淺談蝸桿的數控車削加工技術

【摘 要】通過分析蝸桿加工的相關工藝、蝸桿的加工程序、蝸桿車削的注意事項，探討蝸桿的數控車削加工技術。

【關鍵詞】蝸桿 數控車削加工 車削方法 程序 技術

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）11C-0191-02

如何在數控車床上完成蝸桿的快速加工是一個值得探討的問題。本文以圖1所示蝸桿為例，探討蝸桿的數控車削加工技術。

一、蝸桿的幾何尺寸計算

周節 F=πm=3.14159×4≈12.566；齒全高 H=2.2m=2.2×4=8.8；齒頂槽寬=2.297m=9.188；齒根槽寬=0.697m=2.788。

二、蝸桿加工的相關工藝分析

蝸桿較之三角螺紋，其牙槽深、導程和切削面積大，而且精度高，牙型兩側面表面粗糙度值較小，致使蝸桿車削時，吃刀深，走刀快，切削余量大，切削抗力大。這就導致了蝸桿的車削加工難度較大，在加工時容易產生扎刀現象。所以在車削蝸桿刀具的選擇，蝸桿車削的進刀方法，切削用量的選擇上要求比較高。

（一）刀具的選擇

普通車床車蝸桿時，低速切削，選擇的刀具材料是高速鋼。數控車床在保證加工質量的前提下為了提高加工效率，選擇高速切削。高速切削的刀具材料選擇硬質合金車刀。粗車蝸桿時，車刀的刀尖寬度為2.4mm，刀尖角選擇38°，前角選擇7°，主后角選擇6°（如圖2、圖3所示），左右副后角考慮到螺旋升角的影響。這種車刀在車削時，可防止三個刀刃同時參加切削，減少了摩擦、切削力，能很好地避免“悶車”、“扎刀”和打刀的情況發生。精車蝸桿時，其他角度不變，刀尖角應選擇40°。

（二）車削的進刀方法

蝸桿車削的進刀方法有多種，如直進法、左右切削法、斜進法、分層借刀法等。分層借刀法車削蝸桿，實際上是直進法和左右切削法的綜合應用。在車削較大導程的蝸桿時，“分層法”通常不是一次性就把槽切削出來，而是把牙槽分成若干層（粗車每層大概0.25～1mm深，精車每層大概0.1～0.25mm深），轉化成若干個較淺的梯形槽來進行切削，從而降低了車削難度。

（三）切削用量的選擇

考慮到車蝸桿時，車刀受的切削力大，不宜選擇高的切削速度，根據經驗可選擇55m/min，可算出轉速360r/min，切削深度粗車每刀選擇0.25mm，精車選擇0.1mm，進給速度選擇是蝸桿的周節12.566mm/r。

三、蝸桿的加工程序

以GSK980TD數控系統編程為例，探討蝸桿的加工程序。

（一）粗車蝸桿的加工宏程序

00001

T0303； （蝸桿粗車刀）

M03 S360；

#1=8.8； （蝸桿全齒高）

#2=2.788； （齒根槽寬W=2.788mm）

#3=2.4； （刀頭寬t=2.4mm）

WHLIE#1GE0；

#4=#1 2+30.4；（計算X軸尺寸。齒根圓為30.4mm）

#5=#1 TAN[20 PI/180] 2+#2；（計算Z軸尺寸）

WHLIE #5 GE #3；

G00 X50 Z8 M08； （循環起點）

G00 Z[8+[#5-#3]/2]； （Z軸向右邊移動）

G92 X[#4] Z-87 F12.566；（車蝸桿）

G00 Z[8-[#5-#3]/2]；（Z軸向左邊移動）

G92 X[#4] Z-87 F12.566；（車蝸桿）

#5=#5-#3；（每次循環的切削寬度2.3mm）

ENDW；

#1=#1-0.25；（每次循環的切削深度0.25mm）

ENDW；

G00 X150 Z8 M09；

M30；

（二）精車蝸桿的加工宏程序

00002

T0404； （蝸桿精車刀）

M03 S360；

#1=8.8； （蝸桿全齒高）

#2=2.788+Sx/2；（齒根槽寬2.788+軸向齒厚Sx/2）

#3=2.4； （刀頭寬t=2.4mm）

WHLIE#1 GE 0；

#4=#1 2+30.4；（計算X軸尺寸。齒根圓為30.4mm）

#5=#1 TAN[20 PI/180] 2+#2；（計算Z軸尺寸）

G00 X50 Z8 M08； （循環起點）

G00 Z[8+[#5-#3]/2]；（Z軸向右邊移動）

G92 X[#4] Z-87 F12.566；（車蝸桿）

G00 Z[8-[#5-#3]/2]；（Z軸向左邊移動）

G92 X[#4] Z-87 F12.566； （車蝸桿）

#1=#1-0.1；（每次循環的切削深度0.1mm）

ENDW；

G00 X150 Z8 M09；

M30；

四、蝸桿車削的注意事項

一是粗精車蝸桿時轉速不能改變。通常，螺紋車削是螺紋車刀沿相同路徑重復切削工件的過程。在數控車床上車削螺紋時，為保證車刀重復車削時不亂扣，總是在主軸編碼器發出一轉信號時開始螺紋車削。所以在同一次裝夾、同一把車刀、加工參數相同時，螺紋起點總是一個固定點，工件上刀具走過的軌跡也是不變的。如果螺紋粗車到精車過程中，主軸轉速改變了，螺紋車削起點將產生變化，從而產生亂扣。二是蝸桿粗精車刀的對刀要盡可能精確。蝸桿粗精車刀的對刀誤差是難免的，但一定要盡可能保證精確，如果對刀誤差大，造成車螺旋槽時車刀的起點不一致，會導致亂牙。所以要求對刀時要反復檢查調整刀補，保證對刀的精確度。三是分層切削時軸向偏移不宜過大。過大的話，在單面切削的時候，切屑很容易卷進另一切削刃和蝸桿齒面的縫隙，導致刀尖崩刃。

在數控車床上車削蝸桿雖然難度不小，但只要熟悉蝸桿加工的特點，合理地選擇刀具和進刀方法，然后根據蝸桿的加工工藝編寫出合理的加工程序，最后在操作的時候認真細致，就能確保快速車出蝸桿的質量。

【參考文獻】

[1]機械工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2000

[2]黃偉林.數控加工基礎[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2001

[3]李樹明.數控機床加工技術[M].西安：陜西人民出版社，2002

（責編 蘇 洋）