魏濤祥

（廣東省高新技術(shù)高級(jí)技工學(xué)校，廣東廣州 510080）

0 引言

蝸桿產(chǎn)量不多時(shí)，選擇普通車(chē)床加工效率低且需要操作者具備豐富的操作經(jīng)驗(yàn)技能和技巧，因此優(yōu)先考慮用數(shù)控車(chē)床替代。但數(shù)控車(chē)床加工蝸桿也存在一些難點(diǎn)，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(shí)蝸桿進(jìn)刀方法、蝸桿車(chē)刀幾何角度參數(shù)等問(wèn)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(dòng)類(lèi)型（ZA GB10087），精度等級(jí)（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(dǎo)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(jìn)刀方法

由于加工蝸桿螺旋槽較深，單一的斜進(jìn)法及直進(jìn)切削法都會(huì)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(jìn)刀法特點(diǎn)：蝸桿車(chē)刀將沿蝸桿的螺旋槽牙型角方向相互交錯(cuò)間隙進(jìn)給切削，并將槽分成等量若干層較淺的梯形槽進(jìn)行切削至蝸桿牙深，這樣才能保證只有一個(gè)切削刃進(jìn)行切削，可有效控制切除余量，也可避免加工中出現(xiàn)3 個(gè)刀刃同時(shí)參加切削而導(dǎo)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(jìn)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(jì)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(jì)算各主要參數(shù)：軸向齒距P=πmx=10.996 mm，蝸桿導(dǎo)程=5×10.996=54.98 mm，齒頂高h(yuǎn)a=mx=3.5 mm，齒根高h(yuǎn)f=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(dǎo)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(chē)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(shí)，加工時(shí)必然導(dǎo)致兩側(cè)刀刃與蝸桿螺旋面發(fā)生摩擦，造成3 個(gè)刃同時(shí)切削，會(huì)產(chǎn)生較大的切削力以致?lián)p壞蝸桿車(chē)刀。因此必須選擇小于蝸桿的牙形角，以避免3 個(gè)刀刃同時(shí)參加切削，為此，加工該零件選用35°蝸桿車(chē)刀，寬1.8 mm，蝸桿車(chē)刀左刃后角選擇32°（3～5°+蝸桿螺旋線導(dǎo)程角r）,右刃后角可選擇-21°（3～5°-蝸桿螺旋線導(dǎo)程角r），左右刀尖適當(dāng)?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(qiáng)力切削時(shí)工件發(fā)生徑向位移、工件晃動(dòng)，在精加工保證蝸桿外徑公差、運(yùn)用宏程序計(jì)算，進(jìn)行左右分層切削加工蝸桿螺旋槽、蝸桿加工通過(guò)粗車(chē)、精車(chē)蝸桿螺旋面，先粗車(chē)蝸桿將齒根螺旋槽加工至2.14 mm，并半精車(chē)蝸桿的外徑至Φ42.1 mm，精車(chē)，最后精車(chē)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(jiǎn)易車(chē)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(jì)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(dǎo)致刀具正交平面與基面形成了夾角，為此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(chē)刀選用高速鋼，并制作粗、精蝸桿車(chē)刀、夾具兩套

1.6 蝸桿車(chē)刀裝刀方法

通過(guò)線切割加工35°角樣板用于手磨刃粗、精蝸桿車(chē)刀；裝夾粗、精蝸桿車(chē)刀也可用角度樣板，裝夾車(chē)刀時(shí)刀口務(wù)必水平于工件外圓表面并垂直裝刀，確保蝸桿車(chē)刀角度不向一邊傾斜，因?yàn)闊o(wú)論粗、精蝸桿車(chē)刀偏向一方都會(huì)干涉另一方牙型角。

1.7 確保粗、精蝸桿車(chē)刀對(duì)刀點(diǎn)一致的方法

粗車(chē)蝸桿刀（T02）,精車(chē)蝸桿刀（T03）。

百分表打表對(duì)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(chē)刀X 軸；②粗、精蝸桿車(chē)刀觸碰百分表觸頭時(shí)要確保百分表刻度值一致，用精車(chē)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(chē)蝸桿可能會(huì)造成強(qiáng)力切削，因此螺旋面兩側(cè)及蝸桿外徑需留余量，精加工車(chē)、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(chē)車(chē)刀、因蝸桿導(dǎo)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(dāng)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(chē)齒根螺旋槽寬兩側(cè)預(yù)留0.15 mm待精車(chē)，精加工改為2.44）

#3=1.8 （刀頭寬度）

WHILE［#1GE0］DO1

#4=#1*2+26.7 （計(jì)算X 軸尺寸。齒根圓為26.6 mm，預(yù)留0.1 mm 待精車(chē)加工）

#5=#1*TAN［20］*2+#2 （計(jì)算Z 軸尺寸）

WHILE［#5GE#3］DO2 （精加工時(shí)將此行刪除）

G00 X47 Z20 （刀具循環(huán)起點(diǎn)）

#6=20+［#5-#3］/2 （Z 軸向右邊移動(dòng)）

#7=20-［#5-#3］/2 （Z 軸向左邊移動(dòng)）

Z#6 （向右邊移動(dòng)切削）

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

G00 Z#7 （向左移動(dòng)切削）

G92 X#4 Z-80 F54.98 L5 （開(kāi)始加工，該蝸桿導(dǎo)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(shí)將此行刪除）

END2 （精加工時(shí)，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(cè)量蝸桿中經(jīng)及蝸桿齒高深和用齒厚游標(biāo)卡尺測(cè)量法向齒厚）

M3 S1000 T0101 G99 （開(kāi)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(chē)至Φ42.1 mm，預(yù)留蝸桿外徑0.1 mm 精車(chē)）

G0 X200 Z20 M9 （注意安全換刀位）)

M30 （粗車(chē)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(shí)，切削液建議優(yōu)先選用皂粉與純堿加水混合稀釋?zhuān)撉邢饕禾攸c(diǎn)：能使切屑順利排出、散熱效果明顯、加工表面光潔、切削時(shí)沒(méi)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(dòng)，檢查完畢后開(kāi)始粗加工（圖2）。

2.3 零件同軸度問(wèn)題

圖2 粗車(chē)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(chē)蝸桿切削力大，不宜采用二頂尖方式加工。

（2）粗車(chē)蝸桿前已經(jīng)對(duì)好粗、精兩把蝸桿車(chē)刀，且粗車(chē)蝸桿后齒面兩側(cè)留有精余量（粗車(chē)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(shí)直柄背靠三爪中的任意一爪夾緊工件，并且標(biāo)識(shí)卸下該零件的精確方向位置。

精車(chē)時(shí)修改粗車(chē)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(yǔ)

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