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1、单螺杆加工机床的布局和结构摘要 本文从四个方面介绍了国内现有单螺杆加工机床的布局和结构，并把优缺点一一列举出来，由于压缩机生产厂的单螺杆加工机床和机床资料对外保密，以上介绍难免有片面、不妥之处，因此仅供单螺杆压缩机生产厂参考。关键词 机床 主轴 轴承 刀具机床是一个国家制造业水平高低的象征，其核心就是数控系统。我们目前不要说系统，就是国内造的质量稍微好一点的数控机床，所用的高精度滚珠丝杠，轴承都是进口的，主要是买日本的，我们自产的滚珠丝杠、轴承在精度、寿命方面都有问题。目前国内的各大机床厂，数控系统100外购，各厂家一般都买日本发那科、三菱的系统，占80以上，也有德国西门子的系统，但比较少。德
2、国西门子系统为什么用的少呢？早期，德国系统不太能适合我们的电网，我们的电网稳定性不够，西门子系统的电子伺服模块容易烧坏。日本就不同了，他们的系统就烧不坏。近来西门子系统改进了不少，价格方面还是略高。德国人很不重视中国，所以他们的系统汉语化最近才有，不像日本，老早就有汉语化版的。韩国、台湾的数控机床制造能力比大陆地区略强，不过水平差不多。他们也是在上世纪90年代引进日本技术发展的。韩国应该好一点，它有自己制造的、已经商业化了的数控系统，但进口到中国的机床，应我们的要求，也换成了日本系统。我们对他们的系统信不过。韩国数控机床主要有两家：大宇和现代。大宇目前在我国设有合资企业。台湾机床和我们大体一样
3、，自己造机械部分，系统采购日本的。但他们的机床质量差，寿命短，目前在大陆影响很坏。其实他们比我们国产的要好一点。但我们自己的差，我们还能容忍，台湾的机床是用美金买来的，用的不好，那火就大了。台湾最主要的几家机床厂已打算把工厂迁往大陆，大部分都在上海。这些厂目前在国内的竞争中，也打着国产的旗号。就国产高级数控机床而言，其利润的主体是被外国人拿走了，中国只是挣了一个辛苦钱。近来随着中国的经济发展，也引起了世界一些主要机床厂商的注意，2000年，日本最大的机床制造商“马扎克”在中国银川设立了一家数控机床合资厂，据说制造水平相当高，号称“智能化、网络化”工厂，和世界同步。今年日本另外一家大机床厂大隈公
4、司在北京设立了一家能年产1000台数控机床的控股公司，德国的一家很有名的企业也在上海设立了工厂。目前，国家制定了一些政策，鼓励国民使用国产数控机床，各厂家也在努力追赶。国内买机床最多的是军工企业，一个购买计划里，80是进口，国产机床满足不了需要。今后五年内，这个趋势不会改变。不过就目前国内的需要来讲，我国的数控机床目前能满足中低档产品的订货。 一、介绍机床的布局 压缩机排气量的大小决定了星轮、螺杆直径的大小和啮合中心距的大小，因此螺杆直径的不同，机床的主轴与刀具的回转中心也不同。为满足加工不同直径的螺杆，目前国内单螺杆加工机床的布局大致有以下几种方案。 第一种：机床的主轴与刀具回转中心的中心距
5、为固定式 机床的主轴与刀具回转中心的中心距为固定式，中心距不可调整。加工几种直径的螺杆就需要几种中心距规格不同的机床。 优点：机床的结构简单。 缺点：每种机床只能加工一种规格的螺杆，当市场上某种规格的压缩机螺杆需要量大时，造成一台机床加工，其他机床闲置。 第二种：机床的主轴箱为可回转式 机床可根据加工螺杆直径的大小在加工前把主轴箱旋转一个角度。这种主轴箱能够回转的机床是对上述第一种机床在使用方法上的改进，与第一种机床的结构基本相同。 优点：机床的结构简单，能适应多种规格螺杆的加工。 缺点1：主轴箱旋转后主轴回转中心线与刀具回转中心线间的距离不易精确测量。 缺点2：主轴箱旋转后主轴前端面与刀具的
6、回转中心线间的距离减少，因此加工较大直径的螺杆受到限制。 第三种：机床的主轴箱为横向移动式 主轴箱底部与底座之间布置有矩形滑动导轨，主轴箱移动的方向垂直于主轴回转中心线并垂直于刀具回转中心线。主轴箱的动力通过花键轴传给底座内的刀具进给机构。 根据加工螺杆直径的大小，在加工前用手轮丝杠进给机构把主轴箱移动到适当位置，然后用螺钉将主轴箱固定在底座上。主轴箱的移动距离可用光栅尺检测，位置误差0.005mm。 采用主轴箱可横向移动的一个机床就可以加工直径95385mm之间任何一种规格的螺杆。 由于加工95385mm直径的螺杆，造成主轴前端面与刀具回转中心线间的距离差值过大，因此在实际应用时设计成两种规
7、格的机床，一个机床加工95205mm直径的螺杆，另一个机床加工180385mm直径的螺杆。 优点：机床能适应多种规格螺杆的加工，每种规格的螺杆不需要配备相应的加工机床。 缺点：机床的结构和机床的装配较前二种机床复杂，机床的造价也较前二种机床高。 二、介绍机床的主轴结构 机床主轴箱的水平主轴和底座上的立式的主轴精度的高低决定了被加工螺杆的精度，同时螺杆在压缩机中以几千转的速度高速旋转时，精度较差的螺杆会使压缩机产生发热、振动、效率低、磨损快等现象。 国内目前现有的单螺杆加工机床主轴结构大致有以下两种方案。 第一种：轴承径向游隙不可调的主轴结构 主轴前轴承采用1个双列圆柱滚子轴承和两个推力球轴承组
8、合，该主轴使用双列圆柱滚子轴承承受径向切削力，使用两个推力球轴承承受轴向切削力。 主轴后轴承一般采用1个双列圆柱滚子轴承或采用1个向心球轴承。 这种主轴结构的优点：主轴的加工和装配简单，造价较低。 缺点1：由于主轴轴承的径向游隙不可调整，所以主轴精度较差。虽然可以利用轴承的内径和轴径的过盈配合来消除轴承的径向游隙，但每个轴承的内径和径向游隙不是一个固定值，因此设计和加工时很难给准轴径与轴承内径的配合公差。 缺点2：在市场上很难买到国产或进口的C、D级或P4、P5级的推力球轴承，机床生产厂常用普通级轴承替代使用，此举也影响了主轴精度的提高。 轴承径向游隙不可调的主轴结构适用于一般精度的普通机床，
9、不适用于对主轴精度要求较高的机床。 第二种：轴承径向游隙可调的主轴结构 主轴前轴承采用一个P4级圆锥孔的双列圆柱滚子轴承和1个P4级的双列向心推力球轴承组合。该主轴使用圆锥孔的双列圆柱滚子轴承承受径向切削力，使用双列向心推力球轴承承受轴向切削力和部分径向切削力。 主轴后轴承一般采用1个P5级圆锥孔的双列圆柱滚子轴承。 圆锥孔双列圆柱滚子轴承的内圈和配合轴径均为1：12圆锥，用圆螺母锁紧轴承则使轴承在轴向产生一个位移并使轴承的内圈膨胀，从而达到减少或消除轴承径向游隙的目的。 这种主轴结构的优点：主轴精度较高。在主轴前端面230mm直径上测量主轴的端面跳动值为0.010mm。在主轴前端230mm外
10、圆上测量主轴的径向跳动值为0.005mm。第二种结构的主轴精度比第一种主轴精度提高50%左右。 这种主轴结构的缺点： 主轴的加工工艺较复杂，主轴的装配也需要有经验的工人操作才能使主轴精度达到理想数值。 三、刀具进给深度的控制 不同直径的螺杆需要加工螺旋槽的深度也不同，螺旋槽的深度从几十毫米到一百多毫米不等，刀具进给机构大约需要旋转进刀几千圈才能完成一个螺杆零件的加工。由于刀具进给机构在刀具旋转的同时还要完成进刀动作，所以一些在普通机床上常用的机械、电气控制切深的方法都不适用于单螺杆加工机床。 单螺杆加工机床的刀具进给机构采用以下不同的方法都可以达到控制进刀深度的目的。 第一种：摩擦离合器和电气
11、开关控制刀具进给深度 它的控制原理是刀具切深增大时刀具进给机构的负载扭距增大，使刀具进给机构传动链中的摩擦离合器打滑，一个机械连杆机构触发电气开关并发出声、光信号提示操作者，此时操作者人工操作断开刀具进给机构的动力。 这种控制方法的优点是：控制方法简单及零件加工和操作不受突然断电的影响。 缺点是：加工不同直径的螺杆需要调整摩擦离合器压紧碟簧的预紧力。 由于每个螺杆材质的密度、硬度存在细微差异及刀具锋利程度也存在差异，因此使这种控制方法的精度不太准确，可能导致螺杆螺旋槽的深度公差过大。 第二种：用电磁离合器、编码器组合控制刀具进给深度 刀具进给系统中，装有电磁离合器及一对用于检测刀具转动圈数的测
12、速齿轮和一个编码器。结论：本文从四个方面介绍了国内现有单螺杆加工机床的布局和结构，并把优缺点一一列举出来，由于压缩机生产厂的单螺杆加工机床和机床资料对外保密，以上介绍难免有片面、不妥之处，因此仅供单螺杆压缩机生产厂参考。机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面
13、具有深厚的基础知识。 如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且
14、愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的
15、而采用新方法。在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得
16、到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了进行有效的交流 ，需要解决下列问题：（1） 所设计的这个产品是否真正为人们所需要？（2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力？（3） 生产这种产品是否经济？（4） 产品的维修是否方便？（5） 产品有无销路？是否可以盈利？ 只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的更改必须要经过
17、设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。近些年来，工程材料的选择已经显得重要。此外，选择过程应该是一个对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对
18、材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果，设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（a）初步设计；（b）功能设计；（c）生产设计。在初步设计阶段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；
19、如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。在功能设计和工程设计阶段，要做出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如
20、果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生
21、产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用性能而引起的。产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的
22、信息资料；(b)未能预见和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）；(c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候；(d)质量控制方法不适当和未经验证；(e)由一些完全不称职的人员选择材料。通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，
23、可以大大减少诉讼的数量。从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。附件2：外文原文（复印件）Single-screw machine tool layout and structureAbstract This paper describes four areas from the existing single-screw machine layout and structure, and put out the advantages and disadvantages of the list, because of the compress
24、or plant single-screw machine tools and machine tool external Security information, the above introduction there is inevitably one-sided and wrong, and are therefore single-screw compressor for the production of reference works. Key Words Machine Spindle Bearing ToolMachine is a national symbol of h
25、igh and low level of manufacturing industry, the core is a CNC system. We are currently not say that the system is the quality of domestic-made CNC machine tools a little better, the use of high-precision ball screws, bearings are imported, mainly to buy in Japan, our homegrown ball screw, bearings
26、in precision, there are problems in life. Currently the major machine tool plant, purchased 100% of NC system, the manufacturers generally buy a Japanese Fanuc, Mitsubishi systems, accounting for more than 80%, but also Germanys Siemens system, but relatively small. Why is Germanys Siemens system us
27、ed by small? Early, the German system is not able to fit our power grid. Our power grid stability is not enough, Siemens electronic servo system, the module easy to burn out. Japan is different, and their system is not a bad burn. Recently, a number of Siemens system improvements, price is still sli
28、ghtly higher. Germany is very great importance to China, so Chinese of their system only recently, unlike Japan, there are Chinese-based version of the long ago.They are introduced in the late 90s Japanese technology development. South Korea should be a little better. It has its own manufacturing, h
29、as commercialized the NC system, but imports of machine tools in China in response to our requirements, but also replaced the Japanese system. We trusted their systems. South Korean CNC machine tools are mainly two: Daewoo and Hyundai. Daewoo currently has a joint venture in China. However, their po
30、or quality machine tools, life is short, the current bad influence in the mainland. In fact, they were better than we made a little. However, our own poor, we can tolerate, Taiwans machine is purchased with U.S. dollars, with the bad, and that the fire larger. Taiwans main plant, several tools have
31、been intended to move their factories to the mainland, most of them in Shanghai. These plants currently in the domestic competition, but also the name of the banner made.On the domestic advanced numerical control machine tools, its main profit is taken away by foreigners. Recently, as Chinas economi
32、c development, also caused some of the major machine tool manufacturers in the worlds attention in 2000, China set up a joint venture of NC machine tool plant, said production level is very high, known as intelligent, network-based factory, and the world simultaneously. Also this year, a major Japan
33、ese Okuma Machine Tool Plant in Beijing, set up an annual output of 1000 sets CNC machine tools can be a holding company of a well-known German companies are setting up a Shanghai factory. At present, the countries have developed a number of policies to encourage people to use domestic CNC machine t
34、ool, each manufacturer is trying to catch up. the 80% are imported, domestic machine tools to meet needs. Within the next five years, this trend will not change. However, in terms of the present domestic needs, Chinas CNC machine tools now are able to meet the medium and low product orders. First, i
35、ntroduce the layout of machine tools The first is: machine tool rotary tool spindle center and the center distance for the fixed Machine tool rotary tool spindle center and the center distance for the fixed, can not adjust the center distance. Processing of several of the screw diameter on the cente
36、r distance required several different specifications of the machine. Advantages: simple structure of the machine. Disadvantage: each machine can only process a specification of the screw, when the market on a certain specification requirements when the screw compressor, resulting in a machine, other
37、 machine idle. The second: the machine tool spindle box for rotary Spindle box that the machine can turn on a machine at the above-mentioned article on the use of the improvements, with the first structure of a machine tool is basically the same. Advantages: the structure of machine tool easy to ada
38、pt to a variety of specifications of the processing screw. One disadvantage: after the rotating spindle box and the tool spindle turning center line distance between the center line of accurate measurement difficult. The third: the machine tool spindle box for horizontal mobile Box at the bottom of
39、the spindle and the base there is arranged between the rectangular sliding rail, spindle box perpendicular to the direction of movement of spindle centerline and perpendicular to the centerline of the tool rotation. Through the power of the spindle box shaft to the base of the tool feed mechanism. S
40、crew diameter, according to the size of the processing in the processing of the previous round by hand to the body put into the screw spindle box moved to the appropriate location, and then screw the spindle box on a fixed base. Horizontal spindle box can be used as a mobile machine can process diam
41、eter 95 385mm any kind between the screw specifications. 95 385mm processing because of the diameter of the screw, causing the front surface and the tool spindle rotation the distance between the center line of the margin is too large, the actual application in the design specifications of the machi
42、ne into two, a 95 205mm machine screw diameter Another 180 385mm machine screw diameter. Advantages: a variety of tools to adapt to the specifications of the processing screw, each screw specifications need not be provided with the appropriate machine tools. Disadvantage: the structure of machine to
43、ols and machine tool assembly of the two kinds of more complex machine tools, machine tools than the cost of two kinds of machine tools before the high. Second, introduce the structure of machine tool spindle The level of machine tool spindle box on the main axis and the base of the vertical axis de
44、termines the degree of precision was the precision screw machining, at the same time screw compressor at a speed of thousands of high-speed rotary switch, the accuracy of the screw will be less so that the compressor have a fever, vibration, low efficiency, such as wear and tear situation quickly. C
45、urrently available single-screw machine spindle structure of the program has the following two. The first is: bearing radial clearance is not adjustable spindle structure Before spindle bearing out the use of one pairs of cylindrical roller bearings and thrust ball bearing combination of both, the m
46、ain use of double row cylindrical roller bearings under radial cutting force, the use of two ball bearings to bear axial thrust cutting force. Main advantages of this structure: the main axis of the processing and assembly of simple, low cost. One disadvantage: because the main axis of the radial be
47、aring clearance can not be adjusted so poor precision spindle. Although the use of bearings and shaft diameter fit to eliminate the radial bearing clearance, but each bearing diameter and radial clearance is not a fixed value, so it is difficult to design and processing to the quasi-axial-radial and
48、 bearings with bore tolerances. 2 disadvantage: it is very difficult to buy in the market of domestically produced or imported, C, D or P4, P5 class thrust ball bearings, machine tool manufacturing plant commonly used alternative to the use of ordinary class bearings, which also affected the accuracy of the enhance spindle. Bearing radial clearance adjusta
