數控車床蝸桿加工工藝創新實踐

魏濤祥

（廣東省高新技術高級技工學校，廣東廣州 510080）

0 引言

蝸桿產量不多時，選擇普通車床加工效率低且需要操作者具備豐富的操作經驗技能和技巧，因此優先考慮用數控車床替代。但數控車床加工蝸桿也存在一些難點，因蝸桿螺旋槽加工切削量大造成切削力大，容易出現崩刀刃及扎刀，因此必須解決切削時蝸桿進刀方法、蝸桿車刀幾何角度參數等問題。

1 試制加工蝸桿零件（圖1）

圖1 蝸桿零件加工

已知參數：傳動類型（ZA GB10087），精度等級（蝸桿7-Dc，蝸桿頭數（Z1=5），蝸桿螺旋線方向（右旋），軸面模數（Mx=3.5），蝸桿特性系數（Q=10），蝸桿螺旋線導程角（r=26°33′），法向齒寬（4.87），軸向剖面內齒形角（Ax=20°），中心距（a=66±0.2）。

1.1 蝸桿加工進刀方法

由于加工蝸桿螺旋槽較深，單一的斜進法及直進切削法都會造成切削抗力大，易造成崩刀刃、扎刀等現象。

左右分層切削進刀法特點：蝸桿車刀將沿蝸桿的螺旋槽牙型角方向相互交錯間隙進給切削，并將槽分成等量若干層較淺的梯形槽進行切削至蝸桿牙深，這樣才能保證只有一個切削刃進行切削，可有效控制切除余量，也可避免加工中出現3 個刀刃同時參加切削而導致切削力增大、排屑不暢、“崩刀”和“扎刀”等現象，因此可利用數控宏程序編程，采用左右分層進刀法加工蝸桿，避免“打刀”和“扎刀”現象的發生。

1.2 蝸桿部分參數計算

已知軸向模數mx=3.5，分度圓直徑d1=35 mm，頭數=5，齒形角a=20°，計算各主要參數：軸向齒距P=πmx=10.996 mm，蝸桿導程=5×10.996=54.98 mm，齒頂高ha=mx=3.5 mm，齒根高hf=1.28mx=4.2，齒頂圓直徑da=d1+2mx=42 mm，齒根圓直徑df=d1-2.4mx=26.6 mm，導程角=26°33′，齒頂Sa=0.843mx=2.95 mm，齒根槽寬ef=0.697mx=2.44 mm，軸向齒寬Sx=P/2=5.499 mm，法向齒寬=4.87 mm。

1.3 蝸桿車刀幾何角度參數

如果將蝸桿刀具角度磨成蝸桿的牙形角時，加工時必然導致兩側刀刃與蝸桿螺旋面發生摩擦，造成3 個刃同時切削，會產生較大的切削力以致損壞蝸桿車刀。因此必須選擇小于蝸桿的牙形角，以避免3 個刀刃同時參加切削，為此，加工該零件選用35°蝸桿車刀，寬1.8 mm，蝸桿車刀左刃后角選擇32°（3～5°+蝸桿螺旋線導程角r）,右刃后角可選擇-21°（3～5°-蝸桿螺旋線導程角r），左右刀尖適當倒圓角。

1.4 零件蝸桿部分工藝

用外圓刀半精蝸桿外徑并留0.5 mm，防止強力切削時工件發生徑向位移、工件晃動，在精加工保證蝸桿外徑公差、運用宏程序計算，進行左右分層切削加工蝸桿螺旋槽、蝸桿加工通過粗車、精車蝸桿螺旋面，先粗車蝸桿將齒根螺旋槽加工至2.14 mm，并半精車蝸桿的外徑至Φ42.1 mm，精車，最后精車蝸桿螺旋槽面及蝸桿齒根圓將蝸桿齒根槽寬加工至2.44 mm、并保證蝸桿的外徑公差。

1.5 特制簡易車刀夾具

蝸桿螺旋升角產生以蝸桿中經圓柱上螺旋線的切線與垂直螺紋軸線的平面之間的夾角，螺旋升角計算公式：螺旋角tgB=（模屬數×頭數）÷蝸桿節徑=（3.5×5）÷35≈26.3°。如此大的螺旋角導致刀具正交平面與基面形成了夾角，為此設計簡易夾具，夾具夾持工件的基面與正交平面形成26.3°夾角，蝸桿夾具優先考慮選用45 鋼，蝸桿車刀選用高速鋼，并制作粗、精蝸桿車刀、夾具兩套

1.6 蝸桿車刀裝刀方法

通過線切割加工35°角樣板用于手磨刃粗、精蝸桿車刀；裝夾粗、精蝸桿車刀也可用角度樣板，裝夾車刀時刀口務必水平于工件外圓表面并垂直裝刀，確保蝸桿車刀角度不向一邊傾斜，因為無論粗、精蝸桿車刀偏向一方都會干涉另一方牙型角。

1.7 確保粗、精蝸桿車刀對刀點一致的方法

粗車蝸桿刀（T02）,精車蝸桿刀（T03）。

百分表打表對刀法：①分別在X 軸垂直向固定安裝百分表，分別用百分表觸頭觸碰粗、精蝸桿車刀X 軸；②粗、精蝸桿車刀觸碰百分表觸頭時要確保百分表刻度值一致，用精車蝸桿刀→將X 軸移至X32.00，觸碰到整圓即可→程序錄入輸G50 Z0.0。

2 程序編制

2.1 加工程序

粗車蝸桿可能會造成強力切削，因此螺旋面兩側及蝸桿外徑需留余量，精加工車、粗加工蝸桿采用一夾一頂方式加工、粗加工蝸桿后，半精加工蝸桿外徑。

O0007 （蝸桿程序）

T0202 M3 S50 G99 （蝸桿粗車車刀、因蝸桿導程大，故主軸轉速不宜選擇太高）

G0 X200 Z20 （在采用一夾一頂要注意安全換刀位）

#1=7.9 （當前蝸桿外徑42.5-蝸桿齒根圓直徑26.7/2，精加工改為7.8）

#2=2.14 （粗車齒根螺旋槽寬兩側預留0.15 mm待精車，精加工改為2.44）

#3=1.8 （刀頭寬度）

WHILE［#1GE0］DO1

#4=#1*2+26.7 （計算X 軸尺寸。齒根圓為26.6 mm，預留0.1 mm 待精車加工）

#5=#1*TAN［20］*2+#2 （計算Z 軸尺寸）

WHILE［#5GE#3］DO2 （精加工時將此行刪除）

G00 X47 Z20 （刀具循環起點）

#6=20+［#5-#3］/2 （Z 軸向右邊移動）

#7=20-［#5-#3］/2 （Z 軸向左邊移動）

Z#6 （向右邊移動切削）

G92 X#4 Z-80 F54.98 L5 （開始加工，該蝸桿導程為54.98 mm，頭數為5）

G00 Z#7 （向左移動切削）

G92 X#4 Z-80 F54.98 L5 （開始加工，該蝸桿導程為54.98 mm，頭數為5）

#5=#5-#3 （每次循環的切削寬度賦值，精加工時將此行刪除）

END2 （精加工時，將此行刪除）

#1=#1-0.1 （每次循環的切削半徑深度0.1 mm）

END1

G00 X200 Z2 M9 （在采用一夾一頂要注意安全換刀位）

M05

M00 （用三針測量蝸桿中經及蝸桿齒高深和用齒厚游標卡尺測量法向齒厚）

M3 S1000 T0101 G99 （開始半精蝸桿外徑，換第一把外圓尖刀）

G0 X45 Z-25 M08 （快速定位在蝸桿外徑附近）

G90 X42.1 Z-99 F0.08 （蝸桿外徑精車至Φ42.1 mm，預留蝸桿外徑0.1 mm 精車）

G0 X200 Z20 M9 （注意安全換刀位）)

M30 （粗車蝸桿第一步結束）

2.2 加工蝸桿切削液的選取

在加工蝸桿時，切削液建議優先選用皂粉與純堿加水混合稀釋，該切削液特點：能使切屑順利排出、散熱效果明顯、加工表面光潔、切削時沒有油煙影響等。

必須檢查工件裝夾是否牢靠，頂尖是否有松動，檢查完畢后開始粗加工（圖2）。

2.3 零件同軸度問題

圖2 粗車多頭蝸桿

（1）該蝸桿同軸度要求高，必須采用二頂尖裝夾方式。而粗車蝸桿切削力大，不宜采用二頂尖方式加工。

（2）粗車蝸桿前已經對好粗、精兩把蝸桿車刀，且粗車蝸桿后齒面兩側留有精余量（粗車后齒面單側余量0.15 mm）。

（3）二頂尖裝夾方式加工需用直柄雞心夾（圖3），裝雞心夾時直柄背靠三爪中的任意一爪夾緊工件，并且標識卸下該零件的精確方向位置。

精車時修改粗車的宏程序：①將程序段#1=7.9改為#1=7.8，將#2=2.14 改為#2=2.44，將 程 序 的WHILE［#5GE#3］DO2、#5=#5-#3、END2 段落刪除；②修改后，為保證同軸度要求，將一夾一頂裝夾加工改為二頂尖裝夾方式加工

圖3 直柄雞芯夾

3 結束語

數控車床加工蝸桿具有以下特點：①比普通車床加工蝸桿效率和加工精度高，利用了數控車床加工精度高、重復定位精度高的性能；②減少對操作者技能和技巧的依賴；③打破了傳統蝸桿車刀對幾何角度的選用，選用小于蝸桿的牙形角車刀及運用數控車床宏程序將蝸桿螺旋槽分成若干層等份進行左右切削加工，避免3 個刀刃同時參與切削。