三頭蝸桿車削技術

利用普通車床加工多頭蝸桿，有其一定的技術難度，現以三頭蝸桿的車削加工為例，說明車削加工技術特點。三頭蝸桿的零件圖如圖1所示，軸向模數為3mm，材料為45鋼。在車削時，由于齒形深、切削面大、導程角大、車刀走刀速度快，增加了切削難度。

一、三頭蝸桿結構分析

1.分線精度高

圖1所示的三頭蝸桿，在車削時要對蝸桿進行分線，如果分線出現誤差，使車的蝸桿周節不相等，則會直接影響蝸桿與渦輪的嚙合精度，增加不必要的磨損，降低使用壽命。

2.齒槽深

由于全齒高h=2.2mm，m=2.2×3=6.6mm，所以車削時要求車刀反復單邊多次插入6.6mm，容易在車削中“扎刀”，因此，對刀具的剛性和強度、韌性有較高的要求。

3.導程大、刀具強度低

由tanγ=L/πdA=（3.14×3×3）/（3.14×4×36），可得γ=14°。因此刀具順走刀方向的后角=14°+3°=17°，導致刀具強度急劇降低。

4.刀具速度快

圖1所示的蝸桿導程L=Zmπ=28.275mm，蝸桿長度僅為60mm，刀具走刀速度快，極易造成車刀與卡盤和尾座相撞。

5.切屑排出困難

由于導程大、齒槽深，在加工時又受導程角的影響，螺紋的待加工表面旋轉時擋住了切屑，使切屑排出困難。

二、刀具材料和刀具角度選取原則

1.刀具材料選取原則

車削導程L=28.275mm的蝸桿，轉速可采用10～15(r/min)，切削速度在15～20m/min，所以不宜采用硬質合金，高速鋼W18Cr4V由于含釩量較少，磨削性能好，其刃口容易磨得鋒利平直，抵抗塑性變形能力強，宜選用W18Cr4V。

2.刀具角度選取原則

為了提高蝸桿的加工質量，車削時應采用粗車和精車兩階段，采用4把刀加工，即蝸桿粗車刀、齒根槽精車刀、左及右兩側面精車刀各一把。

（1）蝸桿粗車刀（右旋），如圖2所示。

因此，按下列原則選擇蝸桿粗車刀：①車刀左右切削刃之間的夾角要大于齒形角，主要是為了控制精車余量，因車削此蝸桿的齒形角為40ordm;，所以車刀左右切削刃之間的夾角可選擇40ordm;30′。

②切削鋼件時，應磨有10ordm;～15ordm;的徑向前角。③徑向后角應為6ordm;～8ordm;。④進給方向的后角為（3ordm;～5ordm;）+γ，背著進給方向后角為（3ordm;～5ordm;）-γ，因為此蝸桿的導程角為14°，所以進給方向的后角可取17°～19°，背著進給方向的后角可取-12°～-9°。⑤為了便于左右切削，并留有精加工余量，刀頭寬度應小于齒根槽寬。⑥刀尖適當倒圓。

（2）齒根槽精車刀，如圖3所示。

按下列原則選擇齒根槽精車刀：①車刀的刀頭寬度與齒根槽寬度必須相等。②為了避免刀具刮傷已車好的表面，左右切削刃之間的夾角要小于40°，可取39°左右。

（3）左右兩側刃分別精車刀（右側刃），如圖4所示。

按下列原則選擇精車刀（右側刃）：①車刀左側刃與刀柄中心線夾角等于齒形半角，車刀的右側刃不參與切削，又為了避免刀刃與齒面接觸，車刀右側刃與刀柄中心線夾角可小于齒形半角。切削刃的直線度要好，表面粗糙度值要小。②為了保證齒形角的正確，一般徑向前角取0ordm;～4ordm;。③為了保證切削順利，都應磨有較大縱向前角（γ0=15ordm;～20ordm;）。

左側刃精車刀的刀具角度與右側刃相似。特別指出的是：這種車刀的前端刀刃不能進行切削，只能依靠兩側刀刃精車兩側齒面。

三、切削液的選取

在車蝸桿的過程中采用的切削液是用純堿與皂粉的比為3∶1（約1.5kg）加水30kg混合稀釋而成，該切削液主要特點是可以使切屑順利排出，散熱效果明顯，加工表面光潔，切削時沒有油煙影響等優點。

四、三頭蝸桿實際加工過程

三頭蝸桿的軸向模數為m=3mm，齒形角為20ordm;，螺旋線方向為右旋，導程角為14°，工件材料為45鋼，毛坯為熱軋圓鋼，尺寸為Φ50×190mm。在機械加工前，安排調質處理T235。

工序安排應將粗車、精車分開，工件裝夾要牢固。

1.粗車各外圓

（1）用三爪自定心卡盤裝夾毛坯外圓，伸長約110mm，車平端面，粗車蝸桿外圓Φ44×106mm。Φ28mm的外圓至Φ30×41.5mm。Φ25的外圓至Φ27×17.5mm。

（2）掉頭夾工件Φ44的外圓，校正后夾緊懸伸長度約70mm，車端面，保證總長187mm。

（3）粗車Φ20的外圓至Φ22×29.5mm，粗車Φ25的外圓至Φ27×21.5mm。車Φ28的外圓至Φ30×23mm。

2.熱處理，調質T235（略）

3.半精車外圓

（1）用三爪自定心卡盤裝夾Φ44外圓并校正。車兩端面鉆中心孔（A3/6）。中心孔表面粗糙度值要小且圓整。保證總長達尺寸要求。

（2）采用一夾一頂的裝夾方式，半精車外圓。①車左端臺階。外圓各留精車余量1mm，長度至尺寸要求。②工件調頭，車右端臺階。外圓各留精車余量1mm，長度至尺寸要求。

4.半精車蝸桿外圓，粗車蝸桿

（1）調整車床。準備刀具。

（2）按模數×頭數（3×3）。調整車床掛輪和各手柄位置。

（3）采用一夾一頂裝夾方式。夾右端Φ20mm外圓使臺階緊貼卡爪。百分表校正蝸桿外圓調動量控制在0.02mm以內并夾緊。頂尖頂一端。半精車蝸桿外圓至Φ42.5mm及兩端倒角20°。

（4）粗車蝸桿。蝸桿有關參數值見表1。

①為了提高加工速度和質量，筆者采用開倒、順車的切削方法，先用切槽刀在工件表面先車三條螺旋槽，切槽刀的寬度a≈P-（fx+0.5）=0.843mx+0.5=6.4mm。槽深0.1mm。在裝刀時，要保證主切削刃與工件軸線平行。

②蝸桿刀的裝夾。粗車蝸桿時使用如圖2所示的刀具。在裝夾蝸桿刀時比較困難，容易把車刀裝歪。在裝刀時可以用樣板對刀，也可以用萬能角度尺對刀。筆者用百分表進行對刀，如圖5所示。

使百分表觸頭與刀柄側面接觸，然后搖動中拖板，如果表的指針都處于同一位置，說明刀的角度已裝好。用此種方法對刀，要求在磨刀時采用的樣板如圖6所示。

此樣板要求B面與C面平行，A面與B面、C面垂直。

③分線方法。筆者采用的是軸向分線法，先調整好小拖板與機床導軌平行度后，利用小滑板刻度確定直線移動分線，在車好一條螺旋槽后，利用小滑板刻度配合百分表使車刀移動一個螺距，再車相鄰的另一條螺旋槽，從而達到分線的目的。

④車削方法。采用開倒、順車方法切削。并使蝸桿的粗車刀在剛車好的槽的范圍內進行左右切削。車好第一螺旋槽以后，再車第二條、第三條、螺旋槽，由于剛才切槽刀寬度已經控制蝸桿槽粗車的寬度，所以能控制好每單邊都留0.2mm的精車余量，如圖7所示。

5.精車蝸桿

（1）用兩頂尖裝夾。先精車蝸桿外圓至Φ42mm，表面粗糙度Ra3.2μm，去除蝸桿表面和兩端毛刺。

（2）采用圖4所示左、右兩側刃精車刀。用百分表校正左側（背走刀方向）精車刀并對刀，低速精車第一條螺旋槽右側面至車刀主刀刃與齒根圓相觸及，表面粗糙度達規定要求，記錄中滑板進刀刻度值為0。若表面粗糙度不夠理想則可使用小拖板趕刀、修光，但須保證齒厚單邊余量不得小于0.1mm。

然后以百分表和小拖板刻度配合作軸向分線，使小拖板移動一個齒距，用直進法精車第二條螺旋槽同方向側面，直至到記錄中拖板進刀刻度處，表面粗糙度達要求。用同樣方法車好第三條螺旋槽。

精車牙面的加工順序：1槽牙側a面→2槽牙側c面→3槽牙側e面→3槽牙側f面→2槽牙側d面→1槽牙側b面，如圖8所示。

（3）換刀，用百分表校正右側精車刀并對刀，按（2）所述方法低速精車齒槽左側面，并用齒厚卡尺測量，保證法向齒厚尺寸為4.57mm，記錄中拖板刻度值。

完成后，用相同方法作軸向分線，車削第二、第三條螺旋槽左側齒面，使其齒厚與前者相等，表面粗糙度達Ra1.6μm。

精車除了要細心之外，還應熟練掌握“多次循環分線，依次逐面車削”原則。為保證加工質量，精車時應采取以下措施：

①切削厚度：精車齒槽兩側面切削深度要?。ㄓ绕涫亲詈髢傻叮?，ap=0.01～0.02mm，使車下的切屑如鋁箔一樣薄而發亮，每走一刀都要仔細觀察和分析排屑情況，判斷車刀是否保持鋒利。

②切削速度：精車蝸桿時主軸轉速要放慢。轉速過高，齒面表面粗糙度難以保證，一般n以10r/min為宜。

③要充分澆注切削液。

④勤測量：由于分線誤差、車刀磨損、讓刀等諸多因素，易造成多頭蝸桿齒距誤差，精車時應勤用單針測量法控制蝸桿分度圓直徑，力求各頭一致，還要用齒厚卡尺測量蝸桿各頭齒厚并作記錄。最后利用小拖板趕刀進行修正，使各頭齒厚相等，使齒距得到保證。

最后用圖3所示的齒根槽精刀精車第一、二、三線齒根圓直徑至尺寸Φ28.8mm。

6.精車各臺階外圓至規定尺寸

表面粗糙度達要求；倒角1×45°。

加工三頭蝸桿的過程表明，合理選用刀具和加工工藝，即使對難度大的零件，也可順利完成并能在加工技術上有所突破，操作技能可以迅速提高。

（作者單位：廣州市公用事業技師學院）