黎秋堅(jiān)

摘要：蝸桿在很多傳動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)中應(yīng)用到，在機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中十分常見(jiàn)，同時(shí)蝸桿在大多數(shù)的減速機(jī)構(gòu)中應(yīng)用得非常廣泛，是一個(gè)非常重要的零部件，是最常見(jiàn)的一個(gè)傳動(dòng)單元。本文對(duì)數(shù)控車床加工蝸桿進(jìn)行相關(guān)研究與探討，就蝸桿加工中出現(xiàn)的技術(shù)難題進(jìn)行分析，使操作者在數(shù)控車床上的加工蝸桿方面有一定深度的認(rèn)識(shí)，使其能夠掌握更優(yōu)化加工方法，提高生產(chǎn)效率更高，推進(jìn)其相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：蝸桿、數(shù)控車床、加工

隨著當(dāng)今制造業(yè)飛速的發(fā)展，很多減速及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)械對(duì)于蝸桿的需求量越來(lái)越來(lái)大，對(duì)蝸桿的加工工藝及產(chǎn)品質(zhì)量也要求越來(lái)越高。本文就蝸桿的參數(shù)計(jì)算、刀具使用、加工方法、實(shí)例編程精度檢測(cè)等方面進(jìn)行分析整理，為企業(yè)在生產(chǎn)試制過(guò)程中出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，并能得到推廣使用。

一、蝸桿的概述

蝸桿是指具有一個(gè)或者幾個(gè)螺旋齒，并且與蝸輪嚙合而組成交錯(cuò)軸齒輪副的齒輪，其分度曲線可以是圓柱面，圓錐面，圓環(huán)面，以圓柱面為最常見(jiàn)。根據(jù)不同的的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）、漸開(kāi)線蝸桿（ZI蝸桿）、法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）、錐面圓柱蝸桿（ZK蝸桿）等四種。

二、蝸桿的主要參數(shù)計(jì)算公式

（一）蝸桿主要參數(shù)

蝸桿的主要參數(shù)有模數(shù)（m）、蝸桿分度圓直徑（d1）、導(dǎo)程角（r）、中心距（a）、蝸桿線數(shù)（z1）等。

1.模數(shù)（m），為了方便生產(chǎn)和統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，常規(guī)定以蝸桿軸項(xiàng)目數(shù)mx和蝸輪的端面模數(shù)mt為標(biāo)注模數(shù)，兩者模數(shù)相等，即m=mx=mt。

2.蝸桿分度圓直徑（d1），為了便于加工和制造，在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的同時(shí)，對(duì)蝸桿分度圓直徑也進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，與模數(shù)有一定的匹配，蝸桿分度圓直徑與模數(shù)mx之稱為蝸桿直徑系數(shù)，即d1=mq。

3.導(dǎo)程角（r），當(dāng)蝸桿的直徑系數(shù)q和z1確定后，在蝸桿圓柱上的導(dǎo)程角可以被確定，即tanr=z1/q。

4.中心距（a），中心距a，蝸桿與蝸輪兩軸中心距a與模數(shù)m、蝸桿直徑系數(shù)q及蝸輪齒數(shù)z2間的關(guān)系，即a=（d1+d2）/2=m/q（q+z2）。

（二）蝸桿參數(shù)計(jì)算公式

三、蝸桿的加工

數(shù)控車床加工蝸桿根據(jù)刀具材質(zhì)性能，有高速切削和低速切削兩種形式，硬質(zhì)合金涂層刀具合適用于高速切削，高速鋼成形刀具適用于低速切削。論加工效率而言前者優(yōu)于后者，論加工表面粗糙度及加工精度而言后者由于前者，本文著重對(duì)蝸桿低速切削加工進(jìn)行分析。

（一）蝸桿刀具材質(zhì)的選擇

首先就是加工刀具材質(zhì)的選用。通常情況下，蝸桿加工刀具材質(zhì)一般為高速鋼、硬質(zhì)合金兩種材質(zhì)，每種材質(zhì)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，例如高速鋼材質(zhì)熔點(diǎn)較低，當(dāng)溫度達(dá)到或者高于500攝氏度時(shí)，易導(dǎo)致材質(zhì)碳化，因此高速鋼材質(zhì)刀具適合低速車削加工，同時(shí)加工的效率也低。但是高速鋼也具備一些優(yōu)點(diǎn)，刀具切削刃很鋒利，切削加工過(guò)程中有很好的穩(wěn)定性，可以得到很好的表面粗糙度值。在數(shù)控車床上加工多線蝸桿時(shí)，普遍采用的就是高速鋼材質(zhì)的成形車刀。其次是硬質(zhì)合金材質(zhì)車刀，缺點(diǎn)是刀具切削刃不鋒利，很難得到較好的表面粗糙度值。其優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)高速車削螺旋槽，加工效率高，同時(shí)硬質(zhì)合金材質(zhì)熔點(diǎn)高，耐磨性好。本文重點(diǎn)講述使用高速鋼車刀加工蝸桿。

（二）蝸桿刀具的刃磨

1.蝸桿粗車刀刃磨。刃磨切削刃時(shí)，兩側(cè)切削刃之間的夾角應(yīng)略小于兩倍齒形角，一般為39o30′，為便于左右借刀加工刀刀頭寬度應(yīng)小于齒根槽寬0.2～0.3mm，車刀應(yīng)磨出徑向前角，車刀進(jìn)給分析后角（3o～5o）+γ，車刀進(jìn)給反方向一側(cè)后角（3o～5o）-γ，徑向后角一般為6o～8o，兩側(cè)刀倒棱，如圖1-1所示。

2.蝸桿精車刀刃磨。刃磨切削刃時(shí)，兩側(cè)切削刃之間的夾角應(yīng)等于兩篇齒形角40o，車刀切削刃要平直、光潔而且兩側(cè)切削刃對(duì)稱，刀頭不能歪斜，為了保證蝸桿的齒形正確，車刀前角應(yīng)為0o，為保證兩側(cè)切削刃切削順利，兩切削刃都磨有比較大的前角（γ0=15o～20o）斷屑槽，當(dāng)然這種精車刀兩側(cè)面智能加工兩齒輪側(cè)面，車刀前端切削刃不可用來(lái)車削蝸桿齒形槽底，如圖1-2所示。

（二）蝸桿車刀的安裝

1.水平裝刀法。車軸向直廓蝸桿時(shí)，用水平裝刀法。在裝夾車刀時(shí)一般用樣板找正裝夾。裝夾模數(shù)較大的蝸桿車刀，容易把車刀裝歪?？刹捎萌f(wàn)能量角器來(lái)找正車刀刀尖角位置（如圖1-3）。

2.垂直裝刀法。車削法向直廓蝸桿時(shí)，必須把車刀兩側(cè)切削刃組成的平面裝得與蝸桿齒側(cè)垂直。由于蝸桿的導(dǎo)程角比較大，為了改善切削條件和達(dá)到垂直裝刀要求，可采用可回轉(zhuǎn)刀桿（如圖1-4）。

（三）蝸桿的加工方法

數(shù)控車床蝸桿的車削方法和車削梯形螺紋相似，最常用的是左右分層切削法，由于蝸桿的齒距大，齒型深，切削面積大，車削時(shí)比梯形螺紋困難些。一般粗車后留精車余量0.2～0.4mm，在精車時(shí)，采用均勻的單面車削。切削深度不宜過(guò)深，否則會(huì)發(fā)生“啃刀”現(xiàn)象。所以在車削過(guò)程中，必須注意觀察切削情況，控制切削用量，防止“扎刀”。最后再用刀尖角略小于齒型角的車刀，精車蝸桿底徑，把齒型修整清晰，以便保證蝸桿齒面的表面粗糙度和精度要求。

四、蝸桿編程實(shí)例

蝸桿常見(jiàn)用的方法有左右分層車削法三種，本文通過(guò)圖1-5零件圖重點(diǎn)闡左右分層車削法。

（一）零件圖分析

零件圖蝸桿模數(shù)m=3，蝸桿的直徑系數(shù)q=12，蝸桿分度圓直徑d1=mq= 36，齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=d1+2m=42mm，齒根圓直徑df1=d1-2hf1= d1-2.4m=28.8mm，軸向齒距Px=πm=9.42。

（二）蝸桿加工程序編寫(xiě)

五、蝸桿的測(cè)量方法

蝸桿的主要測(cè)量參數(shù)有齒距、齒頂圓直徑、分度圓直徑、法向齒厚。其中齒頂圓直徑可用千分尺測(cè)量，齒距由機(jī)床傳動(dòng)鏈保證。分度圓直徑的測(cè)量用三針或單針測(cè)量，方法與測(cè)量梯形螺紋相同。法向齒厚使用齒輪游標(biāo)卡尺測(cè)量（如圖1-6所示）。適用于精度要求不高的蝸桿。因圖樣上一般注明的是軸向齒厚，所以先要把軸向齒厚換算成法向齒厚。

六、蝸桿的加工注意事項(xiàng)及解決方法

（一）刀具使用

在蝸桿加工過(guò)程中，因?yàn)閷?dǎo)程大，刀具相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度也快，刀具受力面積大，顫振會(huì)非常的明顯，刀具使用不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)斷裂。同時(shí)刀具與工件之間接觸面積大，刀具磨損速度快，難以保證加工精度和表面粗糙度。因此在加工過(guò)程中必須合理選擇切削參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)刀量）保證刀具的穩(wěn)定性。使用切削液進(jìn)冷卻和潤(rùn)滑，延長(zhǎng)刀具使用壽命，保證加工表面粗糙度。

（二）加工方法

數(shù)控車床加工蝸桿的通常采用斜進(jìn)法，即刀具沿著的傾斜角度進(jìn)刀，以減小刀具受力面積。但隨著加工時(shí)間變長(zhǎng)，加工面一側(cè)的刀刃磨損速度相對(duì)與另一側(cè)快，會(huì)出現(xiàn)蝸桿齒面一側(cè)光滑、另一側(cè)比較粗糙的情況。因此在加工過(guò)程中可采用兩側(cè)交替斜進(jìn)方式，避免單側(cè)刀刃磨損過(guò)多，保證加工精度和表面粗糙度。

（三）大模數(shù)蝸桿

對(duì)于模數(shù)比較大的蝸桿的加工，切削加工時(shí)要應(yīng)先驗(yàn)證螺距（齒距），車削時(shí)應(yīng)夾緊工件，保證工件不移位和損壞。精車時(shí)必須保證蝸桿的精度和較小表面粗糙度。車削過(guò)程中應(yīng)注意減少積屑瘤的影響。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于蝸桿的參數(shù)計(jì)算，加工刀具材質(zhì)選擇、加工方法、測(cè)量方法等方面進(jìn)行分析和整理，并對(duì)于加工過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題提供了化解方法。希望通過(guò)整理歸納，在實(shí)際工作中運(yùn)用，為企業(yè)生產(chǎn)和操作者提供有用的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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