如何進行高效的多線蝸桿車削加工

周興俊

摘要：多線蝸桿利用普通車床進行加工的效率和質(zhì)量成了一個難題。本文針對多線蝸桿在加工過程中容易出現(xiàn)扎刀和分線精度難保證等問題進行分析，提出了在刀具角度和加工工藝上進行改進的對策，并就如何在保證精度要求的前提下進行快捷車削的技能與技巧進行了闡述。

關(guān)鍵詞：多線蝸桿；普通車床；分線精度；車刀角度蝸桿傳動是一種常用的機械傳動形式，廣泛用于軸線交叉的減速傳動中。在這種傳動形式中，蝸桿是主動件，所以蝸桿的制造精度直接影響傳動精度。下文就對多線蝸桿加工過程中所存在的問題進行分析，并提出解決的措施，以提高加工質(zhì)量和加工效率。

一、加工多線蝸桿過程中所存在的問題

車削多線蝸桿是車削螺紋中較難的一個課題，在實際加工多線蝸桿的過程中容易出現(xiàn)以下幾個問題。

（1）車削時，由于蝸桿齒形較深，切削力過大，導程大通常會出現(xiàn)“扎刀”現(xiàn)象，影響表面粗糙度。

（2）在車削過程中常被“多次循環(huán)分頭，依次逐面車削”所困擾。每次分頭用百分表也好，用塊規(guī)也好，都要費很多功夫，并且車削過程須始終高度精力集中，才能及時發(fā)現(xiàn)誤差和故障。

（3）在精車階段常出現(xiàn)各線齒厚和齒槽寬不一致，一時又難以找出哪個線余量多，哪個線余量少，即使找出又難以處理，因為變動齒厚又牽扯齒槽寬度，齒厚雖有余量但齒槽寬卻沒余量，導致零件不合格。

（4）傳統(tǒng)的車削方法生產(chǎn)效率較低，耗用工時多且工人勞動強度大，造成生產(chǎn)成本高。

因此，我們在加工過程要想方法提高加工的效率，并針對工件在加工時出現(xiàn)的弊病，采取各項相應(yīng)的工藝措施，如通過選擇適合的刀具材料、改進角度及加工工藝設(shè)計等來提高加工速度。

二、蝸桿車刀選用材料和幾何角度

多線蝸桿車刀車削方法與切削梯形螺紋很相似，但蝸桿的齒深較深，車削時比梯形螺紋較為困難。螺紋車刀所用材料通常有高速鋼和硬質(zhì)合金兩種，在實際應(yīng)用中高速鋼車刀低速車削螺紋較多。因為高速鋼車刀刃磨方便，切削刃鋒利，韌性好，能承受較大的沖擊力，低速車削時可獲得較低的表面粗糙度值。蝸桿車刀采用水平裝刀法：即車刀兩側(cè)刀刃處于水平狀態(tài)，車刀頭與蝸桿軸線等高。加工時為提高蝸桿的加工質(zhì)量，一般采用粗車、精車兩個階段。

1.蝸桿粗車所用的車刀幾何角度。

如圖1中：車刀齒形角2a=40030，刀頭寬度ef小于齒根寬，根椐經(jīng)驗大約小0.3～0.5mm，進給方向的后角為a0=（30～50）+￠為蝸桿螺旋升角，背向進給方向的后角為口a0=（30～50）-￠，徑向前角γ0= =100～150；刀尖后角為60～80。

2.精加工所用車刀的幾何角度。

精加工時采用水平裝刀法，在車削中由于螺旋升角的影響，車刀兩側(cè)刀刃前角受到影響，一側(cè)刀刃將變成負前角，后角也隨之發(fā)生變化，加工中影響切屑排出，影響加工精度和表面粗糙度，很容易產(chǎn)生振動和扎刀現(xiàn)象。若在半精車刀和精車刀兩刀刃上開著卷屑槽的話，第一，這對磨刀技能要求特別高；第二，由于車刀靠兩側(cè)刀刃精車兩側(cè)齒面，車刀的前端刀刃不能進行切削，螺紋槽底無法加工。對模數(shù)不太大（3～5mm）的三線蝸桿，要在車刀前刀面上開斷屑槽非常困難。通過實際應(yīng)用，采用兩把精車刀車削的方法比較理想，即分車左側(cè)面車刀和車右側(cè)面車刀。

（1）車削左側(cè)面車刀。如圖2所示，車刀左側(cè)切削刃平直；刃傾角為00，刀刃前角為50～100；左側(cè)后角為（30～50）+￠，前刀面粗糙度值Ra小于0.8μm；刀尖半角為200（左側(cè)），刀尖角小于400；刀頭寬度略小于槽底寬度。

（2）車削右側(cè)面車刀。如圖3所示，車刀右側(cè)切削刃平直；刃傾角為00，刀刃前角為100～150；右側(cè)后角為（30～50）-￠；前刀面粗糙度值Ra小于0.8μm；刀尖半角為200（右側(cè)），刀尖角小于400；刀頭寬度略小于槽底寬度。

三、多線蝸桿工藝要求

1.軸向或法向齒厚、齒形必須符合圖樣要求。

2.各線的齒厚、齒槽寬必須相應(yīng)統(tǒng)一在規(guī)定的精度之內(nèi)。

3.蝸桿徑向圓跳動應(yīng)在允許范圍內(nèi)。

四、多線蝸桿的車削工藝

在車削多線蝸桿過程中，不僅要保證多線蝸桿的尺寸精度和形狀精度（每條螺紋的小徑要相等，每條螺紋的牙型角也要相等），而且還要保證幾條螺紋的相互位置精度（分線精度）。多線蝸桿各螺旋槽在軸向是等距分布的，在端面上螺旋線的起點是等角度分布的。若螺紋分線出現(xiàn)誤差，則會直接影響蝸桿與蝸輪的嚙合精度，輕則增加不必要的磨損，降低使用壽命，重則造成無法安裝，工件報廢。由此可以看出，車削多線蝸桿時，主要是考慮分線方法和車削步驟協(xié)調(diào)。教材中講：“根據(jù)多線螺紋和多線蝸桿在軸向和圓周上分布的特點，分線方法有軸向分線法和圓周分線法兩種。”不管用哪一種分線方法，都可以獲得準確的分線。但在實踐操作中，如果沒有正確的操作方法和操作經(jīng)驗，是難以保證分線精度的。有時會出現(xiàn)粗車時就造成分線誤差大，工件報廢的情況。因此，我們要注意怎樣合理安排多線蝸桿的加工工藝以及在加工過程可能出現(xiàn)的問題。

車削多線蝸桿時，絕不可將一條螺旋槽車好后，再車另一個螺旋槽，而必須進行全部粗車，因為先車好一個螺旋糟后，再去粗、精車另一條螺旋糟，很難保證分線精度，從而造成工件報廢。所以要先進行全部粗車。在粗車時，如何掌握住每條螺旋槽的相互位置呢？教材中對這個問題表述得不太清楚，說分線時，粗車第一條螺旋槽，記住中、小滑板的進刀刻度值，來作為車削第二條螺旋槽的依據(jù)。實際車削中，中滑板的刻度值較容易記住，因為車刀切入深度是多少，牙型高度是多少，給每條螺旋槽所留精車余量要保持一致，所以容易記住。小滑板的刻度值就不太容易記住，例如，車削軸向模數(shù)mx=4毫米的雙線蝸桿，在粗車螺旋槽時，要反復(fù)多次左右移動小滑板進行車削。雖然按照教材中所講，車削每條螺旋糟時車刀的左右移動量（借刀量）相等，一旦“趕刀”完畢，還要用斜進刀法或逐層切削法逐漸把螺旋糟深度車夠。當把第一條螺旋槽粗車成以后，別說沒記住原來小滑板刻度值，就是記住了，也沒多大作用，因為車床的小拖手本身也有間隙，再者，粗車后的螺旋槽兩側(cè)面，粗糙度大，也不太規(guī)則，就是依據(jù)原來的小滑板刻度進行分線，也是比較困難的。根據(jù)以上操作可能出現(xiàn)的問題，在加工多線蝸桿要先安排好加工工藝。現(xiàn)在以車削線數(shù)n=3，模數(shù)mx=3為例。

（1）粗車。

先按多頭蝸桿的齒距分頭劃線。可用三角螺紋車刀在工件外圓以背吃刀量0.05—0.01mm劃出痕跡線，見圖4，再軸向用小滑板分別移動一個齒距p劃線2、3，之后再軸向移動一個齒頂寬fx=0.843mx+0.6mm劃線，其中0.6mm留為精加工的余量，為第4頭，再分別軸向移動一個齒距劃出第5、6頭結(jié)束。這時可要在劃出的齒槽線內(nèi)將各槽粗車出。我們知道每個齒頂寬還留有0.6mm的余量，可以用粗車車刀來先即把第一條螺旋槽粗車成以后，注意車削槽寬時要看準畫線，因為槽寬的兩側(cè)都有精車余量，每側(cè)各留約O.3毫米，依據(jù)齒頂圓在槽的最邊緣位置，用小滑板將車刀軸向前移到畫線2位置，開始粗車第二條螺旋槽。在左右車削時要注意小滑板前移和后移，當使第二條螺旋槽齒頂寬接近第一條螺旋槽齒頂寬時（注意仔細測量一下），確保第二條螺旋槽齒頂寬不少于或相等于第一條螺旋槽齒寬，把槽深車夠就可以了。接著用同樣的方法車出第三條螺旋槽。這樣能保證三螺旋槽的齒頂寬而且有足夠的精車余量。學生們普遍反映這種方法效果好，操作方便，容易掌握。

（2）精車多線蝸桿。

在粗車完后如果效果理想應(yīng)該是如圖5所示，那么在精車之前要先定那一個側(cè)面先車削，教材中講：“在采用左右車削法時，一般先車削牙型的各左側(cè)面，再車削牙型的各右側(cè)面。”如果是理想狀態(tài)螺旋槽兩側(cè)都是相等，那么車削就應(yīng)該沒有什么問題，但是在實際加工時，由于刀具的磨損、測量誤差、工件的振動等客觀原因存在，這時就可能出現(xiàn)螺旋槽兩側(cè)不相等，這時就可以出現(xiàn)把一條螺旋槽的左側(cè)面精車成了，也就是說側(cè)面達到了粗糙度要求，再精車另一條螺旋槽的左側(cè)面，當把車刀精確移動一個螺距（周節(jié)）精車另一側(cè)面時，則發(fā)現(xiàn)這個側(cè)面沒有了余量，或者是有余量，沒有車幾刀，側(cè)面還沒有達到粗糙度要求，就車夠了尺寸。是粗車后留有余量小了，還是由其他操作出現(xiàn)了問題？經(jīng)檢查測量發(fā)現(xiàn)，是第一條螺旋槽的左側(cè)面留下的余量太多，而導致另一條螺旋槽余量較小，所以精車另一條螺旋槽側(cè)面時，粗糙度還沒達到要求，尺寸就已車夠的現(xiàn)象。為了保證質(zhì)量，還得把精車過的第一個螺旋槽左側(cè)面再精車一次，造成不必要的重復(fù)操作，降低了生產(chǎn)效率，增加了誤差幾率。怎樣才能有效地保證質(zhì)量，避免上述現(xiàn)象的發(fā)生？筆者在教學中是這樣處理的，在確定先精車哪個側(cè)面之前，首先測量出哪一個牙型中齒頂寬較小，其次再測量這個齒型兩邊的哪一個螺旋槽相對較寬，應(yīng)選擇螺旋槽較寬的齒頂寬較小的那個牙型側(cè)面作為精車的第一個側(cè)面，也就是選擇了余量較小的一個牙型側(cè)面作為精車的開始。把這個牙型側(cè)面車成，達到了粗糙度要求，再去精確移動一個螺距（周節(jié)），精車另一條螺旋槽同一側(cè)面，就不會出現(xiàn)余量不夠的現(xiàn)象了。

五、分線精度的測量

前面提到，若分線出現(xiàn)誤差，則會直接影響配合性能，輕則增加磨損，降低使用壽命，重則導致工件報廢。準確的測量分線精度（螺距、周節(jié)精度）在教學中常采用控制或測量每條螺旋槽齒厚相等的基礎(chǔ)上，測量一個螺距加一個齒厚的方法。也就是測量兩個法向齒厚加上一個螺旋槽寬度，記下這個數(shù)值后，再把齒厚卡尺向前（或向后）移動一個牙型，再測量一次，比較兩次測量的結(jié)果，它們的差值就是分線誤差。在兩條螺旋槽法向齒厚相等的情況下，說明組成導程的兩個螺距（周節(jié)）不一樣大。此方法用在測量2～4線螺紋（蝸桿）的分線上，都可以測到較準確的結(jié)果。如在測量時，發(fā)現(xiàn)分線精度有誤差，當法向齒厚在公差范圍內(nèi)還有余量可車削，可以對多線螺紋和多線蝸桿進行微量修正，以減少誤差，提高分線精度。在修正之前，首先要確定修正位置，要根據(jù)每條螺旋線齒厚和槽寬具體情況來選擇修正位置。例如：按前面提到的方法進行測量，如差值為O.1毫米，而兩個齒型厚度又相等，就可以把兩個螺旋槽中較小的一個螺旋槽車寬O.1毫米。車削時要把O.1毫米的余量均分到螺旋槽的兩個側(cè)面上，這樣槽車寬了，與另一條螺旋槽寬度相等了，兩個齒厚這時也薄了，仍然保持相同厚度，分線誤差就消除了。修正時要注意，在車寬螺旋槽時，切不可只車寬螺旋槽的一個側(cè)面，那樣會造成槽寬相同、而齒型厚度又不相等了，誤差依然還會存在。

用這種工藝之所以快捷是因為次序簡捷，測檢控制偏差的方法也很方便，對于車削過程中的誤差影響因素都能及時發(fā)現(xiàn)，判斷準確并及時處理。車削過程中，中小滑板刻度值、背吃刀量、次數(shù)不必頻繁記錄和一致，具體的背吃刀量由測檢該處的結(jié)果給定。經(jīng)過實踐，上述方法可將加工效率提高2-3倍。

當然，加工蝸桿的方法還很多，按本文所述方法進行加工，經(jīng)過多次實際操作應(yīng)用取得較好效果，能有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量和精度，減少了廢品的產(chǎn)生。

（作者單位：開平機電中等職業(yè)技術(shù)學校）

參考文獻：

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責任編輯何麗華