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        數(shù)控車(chē)床蝸桿加工工藝創(chuàng)新實(shí)踐

        2020-11-17 12:56:54魏濤祥
        設(shè)備管理與維修 2020年20期

        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。

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