三軸數控銑加工大模數蝸輪

■河北宣化工程機械股份有限公司 （張家口 075100） 郭志達

三軸數控銑加工大模數蝸輪

■河北宣化工程機械股份有限公司 （張家口 075100） 郭志達

摘要：蝸輪的加工一般在滾齒機上使用滾刀加工，或在銑床飛刀展成銑蝸輪。經查找資料，結合生產實際，通過畫圖計算、刀具改制、程序編制及裝夾方式設計等，利用現有設備，開發了一種三軸數控銑加工大模數蝸輪的工藝。

我公司綜合分廠大修部在維修一滾圓機時，需要加工一個大模數蝸輪（見圖1），蝸輪最大直徑為436.71mm，分度圓直徑為396mm，總厚度為212mm（蝸輪部分厚度為92m m），模數m=12，齒數z=33，材料為HT200。如果在滾齒機上加工，要求外購12模數的滾刀，價格在5 000～6 000元，而且要制作工裝心軸夾具。因為一件工件買把蝸輪滾刀、制作一套夾具不值；如果在銑床飛刀加工，沒有合適的設備（現有設備的加工范圍不夠）。這個蝸輪在使用時，傳動速度慢，對齒形的要求低，所以綜合考慮各種情況后，筆者提議在BTM 4000數控銑床上用臥銑頭加工。

1. 蝸輪結構

蝸輪如圖1所示。經畫圖計算、刀具改制及使用、程序編制及裝夾方式等方面綜合考慮，除蝸輪齒形槽底部R80.88mm尺寸略大于理論尺寸外（實際使用并不和蝸桿接觸），從理論上、工藝性及實際使用等情況看，可以達到圖樣及使用要求。這種加工方法既可以開發數控銑床的功能，又可以節約增效。

2. 畫圖計算

因為加工過程是數控銑床走螺旋線，所以需要進行大量的計算。用二維畫圖軟件來直接作圖，就可以把數據直觀地計算出來（見圖2、圖3），大大節約了計算時間。為了更直觀地體現出加工過程及蝸輪與蝸桿咬合時是否過切，采用三維軟件把蝸輪和蝸桿的實體也畫了出來（見圖4）。經過實體咬合驗證，在保證蝸輪、蝸桿中心距的前提下，接觸面積可以達到設計要求。

圖1　蝸輪簡圖

3.刀具改制及使用

刀具設計使用直徑36mm的鍵槽銑刀改制而成，形狀及尺寸如圖5所示。因為蝸輪的咬合像齒輪一樣，需要齒形兩側為漸開

線式的曲線，經過計算相同模數、齒數齒輪的漸開線形狀，確定蝸輪齒形兩側為R65.08mm的圓弧形，與漸開線最大誤差為0.12mm，完全在合理誤差范圍內，確定了刀具設計圖樣。設計樣板兩塊（見圖6、圖7），用來磨制刀具及檢測蝸輪齒形形狀。

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

4. 程序編制

因為銑刀走的路徑為螺旋線，是空間曲線，無法用普通程序編制，所以采用宏程序（發那科系統，見圖8）編制，走刀路徑要按蝸桿節徑編制，就是按R67編制，并且使用仿真軟件檢查了程序的對錯（見圖9）。為了節約加工時間，編制了粗、精兩套程序。BTM 4000仿形銑是西門子系統，所以又改寫成西門子系統程序（見圖10）。為了萬無一失（擔心系統和仿真有區別），又把宏程序用軟件轉換成普通程序，用U盤備份好，也可以直接傳輸。

圖8

圖9

圖10

5. 裝卡方式

圖11　裝卡圖

6. 加工過程

由于程序是空間點組成的，所以在程序運行時發現不連貫現象，于是在程序開頭加上了G64（連續路徑運行），程序運行不連貫現象消除，運行平穩。蝸輪的齒全高為25.88mm，無法直接銑成，所以要分開粗、精銑削，用直徑20m m的合金球銑刀粗開，再用改制的直徑32mm的鍵槽銑刀精加工。圖12所示為正在粗加工的蝸輪，圖13所示為正在精加工的蝸輪。

圖12　粗加工蝸輪

圖13　精加工蝸輪

在加工過程中還遇到很多小問題，比如鑄鐵的加工顆粒很小，很容易鉆到搖把的間隙里，一定要做好防護，否則搖把會在分度時出現拔插費力現象，影響加工。

7. 結語

因為前期準備工作做得很充分，經過2個班的加工，蝸輪加工完畢。中心距測量：在沒有把蝸輪從圓盤上卸下前，先測量蝸輪齒形中心到工作臺的實際尺寸，然后把蝸桿的中心墊到與蝸輪的中心等高，使蝸輪、蝸桿咬合，測量蝸輪內孔壁到蝸桿外圓的實際尺寸，可以計算出蝸輪、蝸桿的中心距，測量結果是264.7mm（圖樣要求中心距為265mm）；接觸面積情況：在蝸輪的齒部用白粉筆涂抹均勻，用手使蝸桿緩慢轉動，看接觸情況，接觸均勻；齒形情況：用事先準備好的樣板檢查；齒厚：用齒厚卡尺檢查，在公差范圍內。主要參數都符合圖樣要求。

通過試裝、滾圓機整機試運行，一切正常，運動平穩，現已恢復生產，項修完畢。這次加工蝸輪的過程，積累了很多有意義的資料，對以后加工大模數蝸輪提供了新的加工方法和豐富的經驗。

專家點評

文章介紹得很詳細，也很具體，作者通過畫圖計算、刀具改制、程序編制及裝夾方式設計等步驟，完成大模數蝸輪的銑削加工。這種加工方法既可以拓寬數控銑床的加工范圍，又可以節約增效。

收稿日期：（20150127）