降低了成本，而且提高了生产效率。本文将用普通的 C630 车床改造螺杆铣床，用铣刀头代替了刀架，并采用电动机带动铣刀转动。这里主要是对车床的一部分加以改造，确定螺杆铣床的传动方案，对主轴箱、进给部件进行了设计，计算及对各设计部分图形的绘制。关键词：挤出螺杆；螺杆铣床；机床改装；本科生毕业论文- II -AbstractThrough the production proces

3、s analysis of screw to determine the main design elements of this article.Now screw manufacturer in China the most widely used method for processing screw is helical shape milling method.Although the process more efficient, but the processing of each specification screw requires a set tool, tool dem

4、and for larger.In addition, as also supporting the appropriate tool grinding equipment, leading to greater business input costs of production.The processing equipment of domestic screw processing enterprises backward , processing technology behind, unable to process high-precision screw.Now relative

5、 abroad is processing screw with CNC equipment completely, so that the screw to achieve a very high level of accuracy.However, because of funding and other aspects of reasons, complete with CNC equipment to process screw of enterprise is very few.Most of the enterprises use the ordinary screw machin

6、e to process, and general screw machine is basically formed by the universal lathe.Therefore, ordinary lathe converted into a milling machine, regardless of human respect, or from the time, there has been a great save, this not only reduces costs, and improve productivity.This will transform the ord

7、inary C630 lathe into the screw milling machine, milling head with a knife instead, and use of motor driven rotating cutter.Here the main part is to be modified lathe, determine the transmission scheme of milling machine screw, the design of the spindle box and the feed components, calculation and r

8、endering of design of various parts.Key words: Extrusion Screw；Screw Milling Machine；Machine modification ；本科生毕业论文- III -目 录前 言 .1第 1 章 概述 .21.1 挤出螺杆的形状与功能 .21.2 挤出螺杆主要参数 .4第 2 章 挤出螺杆加工工艺 .62.1 圆柱螺旋面的加工方法 .62.1.1 螺旋面的车削加工 .62.1.2 螺旋面的数控加工 .72.1.3 螺旋面的包络法铣削加工 .72.2 挤出螺杆的加工工艺 .92.2.1 挤出螺杆的加工工艺 .92.2.2

9、 挤出螺杆主要工序分析 .11第 3 章 螺杆加工机床改装设计 .133.1 机床改装设计的要求与原则 .133.2 螺杆专用机床改装设计的总体方案及布局 .143.2.1 C630 机床结构及工艺参数 .143.2.2 总体方案 .163.2.3 改装机床的总体布局 .17第 4 章 螺杆加工机床结构设计 .194.1 主传动部分的改装设计 .194.2 刀具刀架部分设计 .234.3 刀架刀具安装 .27小 结 .28致 谢 .29参考文献 .30本科生毕业论文1前 言螺杆在机械工业中应用极为广泛，如橡塑机械、食品机械、纺织机械、石油机械、制冷机械等，由于螺杆的特殊结构决定了它的加工方法需

10、要特殊机床。尤其是螺杆的螺旋槽加工，由于螺杆螺旋槽的形状不同，更加无法使用普通机床加工。随着数控技术的发展，虽然在数控机床上可以加工更为复杂的零件，但数控机床加工长轴类、大切削力的零件仍然存在切削力不足的问题，编程复杂。有一些批量生产的零件更适合于在改装机床上加工。这对于特殊行业、特殊零件的加工，合理地利用传统加工设备的原理和成熟的制造技术，结合各工种设备的特点，大胆设想，进行运动的合成与分解，利用现代技术手段进行创新设计，取得事半功倍的效果。这样做的结果，使传统意义上的机床功能扩大，满足特种零件制造的工艺要求1。对于一些变螺距螺杆，异性螺杆等一系列加工表面很复杂，超常规的螺杆的话，数控机床虽

11、然可以加工，但国内因为经费及其他方方面面的问题，采用数控螺杆铣床进行加工螺杆的企业很少。所以如果批量生产的话更适合于在通过改装后的一些普通机床上进行加工。我们可以在普通的机床上进行一系列的改装和组合，以达到我们对一些复杂零件的加工要求。普 通 车 床 是 能 对 轴 、 盘 、 环 等 多 种 类 型 工 件 进 行 多 种 工 序 加工 的 卧 式 车 床 ， 常 用 于 加 工 工 件 的 内 外 回 转 表 面 、 端 面 和 各 种 内 外 螺 纹 ， 采 用 相 应 的 刀具 和 附 件 ， 还 可 进 行 钻 孔 、 扩 孔 、 攻 丝 和 滚 花 等 。 普 通 车 床 是 车

12、床 中 应 用 最 广 泛 的 一 种 ，约 占 车 床 类 总 数 的 65%。 因 此 ， 鉴 于 目 前 国 内 各 企 业 的 实 际 原 因 ， 本 文 讨 论 的 是 对 普通 的 C630 车 床 进 行 改 装 设 计 ， 以 达 到 在 普 通 车 床 上 进 行 螺 杆 的 铣 削 加 工 的 目 的 。 此 次要 机 床 改 装 的 主 要 部 分 是 普 通 机 床 的 刀 具 部 分 以 及 主 轴 箱 的 进 给 部 分 ， 其 中 包 括 刀 具 ，电 动 机 等 的 选 择 ， 主 轴 箱 减 速 机 构 的 设 计 等 等 。 由 于 能 力 有 限 ， 改

13、装 设 计 尚 有 很 多 不 足之 处 ， 恳 请 老 师 给 予 指 导 。本科生毕业论文2第 1 章 概述1.1 挤出螺杆的形状与功能螺杆是外表面切有螺旋槽的圆柱或者切有锥面螺旋槽的圆锥。螺杆具有不同的头，如外六角螺杆，大扁螺杆、内六角螺丝等等。由 挤 出 过 程 可 知 ， 螺 杆 是 在 高 温 、 一 定 腐 蚀 、强 烈 磨 损 、 大 扭 矩 下 工 作 的 ， 因 此 ， 螺 杆 必 须 ： 1） 耐 高 温 ， 高 温 下 不 变 形 ； 2） 耐 磨损 ， 寿 命 长 ； 3） 耐 腐 蚀 ， 物 料 具 有 腐 蚀 性 ； 4） 高 强 度 ， 可 承 受 大 扭 矩

14、， 高 转 速 ；5） 具 有 良 好 的 切 削 加 工 性 能 ； 6） 热 处 理 后 残 余 应 力 小 ， 热 变 形 小 等 。 目 前 我 国 常 用的 螺 杆 材 料 有 45 号 钢 、 40Cr、 氨 化 钢 、 38CrMOAl 等 。 1） 45 号 钢 便 宜 ， 加 工 性 能 好 ， 但 耐 磨 耐 腐 蚀 性 能 差 。2） 40Cr 的 性 能 优 于 45 号 钢 ， 但 往 往 要 镀 上 一 层 铬 ， 以 提 高 其 耐 腐 蚀 耐 磨 损 的 能力 。 但 对 镀 铬 层 要 求 较 高 ， 镀 层 太 薄 易 于 磨 损 ， 太 厚 则 易 剥 落

15、 ， 剥 落 后 反 而 加 速 腐 蚀 ，目 前 已 较 少 应 用 。 3） 氮 化 钢 、 38CrMoAl 综 合 性 能 比 较 优 异 ， 应 用 比 较 广 泛 。 一 般 氮 化 层 达 0.4-0.6毫 米 。 但 这 种 材 料 抵 抗 氯 化 氢 腐 蚀 的 能 力 低 ， 且 价 格 较 高 。螺杆是塑料机设备中最重要的零部件，它直接关系到塑料机塑化效果和产量。螺杆在料筒内旋转工作是在高温高压大扭拒下进行的，由于它要在转动中强力推动物料前移，同时，它本身还要承受强大的摩擦力和塑料分解腐蚀气体的侵蚀，因而螺杆的材料必须具有很高的力学强度、承受巨大的扭力矩和高温高压条件下不

16、变形的性能2，目前国内的塑料机一般采用 38CrMoAl 合金钢材制造。按照螺杆根数可以分为单螺杆、双螺杆、三螺杆、多螺杆。双螺杆又可以分为平行双螺杆和锥形双螺杆。双螺杆按照旋转方向又可以分为同向和异向。按照螺槽结构特点可以分为等深螺杆和非等深螺杆。按照螺棱特点可以分为普通螺杆和波形螺杆。按照螺棱数目可以分为单头螺杆双头螺杆三头螺杆。按螺杆结构及其几何形状特征，可分为常规螺杆和新型螺杆，常规螺杆又称为三段式螺杆，是螺杆的基本形式，新型螺杆形式则有很多种，如分离型螺杆、分流型螺杆、波状螺杆、无计量段螺杆等3。对于任何挤出机及螺杆而言，一般都可将整个螺杆分成三个功能段，在靠近进料口处一段，称之为螺

17、杆进料段，主要是像挤出机的中部进行喂料。对于等距不等槽来说，此一段的螺槽最深，以便于能咬料和喂料。螺杆的第二段称之为压缩段或过渡段，是粒料塑化的关键段，也就是说粒料经过这一段后应是以塑化好的料了，这一段的螺槽深度应是由身变浅的，这样就不可避免地对料造成一种压缩状态，已能很好的促使料的塑化。螺杆的最后一段就是挤出段，在此段内的料已是完全塑化了，这一段的作用就是将塑化好的料很好地挤入模头之中就可，所以，此段的螺槽深度最浅，以便于塑化好的料的滑出。常规螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段（输送段） 、压缩段（塑化段） 、计量段（均化段）;根据塑料在挤塑机中物态变化、流动情况和螺杆的基本职能来划分，大致分

18、为加料段、塑化段、均化段。本科生毕业论文31. 加料段：又称为预热段。其职能主要是对塑料进行压实和输送。2. 塑化段：又称为压缩段，其作用是将加料段送来的塑料进一步压实和塑化，并将塑料中夹有的空气压回到加料口处排出，并改善塑料的热传导性能。3. 均化段：又称为熔融段，其作用是将塑化段已经塑化好的粘流态塑料，在温度的持续作用下，塑化的更加均匀。根据材料性质不同，常规螺杆又可分为渐变型、突变型和通用型螺杆。渐变型螺杆：压缩段较长，塑化时能量转换缓和，多用于 PVC 等热稳定性差的塑料。突变型螺杆：压缩段较短，塑化时能量转换较剧烈，多用于聚烯烃、PA 等结晶型塑料。通用型螺杆：适应性比较强的通用型螺

19、杆，可适应多种塑料的加工，避免更换螺杆频繁，有利于提高生产效率4。常规螺杆各段的长度如下表所示：表 1.1 常规螺杆各段长度螺杆类型 加料段（L1） 压缩段（L2） 均化段（L3）渐变型 2530% 50% 1520%突变型 6570% 155% 2025%通用型 4550% 2030% 2030%螺杆在旋转过程中，主要靠螺棱对塑料进行剪切塑化，并推动塑料前移，因而螺棱承受巨大的剪切应力和摩擦力，由于长期在苛刻条件下工作，螺棱磨损，螺棱变小，同料筒的间隙增大，导致塑料挤出量降低，严重时会产生塑料回流，且塑化效果降低，出现晶粒和产能严重下降的现象，企业为了提高生产效率降低生产成本，往往采取购买新

20、炮筒、螺杆的方式解决，其实当我们知道螺杆的工作原理后不必采取此种方式。 进口的螺杆质量比国内的螺杆耐用很多，且塑化效果非常优良，其因在于进口机采用的原材料不同，国外的螺杆料筒采用特种合金钢材，所以经久耐用，而决定螺杆炮筒的耐用与否，最关键在于螺杆的螺棱，所有螺杆摩擦最大处就是螺棱，采取在螺棱上堆焊高达250 元的进口特种耐磨合金钢材（加工后厚度在 1.5MM,硬度可达 1100-1400HV,而一般螺杆螺棱硬度在 HV800 左右）以提高螺杆的耐用程度。当螺棱的耐磨度和硬度解决后，螺杆的寿命随之延长。理论上讲，堆焊合金的螺杆比渗碳钢高 3-4 倍。螺杆冷却的目的主要是为了有利于加料段物料的输送

21、，同时也可以防止塑料因过热而分解，有利于物料中所含气体能从加料段的冷混料中返回并从料斗中排出。通入螺杆中冷却介质可以是水，也可以是空气。使用螺杆冷却水应注意以下几点：（1）螺杆冷却水的流量不宜过大，要适量，用手摸水感觉水温暖即可。（2）使用螺杆冷却水要注意外径的变化。在螺杆和牵引速度相适应时，如果使用螺杆冷却水，易使电线电缆外径变小，绝缘厚度变薄。（3）操作时应做到停机时要停水，防止设备发生事故。（4）交接班时要交清使用螺杆冷却水的情况。本科生毕业论文41.2 挤出螺杆主要参数挤出螺杆形状结构多种多样，挤出螺杆的参数影响着挤出螺杆的形状和功能。不同螺杆长径比的挤出螺杆在长度、螺杆消耗功率和使用

22、寿命上都有所区别。不同压缩比的挤出螺杆对产品的影响也有所不用。不同的螺旋升角对应不同的塑化质量和挤出量。螺杆与机筒的间隙对挤塑质量和产量都有很大的影响。不同形状的螺杆头，在挤塑过程中，塑料从螺杆进入机头时的流动方式也不同。下面用图 1.1 对挤出螺杆常规的主要参数进行详细介绍。图 1-1 螺杆参数示意图1-螺杆头部结构 2-螺杆工作部分 3-装夹部分L-螺杆工作部分长度 DS-螺杆直径 L1-加料段 L2-塑化段 L3-均化段 -螺旋升角S-螺距 W-螺槽宽度 H1 和 H3-螺槽深度1.螺杆长径比 L/Ds 螺杆工作部分长度 L 与螺杆直径 Ds 之比称为长径比，在其它条件一定时（如螺杆直径

23、），增大长径比就意味着增加螺杆的长度。L/Ds 值大，温度分布合理有利于塑料的混合和塑化，此时塑料在机筒中受热的时间也较长，塑料的塑化将充分、更均匀。从而提高机塑质量。如果在塑化质量要求不变的前提下，长径比增大后，螺杆的转速可提高，从而增加了塑料的挤出量。但是，选择过大的长径比，螺杆消耗的功率将相应增大，而且螺杆和机筒的加工和装配就难度增加；螺杆弯曲的可能性也会增加，将会引起螺杆与机筒内壁的刮磨，降低使用寿命。另外，对于热敏性塑料，过大的长径比因停留时间长而热分解，影响塑料的塑化和挤出质量。因此，在充分利用长径比加大后的优点，选取时要根据加工塑料的物理性能和对产品的挤塑质量要求而定。2.压缩比

24、 亦称为螺杆的几何压缩比，是螺杆加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。它是由塑料的物理压缩比即制品的密度与进料的表现密度之比来决定的。使挤塑机压缩比较大，目的是为了使颗粒状塑料能充分塑化、压实。加工塑料的种类不同时，压缩比的选择也应不同。按压缩比来分，螺杆的型式可分为三种：等距不等深、等深不等距、不等深不等距。其中等距不等深是最常用的一种，这种螺杆加工容易，塑料与机筒的接触面积大，传热效果好。本科生毕业论文53.螺旋升角 即螺纹与螺杆横断面的夹角。螺旋角太大保证不了塑化时间，降低螺杆的塑化质量，太小则螺纹密，螺槽容积减小，影响挤出量。对于送料段，30螺旋角最合适于粉料；15螺旋角合

25、适于方形料粒；17左右螺旋角合适于球状或柱状料粒。由均匀段理论分析得知，螺旋角 30时的挤出流率最高。实际上为了加工方便，多取螺旋角 1741。4.螺距 S 和螺槽宽度 W螺距即螺纹的轴向距离，螺槽宽度即垂直于螺棱的螺槽宽度。在其它条件相同时，螺距和槽宽的变化，不但决定螺杆的螺旋角，而且还影响螺槽的容积，从而影响塑料的挤出量和塑化的程度。螺槽宽度加大则意味着螺棱宽度减小，螺槽容积相应增大，挤出量提高；同时螺棱宽度减小，螺杆旋转摩擦阻力减小，所以功率消耗低。5.螺槽深度 H即螺纹外半径于根部半径之差。根据压缩比的要求，加料段槽深大于熔融段，熔融段槽深又大于均化段。加料段螺槽深度大，有利于提高其输

26、送能力；但槽深太深，一则使螺杆强度下降，导致螺杆在较大扭力作用下发生剪断；二则太深使塑料在槽间混合不均、搅拌不匀，影响热传导和热平衡，导致螺杆塑化能力下降。而熔融段和均化段螺槽渐浅，螺杆对物料产生较高的剪切速率，有利于筒壁向物料传热和物料的混合、塑化；但是太浅，螺槽容积减小，直接影响挤出量。6.螺杆与机筒的间隙 即机筒内径与螺杆外径之差的一半。螺杆与机筒间隙的大小，对挤塑质量和产量都有很大的影响，特别是对塑化起着主要作用。当螺杆与机筒的间隙太大时，尤其时均化段间隙增大，则塑料的逆流、漏流现象增加，不但引起挤出压力的波动，影响挤出量；而且由于这些回流的增加，使塑料过热，这是由于摩擦加剧的结果，这

27、种过热，尤其发生在散热不良的环境中，往往导致塑料分解，造成塑化差、成型困难。因此，螺杆与机筒间隙一般控制在 0.10.6mm 间。7.螺杆头部结构螺杆头部的形状和几何尺寸，与物料能否平衡的从螺杆进入机头，能避免滞流，以免局部物料受热时间过长而产生热分解现象等。不同形状的螺杆头，在挤塑过程中，塑料从螺杆进入机头时的流动方式也不同。从旋转运动变为直线运动，这时靠筒壁处的塑料流动慢，在中心处的流动快，根据塑料的流动状态，螺纹深度和两侧的圆弧半径可以相应变化，以适应螺杆各段的要求。螺杆头部常采用锥角较小的锥体形状，为了增加搅拌作用，可在锥体形状上制成与螺杆均化段连续的螺纹。8. 螺杆螺纹的头数在其它条

28、件相同时，多头螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力较大，攫取物料的能力较强，并可降低塑料熔体的倒流现象。但螺纹全部都是多头螺纹时，会由于各条螺槽的熔融、均化或对熔体输送能力不一致，容易引起挤出量波动和压力波动，不利于挤出质量。所以，有时只是为了提高加料段攫取物料的能力，在加料段设置双头螺纹，以提高塑料粒子的输送能力。本科生毕业论文6第 2 章 挤出螺杆加工工艺2.1 圆柱螺旋面的加工方法螺旋面是一条母线绕一定轴作螺旋运动而形成的曲面。由此可见，决定螺旋面的因素有：母线、螺旋运动、母线与定轴的相对位置关系。不同的母线与不同的螺旋运动，母线与定轴间不同的位置关系，便形成不同种类的螺旋面。螺旋

29、面的加工方法有很多种，一般情况有螺旋面的车削加工，螺旋面的数控加工和螺旋面的包络法铣削加工。2.1.1 螺旋面的车削加工螺旋面的车削加工一般是指直旋螺旋面或线性螺旋面的加工。直旋螺旋面的特点是形成该螺旋面的母线可以是一条直线，该螺旋面一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。根据车刀安装位置的不同，所加工出的螺杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不相同。根据不同的齿廓曲线，一般可分为阿基米德螺杆、渐开线螺杆、法向直廓螺杆和锥面包络螺杆等四种。以下主要介绍前三种螺杆的加工方法：（1）阿基米德螺杆的车削加工这种螺杆，在垂直于螺杆轴线的平面(即端面）上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿

30、廓）为直线，其齿形角 。它可在车床上用直线刀刃的单刀 (当导程角 ）或双刀(当 ）车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过螺杆的轴线5 ，如下图所示。这种螺杆磨削困难，当导程角 较大时加工不便。（2）法向直廓螺杆的车削加工这种螺杆的端面齿廓为延伸渐开线(如下图所示） ，法面(N-N）齿廓为直线。此螺杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。刀具的安装形式如下图所示，这种螺杆磨削起来也比较困难。（3）渐开线螺杆的车削加工这种螺杆的端面齿廓为渐开线，如下图所示，所以它相当于一个少齿数(齿数等于螺杆偶数） 、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮，这种螺杆可把两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切，其中一把刀具高于螺杆轴线，另一把刀具则低于螺杆曲线，如图所示。刀具的齿形角应等于螺杆的基圆柱螺旋角，这种螺杆可以再专用机床上研磨。 zyxOu(a)(b)NIA