數(shù)控車床蝸桿加工工藝創(chuàng)新實踐

魏濤祥

（廣東省高新技術(shù)高級技工學校，廣東廣州 510080）

0 引言

蝸桿產(chǎn)量不多時，選擇普通車床加工效率低且需要操作者具備豐富的操作經(jīng)驗技能和技巧，因此優(yōu)先考慮用數(shù)控車床替代。但數(shù)控車床加工蝸桿也存在一些難點，因蝸桿螺旋槽加工切削量大造成切削力大，容易出現(xiàn)崩刀刃及扎刀，因此必須解決切削時蝸桿進刀方法、蝸桿車刀幾何角度參數(shù)等問題。

1 試制加工蝸桿零件（圖1）

圖1 蝸桿零件加工

已知參數(shù)：傳動類型（ZA GB10087），精度等級（蝸桿7-Dc，蝸桿頭數(shù)（Z1=5），蝸桿螺旋線方向（右旋），軸面模數(shù)（Mx=3.5），蝸桿特性系數(shù)（Q=10），蝸桿螺旋線導程角（r=26°33′），法向齒寬（4.87），軸向剖面內(nèi)齒形角（Ax=20°），中心距（a=66±0.2）。

1.1 蝸桿加工進刀方法

由于加工蝸桿螺旋槽較深，單一的斜進法及直進切削法都會造成切削抗力大，易造成崩刀刃、扎刀等現(xiàn)象。

左右分層切削進刀法特點：蝸桿車刀將沿蝸桿的螺旋槽牙型角方向相互交錯間隙進給切削，并將槽分成等量若干層較淺的梯形槽進行切削至蝸桿牙深，這樣才能保證只有一個切削刃進行切削，可有效控制切除余量，也可避免加工中出現(xiàn)3 個刀刃同時參加切削而導致切削力增大、排屑不暢、“崩刀”和“扎刀”等現(xiàn)象，因此可利用數(shù)控宏程序編程，采用左右分層進刀法加工蝸桿，避免“打刀”和“扎刀”現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 蝸桿部分參數(shù)計算

已知軸向模數(shù)mx=3.5，分度圓直徑d1=35 mm，頭數(shù)=5，齒形角a=20°，計算各主要參數(shù)：軸向齒距P=πmx=10.996 mm，蝸桿導程=5×10.996=54.98 mm，齒頂高ha=mx=3.5 mm，齒根高hf=1.28mx=4.2，齒頂圓直徑da=d1+2mx=42 mm，齒根圓直徑df=d1-2.4mx=26.6 mm，導程角=26°33′，齒頂Sa=0.843mx=2.95 mm，齒根槽寬ef=0.697mx=2.44 mm，軸向齒寬Sx=P/2=5.499 mm，法向齒寬=4.87 mm。

1.3 蝸桿車刀幾何角度參數(shù)

如果將蝸桿刀具角度磨成蝸桿的牙形角時，加工時必然導致兩側(cè)刀刃與蝸桿螺旋面發(fā)生摩擦，造成3 個刃同時切削，會產(chǎn)生較大的切削力以致?lián)p壞蝸桿車刀。因此必須選擇小于蝸桿的牙形角，以避免3 個刀刃同時參加切削，為此，加工該零件選用35°蝸桿車刀，寬1.8 mm，蝸桿車刀左刃后角選擇32°（3～5°+蝸桿螺旋線導程角r）,右刃后角可選擇-21°（3～5°-蝸桿螺旋線導程角r），左右刀尖適當?shù)箞A角。

1.4 零件蝸桿部分工藝

用外圓刀半精蝸桿外徑并留0.5 mm，防止強力切削時工件發(fā)生徑向位移、工件晃動，在精加工保證蝸桿外徑公差、運用宏程序計算，進行左右分層切削加工蝸桿螺旋槽、蝸桿加工通過粗車、精車蝸桿螺旋面，先粗車蝸桿將齒根螺旋槽加工至2.14 mm，并半精車蝸桿的外徑至Φ42.1 mm，精車，最后精車蝸桿螺旋槽面及蝸桿齒根圓將蝸桿齒根槽寬加工至2.44 mm、并保證蝸桿的外徑公差。

1.5 特制簡易車刀夾具

蝸桿螺旋升角產(chǎn)生以蝸桿中經(jīng)圓柱上螺旋線的切線與垂直螺紋軸線的平面之間的夾角，螺旋升角計算公式：螺旋角tgB=（模屬數(shù)×頭數(shù)）÷蝸桿節(jié)徑=（3.5×5）÷35≈26.3°。如此大的螺旋角導致刀具正交平面與基面形成了夾角，為此設(shè)計簡易夾具，夾具夾持工件的基面與正交平面形成26.3°夾角，蝸桿夾具優(yōu)先考慮選用45 鋼，蝸桿車刀選用高速鋼，并制作粗、精蝸桿車刀、夾具兩套

1.6 蝸桿車刀裝刀方法

通過線切割加工35°角樣板用于手磨刃粗、精蝸桿車刀；裝夾粗、精蝸桿車刀也可用角度樣板，裝夾車刀時刀口務必水平于工件外圓表面并垂直裝刀，確保蝸桿車刀角度不向一邊傾斜，因為無論粗、精蝸桿車刀偏向一方都會干涉另一方牙型角。

1.7 確保粗、精蝸桿車刀對刀點一致的方法

粗車蝸桿刀（T02）,精車蝸桿刀（T03）。

百分表打表對刀法：①分別在X 軸垂直向固定安裝百分表，分別用百分表觸頭觸碰粗、精蝸桿車刀X 軸；②粗、精蝸桿車刀觸碰百分表觸頭時要確保百分表刻度值一致，用精車蝸桿刀→將X 軸移至X32.00，觸碰到整圓即可→程序錄入輸G50 Z0.0。

2 程序編制

2.1 加工程序

粗車蝸桿可能會造成強力切削，因此螺旋面兩側(cè)及蝸桿外徑需留余量，精加工車、粗加工蝸桿采用一夾一頂方式加工、粗加工蝸桿后，半精加工蝸桿外徑。

O0007 （蝸桿程序）

T0202 M3 S50 G99 （蝸桿粗車車刀、因蝸桿導程大，故主軸轉(zhuǎn)速不宜選擇太高）

G0 X200 Z20 （在采用一夾一頂要注意安全換刀位）

#1=7.9 （當前蝸桿外徑42.5-蝸桿齒根圓直徑26.7/2，精加工改為7.8）

#2=2.14 （粗車齒根螺旋槽寬兩側(cè)預留0.15 mm待精車，精加工改為2.44）

#3=1.8 （刀頭寬度）

WHILE［#1GE0］DO1

#4=#1*2+26.7 （計算X 軸尺寸。齒根圓為26.6 mm，預留0.1 mm 待精車加工）

#5=#1*TAN［20］*2+#2 （計算Z 軸尺寸）

WHILE［#5GE#3］DO2 （精加工時將此行刪除）

G00 X47 Z20 （刀具循環(huán)起點）

#6=20+［#5-#3］/2 （Z 軸向右邊移動）

#7=20-［#5-#3］/2 （Z 軸向左邊移動）

Z#6 （向右邊移動切削）

G92 X#4 Z-80 F54.98 L5 （開始加工，該蝸桿導程為54.98 mm，頭數(shù)為5）

G00 Z#7 （向左移動切削）

G92 X#4 Z-80 F54.98 L5 （開始加工，該蝸桿導程為54.98 mm，頭數(shù)為5）

#5=#5-#3 （每次循環(huán)的切削寬度賦值，精加工時將此行刪除）

END2 （精加工時，將此行刪除）

#1=#1-0.1 （每次循環(huán)的切削半徑深度0.1 mm）

END1

G00 X200 Z2 M9 （在采用一夾一頂要注意安全換刀位）

M05

M00 （用三針測量蝸桿中經(jīng)及蝸桿齒高深和用齒厚游標卡尺測量法向齒厚）

M3 S1000 T0101 G99 （開始半精蝸桿外徑，換第一把外圓尖刀）

G0 X45 Z-25 M08 （快速定位在蝸桿外徑附近）

G90 X42.1 Z-99 F0.08 （蝸桿外徑精車至Φ42.1 mm，預留蝸桿外徑0.1 mm 精車）

G0 X200 Z20 M9 （注意安全換刀位）)

M30 （粗車蝸桿第一步結(jié)束）

2.2 加工蝸桿切削液的選取

在加工蝸桿時，切削液建議優(yōu)先選用皂粉與純堿加水混合稀釋，該切削液特點：能使切屑順利排出、散熱效果明顯、加工表面光潔、切削時沒有油煙影響等。

必須檢查工件裝夾是否牢靠，頂尖是否有松動，檢查完畢后開始粗加工（圖2）。

2.3 零件同軸度問題

圖2 粗車多頭蝸桿

（1）該蝸桿同軸度要求高，必須采用二頂尖裝夾方式。而粗車蝸桿切削力大，不宜采用二頂尖方式加工。

（2）粗車蝸桿前已經(jīng)對好粗、精兩把蝸桿車刀，且粗車蝸桿后齒面兩側(cè)留有精余量（粗車后齒面單側(cè)余量0.15 mm）。

（3）二頂尖裝夾方式加工需用直柄雞心夾（圖3），裝雞心夾時直柄背靠三爪中的任意一爪夾緊工件，并且標識卸下該零件的精確方向位置。

精車時修改粗車的宏程序：①將程序段#1=7.9改為#1=7.8，將#2=2.14 改為#2=2.44，將 程 序 的WHILE［#5GE#3］DO2、#5=#5-#3、END2 段落刪除；②修改后，為保證同軸度要求，將一夾一頂裝夾加工改為二頂尖裝夾方式加工

圖3 直柄雞芯夾

3 結(jié)束語

數(shù)控車床加工蝸桿具有以下特點：①比普通車床加工蝸桿效率和加工精度高，利用了數(shù)控車床加工精度高、重復定位精度高的性能；②減少對操作者技能和技巧的依賴；③打破了傳統(tǒng)蝸桿車刀對幾何角度的選用，選用小于蝸桿的牙形角車刀及運用數(shù)控車床宏程序?qū)⑽仐U螺旋槽分成若干層等份進行左右切削加工，避免3 個刀刃同時參與切削。