大模數阿基米德雙導程蝸桿的數控加工

劉振超

（柳州鐵道職業技術學院，廣西柳州 545007）

蝸桿是減速機構蝸輪副中非常重要的零件，與普通的蝸桿不同，雙導程蝸桿齒的左、右兩側面具有不同的導程，而同一側的導程則是相等的;雙導程蝸桿的齒厚從蝸桿的一端向另一端均勻地逐漸增厚或減薄，所以雙導程蝸桿又稱變齒厚蝸桿。雙導程蝸輪副的嚙合原理與普通蝸輪副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面相當于基本齒條，蝸輪則相當于與其嚙合的齒輪。但因雙導程蝸桿齒的左、右側面具有不同的齒距，而與之嚙合的蝸輪齒厚卻相等。這樣，當蝸桿沿軸向移動時，它們之間的嚙合側隙也隨之改變。當蝸輪副因磨損而造成齒面嚙合側隙加大時，可通過蝸桿的軸向位移來調整間隙，側隙可調整至0.01～0.015 mm，而普通蝸輪副一般只能達到0.03～0.08 mm，因而雙導程蝸桿可提高分度精度或傳動精度，常用于具有分度運動的數控機床中。

1 雙導程蝸桿零件圖及基本參數

雙導程蝸桿如圖1所示，其參數見表1。

表1 蝸桿基本參數表

2 工藝分析

雙導程蝸桿的軸向齒形為直線，與梯形螺紋相似，但齒距大、齒槽深、切削面積大，車削比較困難。如果切削進刀方式選擇不當，則會使刀具受力大，產生振動甚至折斷，從而影響齒面加工精度。經多次分析和實驗，摸索出解決蝸桿加工難點的主要措施有:

（1）小切深分層切削;即把要加工的齒槽分成若干層，先加工完第一層，再加工第二層，每層的切削深度階梯減小，這樣既降低了切削難度又保證了齒槽的加工表面精度;

（2）粗車按公稱導程采取中—左—右切削法，盡快去除齒槽余量;除中間一刀外，左右兩邊切削都是單刃切削，減小了切削力，只要中間一刀不“啃刀”，左右兩邊就不會啃刀。實質上，粗車是分層切削法與左右切削法的綜合應用。精車采取左—右兩邊分開按不同導程車削齒槽的兩側面。切削方法見圖2所示。

在粗車時在齒槽兩側面分別留下0.2～0.4 mm左右的精車余量，粗車時選擇刀尖角略小于齒形角的車刀，如選39.5°的粗車刀具;精車則選擇刀尖角等于齒形角40°的精車刀具。

3 程序編寫

3．1 編程思路

數控車床中應用分層切削法和左右切削法加工蝸桿螺旋線，有幾個特點:

（1）每一層的切削余量不同;切削余量的變化規律如圖3所示，與每一層的切削進深值有關。即隨著每進一層切削，走刀的次數會逐步減少;

（2）為保證齒槽兩側面的加工質量，切削進深即背吃刀量應逐步減小，為編程方便，可采用階梯減小的方法進行處理;

（3）每一層的中—左—右切削中，螺紋切削的起點并不相同。切削余量大，走刀次數就多，切削起點一直是個變化的位置，這是中左右切削編程的難點。

綜合分析以上3個特點以及走刀路線，適合選擇G32或G92指令編程。如果選擇單一螺紋切削指令G32，則不但程序段會非常多，而且計算切削起點的坐標位置也會是非常大的工作量，而且容易出錯;如果選用單一固定循環指令G92編程，則每一次走刀的循環起點都不相同，但卻有規律可循，在編程時可利用這點恰當設置變量進行編程。

（4）編程處理:使用宏程序的循環指令及循環嵌套，把每一層車削作為一個內循環，在這個循環里車至少3條螺旋線:中線—左線—右線，粗車均按公稱導程加工;精車只走三刀中—左—右，分別按公稱導程、左側導程、右側導程加工。把車削直徑由大到小作為一個外循環。通過循環嵌套配合螺紋加工指令G92完成整個齒槽的加工。

3．2 宏程序

3．2．1 相關尺寸及計算

從圖1和表1知:軸向模數mx=8 mm;線數z=1

蝸桿齒頂徑da=104 mm

齒槽底徑df=67 mm

齒頂槽寬:ea=25．133－0．843，mx=18．389 mm

齒底槽寬ef=0．697，mx=5．576 mm

齒形角α=20°

公稱導程pz=25．133 mm

左側導程p左=24．862 mm

右側導程p右=25．404 mm

3．2．2 宏程序

4 結語

對這種雙導程、大模數的蝸桿，通過綜合使用分層切削和中左右切削法，合理地安排走刀路線，有效地降低了蝸桿的切削難度，避免了通常蝸桿加工會出現“啃刀”的現象，但數控編程卻變得更加復雜。通過恰當設置變量，利用宏程序的循環指令與循環嵌套功能，配合螺紋切削固定循環指令，巧妙解決了編程難題，這種工藝與編程處理方式適用于任何大模數的螺旋槽加工。

［1］劉春利，張艷華，劉勝永．運用宏程序在數控車床車削梯形螺紋［J］．煤礦機械，2012（6）:137－138．

［2］徐德灼．宏程序實現變螺距螺桿車削的應用與分析［J］．精密制造與自動化，2011（2）:36－41．

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