虞俊

(常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 常州 213164)

0 引言

蝸輪蝸桿傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的一種重要形式，具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪聲、可自鎖等優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的蝸桿加工方式為車削，但在實(shí)際加工過程中，蝸桿車削加工遇到加工誤差過大、加工效率較低、容易“扎刀”等諸多問題。經(jīng)過試驗(yàn)和摸索，現(xiàn)提出利用銑鏜類加工中心結(jié)合CAD/CAM 軟件(此處選用UG)加工蝸桿的方法，供大家參考。

1 傳統(tǒng)蝸桿加工分析

1.1 蝸桿車削加工時(shí)誤差產(chǎn)生的原因

采用車削法加工蝸桿時(shí)，誤差產(chǎn)生的原因主要有三點(diǎn):1)因?yàn)槲仐U的螺距是t=πm，m 為模數(shù)，π 為無理數(shù)，車床在配換齒輪得到導(dǎo)程時(shí)，存在理論誤差。2)工作臺(tái)和刀架分度蝸桿存在軸向竄動(dòng)，傳動(dòng)鏈精度較差，容易形成齒形的加工誤差;機(jī)床主軸中心與刀架中心的平行度誤差也會(huì)導(dǎo)致齒向誤差的產(chǎn)生。3)車削蝸桿采用與蝸桿齒形截面輪廓相一致的成形刀，刀具齒形角的誤差影響蝸桿的加工精度，其中齒根處加工誤差較小，齒頂處加工誤差較大。

1.2 蝸桿傳統(tǒng)銑削存在的問題

蝸桿的傳統(tǒng)銑削加工，需采用蝸桿螺紋銑刀在螺紋銑床上完成，但螺紋銑床普及性較低，且加工前調(diào)整也比較麻煩。

2 蝸桿曲面分析

2.1 蝸桿技術(shù)參數(shù)

圖1 所示為蝸輪蝸桿減速器中的一根四頭阿基米德蝸桿，其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

圖1 蝸桿實(shí)體圖

表1 蝸桿主要技術(shù)參數(shù)

2.2 最小圓弧半徑

進(jìn)入U(xiǎn)G 建模界面，單擊菜單欄［分析］→［幾何屬性］，選中圖2 所示螺旋槽中的兩個(gè)內(nèi)凹曲面，分析出最小圓弧半徑為0.994，故精加工時(shí)，最大刀尖圓弧半徑不能大于此值。

圖2 螺旋槽幾何屬性分析

2.3 UV 方向

選中螺旋槽所有曲面，按下Crtl+J，在線框顯示欄中，設(shè)置UV 數(shù)量均為10，螺旋槽的UV 方向一致(如圖3所示)，故加工時(shí)可整體采用流線、曲面驅(qū)動(dòng)。

圖3 UV 方向

3 UG CAM 支持的多頭蝸桿加工

鑒于傳統(tǒng)加工法的不足，此處采用四軸聯(lián)動(dòng)的銑鏜類加工中心結(jié)合UG 軟件對(duì)蝸桿進(jìn)行加工。

3.1 工件裝夾與坐標(biāo)系設(shè)定

蝸桿的主體部分已在前道工序加工完成，此處僅對(duì)蝸桿螺旋槽部分進(jìn)行了加工。因零件較長(zhǎng)，為增加剛性，在四軸數(shù)控銑床上采用三爪卡盤與頂尖一夾一頂?shù)难b夾方式。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)定在工件左端面中心位置。裝夾示意圖如圖4。

圖4 蝸桿裝夾示意圖

3.2 蝸桿螺旋槽粗加工

為提高加工效率，粗加工時(shí)，采用曲面驅(qū)動(dòng)，一次性對(duì)整個(gè)一條螺旋槽所有曲面進(jìn)行加工。刀具為d4 mm 硬質(zhì)合金鍵槽銑刀。

1)單條螺旋槽粗加工刀具路徑

進(jìn)入U(xiǎn)G 多軸加工(mill－multi－axis)工作環(huán)境，選擇可變輪廓銑(variable－contour)加工子模式，選取如圖5陰影部分所示單條螺旋槽為加工區(qū)域。設(shè)置“曲面”驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)幾何體選為圖5 陰影部分螺旋槽，切削模式“螺旋”，步距方式(殘留高度0.2)。生成刀軌如圖6 所示

圖5 粗加工區(qū)域拾取

圖6 粗加工單條刀軌

2)粗加工刀具路徑變換

單條槽刀具路徑生成后，其他三條槽只需進(jìn)行刀軌的變換即可。在操作導(dǎo)航器中選中生成的操作，鼠標(biāo)右擊。單擊彈出的浮動(dòng)菜單欄［對(duì)象］→［變換］，繞蝸桿軸向旋轉(zhuǎn)生成其他三條螺旋槽的刀軌(圖7)。

圖7 刀軌變換

3)粗加工實(shí)體仿真

選中四條螺旋槽的粗加工刀軌，進(jìn)行刀軌可視化仿真，方式為2D 動(dòng)態(tài)。粗加工后仿真效果如圖8 所示。

圖8 粗加工實(shí)體仿真

3.3 螺旋槽部分精加工

為保證表面品質(zhì)，精加工時(shí)，選中采用流線驅(qū)動(dòng)，每次僅對(duì)槽中的一個(gè)曲面進(jìn)行加工。刀具為d1.6 mm 硬質(zhì)合金球頭刀。

1)單條螺旋槽精加工刀具路徑

在UG 多軸加工(mill－multi－axis)工作環(huán)境中，選擇可變流線(Variable－ Streamline)加工子模式，選取如圖9陰影部分所示曲面為加工區(qū)域。設(shè)置“流線”驅(qū)動(dòng)方式，，切削模式“往復(fù)”，步距方式(殘留高度0.01)。生成刀軌如圖10 所示。用相同的方法拾取槽中其他曲面并生成刀軌。

圖9 精加工切削區(qū)域拾取

2)精加工實(shí)體仿真

選中已處理的螺旋槽中所有流線精加工刀軌，繞蝸桿軸向旋轉(zhuǎn)生成其他三條螺旋槽的刀軌。變換方式與粗加工同，此處不再累述。精加工仿真效果如圖11 所示。

圖10 精加工單個(gè)曲面刀軌

圖11 精加工實(shí)體仿真

4 結(jié)語

蝸桿的傳統(tǒng)加工方式為車削與螺紋銑床銑削，給出了基于UG 的蝸桿四軸銑削加工方法，這種方法能夠很好地解決傳統(tǒng)加工所存在的諸如扎刀、截面齒形誤差較大、加工設(shè)備普及性差等問題。另外，本文的加工思路適用于回轉(zhuǎn)面上不同截面類型、不同掃掠軌跡的槽加工。

［1］張穎.UG 多軸加工艙體的刀具軌跡設(shè)計(jì)［J］.CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2006(10):57-59.

［2］陳德存.基于UG NX6.0 的整體葉輪多軸加工技術(shù)［J］.風(fēng)機(jī)技術(shù)，2011(5):74-77.