一种汽车转向系统中蜗杆的螺纹挤压成型机床及加工方法与流程

本发明涉及一种螺纹挤压成型机床及加工方法，涉及汽车转向系统蜗杆加工领域。

背景技术：
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在汽车转向系统中，其蜗杆上的螺纹的加工，目前广泛采用传统的金属切削加工的方法，即，分两道或三道不同加工步骤或方法，先后连续地对蜗杆原材料毛坯进行加工：第一步粗加工，铣削方式去除大量材料，加工出螺纹的大概形状并留出一些余量供后续加工；其次半精加工，磨削出符合图纸要求的螺纹尺寸；最后精加工，挤压抛光螺纹表面。

经过上面不同工艺的设备先后加工后，其蜗杆螺纹的加工质量很好，但投资高，生产效率不高；特别地，由于不同工序单台设备之间生产节拍不均衡，最大差距大于2倍以上，为了提高产能并最大化发挥节拍小的设备即精加工设备的利用率，需要追加一台或两台的节拍大的设备即粗加工或半精加工设备，所以相应地增加了设备和厂房面积的投资，从而更进一步增加设备投资金额，使总的设备投资额非常高。

技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、制作成本低且能有效提高加工效率的蜗杆的螺纹挤压成型机床及加工方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种汽车转向系统中蜗杆的螺纹挤压成型机床，具有机床床体，所述机床床体包括相互独立的中部床体和侧部床体，所述侧部床体置于中部床体两侧，在侧部床体之间固定连接相互平行设置的上拉杆以及下拉杆，所述上拉杆以及下拉杆均水平设置且分别固定在侧部床体的上下部，所述成型机床还包括对蜗杆毛坯进行加工的进给加工机构以及能将蜗杆毛坯夹紧固定的工件夹紧系统，所述工件夹紧系统置于中部床体的正中央位置，所述进给加工机构数量设置为两套且对称设置于工件夹紧系统两侧，所述进给加工机构包括伺服液压进给系统以及工件加工机构，所述蜗杆的螺纹挤压成型机床还包括控制进给加工机构以及工件夹紧系统运行且实现蜗杆毛坯加工成型过程的综合控制系统。

作为优选，所述伺服液压进给系统包括伺服液压控制系统、加工机构固定头以及导轨，所述导轨水平固定在中部机床上且与待加工蜗杆毛坯的轴线垂直设置，所述加工机构固定头置于导轨上且能在导轨上前后自由滑动，伺服液压控制系统包括水平固定的伺服液压缸和控制伺服液压缸运行的伺服控制系统，所述加工机构固定头与伺服液压缸的推杆顶端固定连接，所述伺服液压缸的另一端固定在侧部机床上，所述伺服控制系统与综合控制系统数据连接。

作为优选，所述工件加工机构包括对蜗杆毛坯进行加工的螺纹滚压模具以及控制螺纹滚压模具转动的交流伺服马达，所述螺纹滚压模具对称设置于工件夹紧系统的两侧，所述交流伺服马达与综合控制系统数据连接。

作为优选，所述螺纹滚压模具呈圆形滚轮状，其轴线与待加工蜗杆毛坯的轴线平行设置，所述螺纹滚压模具与蜗杆毛坯接触的滚压面上设有多条“滚压齿条”，所述滚压齿条与螺纹滚压模具的轴线成夹角设置，在螺纹滚压模具的法向截面上，所述滚压齿条呈梯形外观设置，相邻的两个梯形的滚压齿条之间形成滚压槽。

作为优选，所述梯形的滚压齿条的模数1.0mm-2.0mm，其高度设为2.3mm-4.5mm，其上底与斜边之间设有半径为0.3mm-0.6mm的圆角，所述滚压槽的底部宽度设为0.7mm-1.2mm，所述梯形的滚压齿条的斜边与滚压槽的底边之间具有半径为0.3mm-0.6mm的圆角，相邻梯形的滚压齿条的梯形中垂线之间的间距设为4.6mm-5.2mm，所述梯形的滚压齿条的斜边与其中垂线之间的夹角设为17度-19.5度锐角，且滚压齿条的斜侧面为平面。

作为优选，所述工件夹紧系统包括用于夹紧蜗杆毛坯两端部的夹持夹具，以及置于夹持夹具下部的V型支架，以及置于V型支架底部并控制夹持夹具运行的支撑移动机构，所述夹持夹具固定在底部的支撑移动机构上且分别置于蜗杆毛坯前后端，所述支撑移动机构下部设有沿蜗杆毛坯轴向设置的滑轨，支撑移动机构在滑轨上自由前后滑动，所述夹持夹具夹紧固定蜗杆毛坯时，夹持夹具与蜗杆毛坯的两端设有双顶尖活动夹具，所述蜗杆毛坯通过双顶尖活动夹具在夹持夹具上自由转动，所述支撑移动机构数据连接综合控制系统。

作为优选，在所述支撑移动机构下部设有位置传感器，所述位置传感器与综合控制系统数据连接。

作为优选，所述位置传感器设置为非接触式常闭传感器。

作为优选，所述螺纹挤压成型机床还包括冷却液冷却循环系统。

一种汽车转向系统中蜗杆的螺纹挤压成型机床加工方法，包括以下步骤：

步骤一：通过上料机构将待加工的蜗杆毛坯放置在V型支架上方，综合控制系统通过移动支撑机构控制夹持夹具开启并夹持蜗杆毛坯端部并抬起离开V型支架，直至加工工位；

步骤二：综合控制系统控制伺服控制系统控制蜗杆毛坯两侧的伺服液压缸运行，推动两个加工机构固定头沿导轨同时向蜗杆毛坯所在加工工位靠拢关闭，直至加工工位的初始位置后停止移动；在滚压模具移动过程里，启动交流伺服马达，控制螺纹滚压模具转动，两个螺纹滚压模具的旋转方向相同；

步骤三：根据综合控制系统内预设的程序，继续由伺服控制系统控制两侧的伺服液压缸推动旋转的螺纹挤压模具同时由加工初始位置靠近蜗杆毛坯同步开始加工挤压，其中，根据预设程序，两个螺纹挤压模具同步加工的过程中，进给方向相反，位移距离、位移速度、旋转速度以及旋转方向均相同，其单侧的螺纹挤压模具的加工挤压过程分为多个结构类似但参数值不同的加工工步，每个加工工步中螺纹挤压模具均具有不同的位移距离、位移速度、旋转速度以及旋转方向；

步骤四：加工完成后，伺服控制系统控制伺服液压缸回到初始位置，支撑移动机构控制夹持夹具松开加工好的蜗杆成品件，蜗杆成品件跌到V型支架上，然后由下料机构将成品移至成品区。

作为优先，所述步骤三中的加工工步数量设为三个以上，

每个加工工步具体分为两个阶段，阶段一：螺纹挤压模具从进给初始位置按预设速度往蜗杆毛坯的轴线方向水平进给预设的距离直至终点位置，阶段二：加工机构固定头达到终点位置后停止移动，随后螺纹挤压模具停止转动，此时本阶段的终点位置为下一个工步的初始位置，即此时之后，螺纹挤压模具和机构固定头将根据下一个工步的参数开始调整位移速度、旋转速度以及旋转方向等加工参数。

作为优选，所述加工工步的数量设置为三个，具体为，

工步一、螺纹挤压模具进给距离为1.0mm，移动进给速度为65-80mm/min，螺纹挤压模具顺时针旋转，旋转速度15-25r/min；

工步二、螺纹挤压模具进给距离为0.5mm，移动进给速度为40-65mm/min，螺纹挤压模具逆时针旋转，旋转速度20-50r/min；

工步三、螺纹挤压模具进给距离为0.3mm，移动进给速度为15-50mm/min，螺纹挤压模具顺时针旋转，旋转速度25-75r/min。

作为优选，所述工步三的加工阶段二中，螺纹挤压模具以25-75r/min的转速在终点位置停留0.3s以上的时间，退回至初始位置。

作为优选，在步骤四中，所述螺纹挤压模具的最后一个加工工步结束后，综合控制系统控制支撑移动机构下部的位置传感器开启，位置传感器感应支撑移动机构的实时位置并控制其沿蜗杆的轴线方向回到初始位置，为加工下一个蜗杆毛坯提供相同的初始位置。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：所述汽车转向系统中蜗杆的螺纹挤压成型机床及加工方法，与传统金属切削方式相比，一步挤压成型技术，质量满足汽车转向系统中蜗杆螺纹的图纸要求，并且生产效率高，单台设备的产能高，其固定资产投资少，机床数量少，设备占地面积小，更适合于汽车行业年产量几百万的大批量低成本的生产，因而具有较高的实用性以及经济效益。

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的螺纹挤压模具与蜗杆毛坯处于待加工位置时的俯视结构示意图；

图3是本发明的螺纹挤压模具对蜗杆毛坯进行加工时的正面结构示意图；

图4是本发明的螺纹挤压模具的法向截面上部分螺纹齿条的结构示意图；

图5是本发明的工件夹紧系统的侧面结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述：

如图1所示的一种汽车转向系统中蜗杆的螺纹挤压成型机床，具有机床床体，所述机床床体包括相互独立的中部床体3和侧部床体4，所述侧部床体4置于中部床体3两侧，在侧部床体3之间固定连接相互平行设置的上拉杆1以及下拉杆2，所述上拉杆1以及下拉杆2均水平设置且分别固定在侧部床体3的上下部，所述成型机床还包括对蜗杆毛坯5进行加工的进给加工机构以及能将蜗杆毛坯5夹紧固定的工件夹紧系统，所述工件夹紧系统置于中部床体3的正中央位置，所述进给加工机构数量设置为两套且对称设置于工件夹紧系统两侧，所述进给加工机构包括伺服液压进给系统以及工件加工机构，所述蜗杆的螺纹挤压成型机床还包括控制进给加工机构以及工件夹紧系统运行且实现蜗杆毛坯5加工成型过程的综合控制系统，其中，在实际应用中，上拉杆1以及下拉杆2均经过预紧后再与两侧的侧部机床床体固定连接，因而当伺服液压进给系统控制进给加工机构对工件进行加工时，会对两侧的侧部机床产生挤压力，而上拉杆1以及下拉杆2由于经过预紧，因而能有效避免挤压力使侧部机床之间产生相对位移，且中部机床与侧部机床之间相互独立设置，因而中部机床与侧部机床之间不具备相互作用力，进而避免对蜗杆的加工过程产生影响。

在实际应用中，作为优选实施方案，为进一步提高液压进给系统的进给效率以及进给精度，且方便控制，所述液压进给系统根据实际据需可以设置为包括伺服液压控制系统、加工机构固定头6以及导轨7，所述导轨7水平固定在中部机床3上且与待加工蜗杆毛坯5的轴线垂直设置，所述加工机构固定头6置于导轨7上且能在导轨7上前后自由滑动，也即所述加工机构固定头的进给方向与蜗杆毛坯的轴线垂直，伺服液压控制系统包括水平固定的伺服液压缸8和控制伺服液压缸8运行的伺服控制系统，所述加工机构固定头6与伺服液压缸8的推杆顶端固定连接，其朝向蜗杆毛坯的一端与工件加工机构连接固定，所述伺服液压缸8的另一端固定在侧部机床上，所述伺服控制系统与综合控制系统数据连接，因而，在实际应用中，由综合控制系统内的预设程序控制伺服液压控制系统，继而控制伺服液压缸带动与其连接的加工机构固定头在导轨上前后移动，实现工件加工机构的前后移动进给过程，控制过程方便快捷且精度高，效率高。

而在实际应用时，如图2至图4所示，为方便对蜗杆快速有效的加工成型，且为提高加工效率以及加工精度，所述工件加工机构包括对蜗杆毛坯5进行加工的螺纹滚压模具9以及控制螺纹滚压模具9转动的交流伺服马达10，所述螺纹滚压模具9对称设置于工件夹紧系统的两侧，所述交流伺服马达10与综合控制系统数据连接而为进一步提高加工效率以及加工效果，提高产品质量，作为优选实施方案，所述螺纹滚压模具9外观呈圆形滚轮状，其轴线与待加工蜗杆毛坯5的轴线平行设置，所述螺纹滚压模具9与蜗杆毛坯5接触的滚压面上设有多条滚压齿条10，所述滚压齿条10与螺纹滚压模具9的轴线成夹角设置，在螺纹滚压模具9的法向截面上，所述滚压齿条10呈梯形外观设置，相邻的两个梯形的滚压齿条10之间形成滚压槽11，所述梯形的滚压齿条10的模数为1.0mm-2.0mm所述梯形的滚压齿条10高度设为2.3mm-4.5mm，其上底与斜边之间设有半径为0.3mm-0.6mm的圆角，所述滚压槽11的底部宽度设为0.7mm-1.2mm，所述梯形的滚压齿条10的斜边与滚压槽11的底边之间具有半径为0.3mm-0.6mm的圆角，相邻梯形的滚压齿条10的梯形中垂线之间的间距设为4.6mm-5.2mm，所述梯形的滚压齿条10的斜边与其中垂线之间的夹角设为17度-19.5度锐角，且滚压齿条10的斜侧面为平面。因而，在实际应用中，通过前述的伺服液压控制系统控制伺服液压缸进给，继而推动其上的螺纹挤压模具朝蜗杆毛坯方向进给并根据预设程序对蜗杆毛坯进行加工挤压成型，加工过程中，螺纹挤压模具的加工成型效果好，精度高，能得到较为符合质量要求的蜗杆成品件，且整个加工过程里加工过程简单，方便控制，加工的效率得到较大的提高。

另外，如图5所示，为进一步加强提高加工效率以及成品质量，所述工件夹紧系统包括用于夹紧蜗杆毛坯5两端部的夹持夹具12，以及置于夹持夹具12下部的V型支架13，以及置于V型支架13底部并控制夹持夹具12运行的支撑移动机构14，所述夹持夹具12固定在底部的支撑移动机构14上且分别置于蜗杆毛坯5前后端，所述支撑移动机构14下部设有沿蜗杆毛坯5轴向设置的滑轨，支撑移动机构14在滑轨上自由前后滑动，所述夹持夹具12夹紧固定蜗杆毛坯5时，夹持夹具12与蜗杆毛坯5的两端设有双顶尖活动夹具15，两端采用双顶尖活动夹具在挤压时，能有效避免零件打滑、减少摩擦力，定位精度高，方便夹持，所述蜗杆毛坯5通过双顶尖活动夹具15在夹持夹具14上自由转动，所述支撑移动机构14数据连接综合控制系统，另外，为方便控制，在所述支撑移动机构14下部设有位置传感器，所述位置传感器与综合控制系统数据连接，所述位置传感器设置为非接触式常闭传感器，由夹持夹具对蜗杆毛坯的两端部进行夹持固定，由于螺纹挤压模具在旋转加工挤压蜗杆毛坯时，会对蜗杆毛坯产生径向作用力，继而为使蜗杆毛坯在被螺纹挤压模具旋转挤压的过程中能跟随其一起自由转动，在夹持夹具的夹头上设有双顶尖活动夹具，是夹持夹具在夹紧蜗杆毛坯端部的同时，还能使得蜗杆毛坯能具有随动性，继而进一步提高蜗杆毛坯的成型效果，而由于螺纹挤压模具在成型挤压蜗杆毛坯的同时，蜗杆毛坯还会在其轴向方向根据其上的螺纹分部而前后移动，以满足加工需要，因而，当支撑移动机构移动远离初始位置后，其能根据其下部的位置传感器感应实时位置，然后控制支撑移动机构自动返回初始位置，循环相同的加工内容，因而，控制更加方便，加工成型效果好。另外，为对机床内的冷却液进一步冷却，所述螺纹挤压成型机床还包括冷却液冷却循环系统16，继而提高冷却液的冷却效果，增强加工成型效果。

另外，本发明还提供一种汽车转向系统中蜗杆的螺纹挤压成型机床加工方法，包括以下步骤：

步骤一：通过上料机构将待加工的蜗杆毛坯5放置在V型支架13上方，综合控制系统通过移动支撑机构14控制夹持夹具12开启并夹持蜗杆毛坯5端部并抬起离开V型支架13，直至加工工位；

步骤二：综合控制系统控制伺服控制系统控制蜗杆毛坯5两侧的伺服液压缸8运行，推动两个加工机构固定头6同时沿导轨7向蜗杆毛坯5所在加工工位靠拢关闭，直至加工工位的初始位置后停止移动；在滚压模具移动过程里，启动交流伺服马达10，控制两个螺纹滚压模具9同时转动，两个螺纹滚压模具9的旋转方向相同；

步骤三：根据综合控制系统内预设的程序，继续由伺服控制系统控制两侧的伺服液压缸8推动旋转的螺纹挤压模具9同时由加工初始位置靠近蜗杆毛坯5同步开始加工挤压，其中，根据预设程序，两个螺纹挤压模具同步加工的过程中，进给方向相反，位移距离、位移速度、旋转速度以及旋转方向均相同，其单侧的螺纹挤压模具的加工挤压过程分为多个结构类似但参数值不同的加工工步，每个加工工步中螺纹挤压模具9均具有不同的位移距离、位移速度、旋转速度以及旋转方向；

步骤四：加工完成后，伺服控制系统控制伺服液压缸8回到初始位置，支撑移动机构14控制夹持夹具12松开加工好的蜗杆成品件，蜗杆成品件跌到V型支架13上，然后由下料机构将成品移至成品区。

上述加工方法中，为进一步提高加工过程中的加工精度，提高蜗杆的成型质量，因而，在实际应用中，将所述步骤三种的加工工步设置为三个连续的循环加工工步，每个加工工步具体分为两个阶段，其中，

阶段一，螺纹挤压模具9从进给初始位置按预设速度以及旋转速度和旋转方向往蜗杆毛坯5的轴线方向水平进给预设的距离直至终点位置，此阶段螺纹挤压模具的进给距离即为螺纹挤压模具从加工工位的初始位置至终点位置，此过程中，螺纹挤压模具的滚压齿条对蜗杆毛坯进行挤压加工成型，且螺纹挤压模具的进给距离根据加工要求对综合控制系统的程序进行预设。

阶段二：加工机构固定头达到终点位置后停止移动，随后螺纹挤压模具停止转动，根据具体加工工步，在实际加工时，有时在停止移动后，并在停止转动前，会增加一定的转动时间，此时本阶段的终点位置为下一个工步的初始位置。即此时之后，螺纹挤压模具和机构固定头将根据下一个工步的参数开始调整位移速度、旋转速度以及旋转方向等加工参数。

而在实际应用中，为进一步提高成型效果，提高加工精度，所述三个加工工步具体为，

工步一、螺纹挤压模具9进给距离为1.0mm，移动进给速度为65-80mm/min，螺纹挤压模具顺时针旋转，旋转速度15-25r/min；

工步二、螺纹挤压模具9进给距离为0.5mm，移动进给速度为40-65mm/min，螺纹挤压模具逆时针旋转，旋转速度20-50r/min；

工步三、螺纹挤压模具9进给距离为0.3mm，移动进给速度为15-50mm/min，螺纹挤压模具顺时针旋转，旋转速度25-75r/min。

由于螺纹挤压模具间隔的正反向进给加工，且分别具有不同的进给距离、位移速度以及旋转速度，因而在实际应用中，在提高加工效率的同时，还具有较好的成型效果以及成型质量。

而为进一步提高加工成型效果，所述工步三的加工阶段二中，螺纹挤压模具9以25-70r/min的转速在终点位置停留0.3s以上的时间，退回至初始位置，由于螺纹挤压模具停顿的0.7s期间，其保持转速不变，因而能有效对蜗杆进行最后的精加工，相当于对蜗杆进行后期的抛光过程，使得蜗杆最后成型的效果以及质量更好，更加符合产品质量以及性能要求。

另外，在步骤四中，所述螺纹挤压模具的最后一个加工工步结束后，综合控制系统控制支撑移动机构下部的位置传感器开启，位置传感器感应支撑移动机构的实时位置并控制其沿蜗杆的轴线方向回到初始位置，为加工下一个蜗杆毛坯提供相同的初始位置，继而方便控制，且自动化程度高，有效提高加工效率以及加工精度。

上述汽车转向系统中蜗杆的螺纹挤压成型机床及加工方法，与传统金属切削方式相比，一步挤压成型技术，质量满足汽车转向系统中蜗杆螺纹的图纸要求，并且生产效率高，单台设备的产能高，其固定资产投资少，机床数量少，设备占地面积小，更适合于汽车行业年产量几百万的大批量低成本的生产，因而具有较高的实用性以及经济效益。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。