ZA 型多線蝸桿的車削加工方法

殷 勇

（中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司， 陜西 西安 710201）

引言

蝸桿傳動具有突出的特點(diǎn)，傳動比大、結(jié)構(gòu)尺寸緊湊、工作可靠性高、壽命長、沖擊小、無噪聲，軸向力大、易發(fā)熱、效率低。所以蝸桿傳動通常用來傳遞兩個交錯軸之間的運(yùn)動和動力。

本文就以常見的ZA 型多線蝸桿為例，對其車削加工技術(shù)進(jìn)行研究。

1 蝸桿傳動概況

蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成（見圖1），用于傳遞交錯軸之間的運(yùn)動和動力，一般兩軸交錯角為90°，且以蝸桿為主動件，具有如下特點(diǎn)[1-3]：

1）傳動比大，傳動準(zhǔn)確。設(shè)蝸桿頭數(shù)為z1，蝸輪齒數(shù)為z2，則蝸桿傳動的傳動比i＝z2/z1。

2）傳動平穩(wěn)、無噪聲。蝸輪副的嚙合是連續(xù)的，且嚙合齒對多。

3）如果蝸桿的螺旋升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。

4）傳動效率低。通常傳動效率為0.5～0.92，自鎖蝸輪副的傳動效率為0.4～0.45。

5）蝸輪副易發(fā)熱磨損。蝸輪副是滑動摩擦傳動，運(yùn)行中會產(chǎn)生較大的熱量，故蝸輪的制造材料常為青銅等有色金屬。

圖1 蝸桿傳動

按照蝸桿形狀可將蝸輪副傳動分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動三類。圓柱蝸桿有ZA型（阿基米德蝸桿）、ZI 型（漸開線蝸桿）、ZN 型（法向直廓蝸桿）等。按照蝸桿螺旋線方向可將蝸輪副分為左旋和右旋蝸輪副。按照蝸桿頭數(shù)可將蝸桿分為單頭蝸桿和多頭蝸桿。單頭蝸桿適用于傳動較大的場合，對于自鎖傳動應(yīng)選用單頭蝸桿，多頭蝸桿適用于傳動比不大但效率高的場合。

ZA 型蝸桿，其端面齒廓為阿基米德螺旋線，軸向齒廓為直線，與螺紋螺旋面的形成相同，一般用于頭數(shù)較少、載荷較小、低速或不太重要的場合。ZA 型蝸桿一般不需磨削加工，直接在車床上加工成形，但在磨削時需使用特殊截面形狀的砂輪進(jìn)行磨削。

本文闡述的是ZA 型蝸桿在普通車床上的車削加工技術(shù)。

2 ZA 型多線蝸桿加工實(shí)例

以某公司生產(chǎn)過的某種冶金減速機(jī)用ZA 型三線蝸桿（見圖2）為例進(jìn)行分析研究。

圖2 蝸桿示意圖

2.1 零件參數(shù)

2.1.1 蝸桿參數(shù)（見下頁表1）

2.1.2 加工要點(diǎn)

該零件是一個小型零件，多頭、小模數(shù)，零件硬度中等。加工要點(diǎn)是確保分頭和齒形角準(zhǔn)確、多頭齒厚一致，保證措施和辦法是角用樣板控制齒形、用齒厚游標(biāo)卡尺檢查齒厚，以操作者的技術(shù)水平保證加工質(zhì)量。

因三線蝸桿導(dǎo)程大，車削時前角和后角變化較大，不宜使用普通蝸桿刀加工，而需要采用自制的可調(diào)刀桿（如下頁圖3 所示）。裝夾刀頭，在這種刀具的刀桿上設(shè)計(jì)有彈性槽，具有彈性作用，角度大小可以在頭部的刻度線上讀出，車削時不易產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象。使用該可調(diào)刀桿時，按導(dǎo)程角調(diào)節(jié)刀桿角度，刀頭傾斜粗車，保證切削順利。精加工時，為保證蝸桿齒形精度，應(yīng)水平裝夾刀頭。車刀的刃磨也是關(guān)鍵，事先要用“油石”將刀刃修磨鋒利并保證其直線度。

表1 蝸桿參數(shù)

圖3 可調(diào)角度刀桿

在CW6140 機(jī)床上分頭的辦法是采用軸向分頭法，根據(jù)蝸桿螺距，用小拖板使車刀的移動距離等于蝸桿螺距，實(shí)現(xiàn)分頭的目的。先用小拖板刻線分頭，刻出全部螺旋槽的加工界線，然后對各螺旋槽進(jìn)行粗車、半精車，以精車修正分頭均勻性來保證加工精度。這種方法，與以往車好第一條螺旋槽后依次車第二條和第三條螺旋槽的方法不同，可有效防止分頭出錯，避免因螺距不等、齒厚不勻、蝸輪副精度降低而影響使用壽命甚至發(fā)生干涉、使蝸桿蝸輪無法轉(zhuǎn)動[2]等情況的發(fā)生。具體方法在加工方法中詳細(xì)說明。

2.2 加工設(shè)備和刀具

由于零件尺寸較小，在CW6140 機(jī)床上加工工件。相對CW6140 機(jī)床而言，m8 的蝸桿加工適合用左右切削法，現(xiàn)場習(xí)慣稱之為“靠刀法”或“趕刀法”。

因該蝸桿導(dǎo)程角較大，考慮車刀前后角的角度對車削加工的影響，需采取低速車削，選常用的高速鋼材質(zhì)刀具，刀具刃磨鋒利，能夠獲得理想的加工表面粗糙度。

同時需要使用冷卻液加工，以保證刀具的耐用度和獲得較高的零件表面質(zhì)量。冷卻液有車間常用的“洗油＋機(jī)油”和“洗油＋機(jī)油＋四氯化碳”兩種。粗加工時使用“洗油＋機(jī)油”冷卻液，達(dá)到冷卻作用，延長刀具壽命。精加工工序中應(yīng)使用“洗油＋機(jī)油＋四氯化碳”冷卻液，達(dá)到冷卻和潤滑的作用，降低加工表面粗糙度。

2.2.1 切削用量

粗加工轉(zhuǎn)速 n＝45～55 r/min、切削深度 t＝1.8～0.5 mm、進(jìn)給量以導(dǎo)程為準(zhǔn)；半精加工和精加工轉(zhuǎn)速 n＝18～22 r/min、切削深度 t＝0.05 mm；精加工轉(zhuǎn)速 n＝9～18 r/min、切削深度 t＝0.02～0.05 mm[2]。

2.2.2 刀具刃磨

刀具幾何角度選用原則[4]：

1）車刀的刀尖角度與齒形角一致，用對刀樣板進(jìn)行透光性檢查；

2）刀頭寬度小于齒根寬度；

3）縱向后角角度為6°～8°；

4）左刃后角為（3°～5°）＋γ（蝸桿導(dǎo)程角），右刃傾角（3°～5°）－γ；

5）粗車前角角度為10°～15°，刀尖倒圓，以增強(qiáng)多頭強(qiáng)度；

6）精車前角為12°～18°，兩側(cè)刃磨出卷屑槽，刀刃平直，刀具的前后面和刀刃的粗糙度要低，刃口鋒利，這樣切屑很薄、切削力小、排削順利，可得到較高的齒形精度和較低的加工表面粗糙度。

2.3 加工步驟

2.3.1 加工準(zhǔn)備

1）操作者應(yīng)仔細(xì)審閱零件圖，明確蝸桿參數(shù)，并計(jì)算必要的檢測參數(shù)（見表2）以備分頭使用。

表2 計(jì)算得到的檢測參數(shù) mm

2）量具準(zhǔn)備：300 mm 卡尺、千分尺、齒厚游標(biāo)卡尺、樣板（包括三聯(lián)樣板、雙聯(lián)樣板、對刀樣板、半齒樣板，由工藝提供）。

3）刀具準(zhǔn)備：依前文所述，按照樣板，刃磨粗車、半精車和精車的高速鋼刀具并準(zhǔn)備可調(diào)刀桿。

4）機(jī)床調(diào)整：主要針對小刀架、機(jī)床絲杠開合螺母的間隙進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，小拖板應(yīng)與主軸線平行，確保加工精度。

2.3.2 粗加工

按照圖紙和工藝文件要求進(jìn)行粗加工，其目的是，分頭和粗開齒形，切除大量加工余量。

1）夾頂各一端，粗車各部，符合工藝要求（對這一部分不作詳細(xì)敘述）。為了提高工件的剛性，除將齒形部分外徑加工到尺寸外，對其余的不進(jìn)行加工（見光即可）。

2）用尖刀在齒形部位輕輕刻出一條深度小于0.1 mm 的直母線，便于使用樣板檢查。

3）掛輪：按照蝸桿模數(shù)和頭數(shù)的乘積進(jìn)行手柄掛輪，本工件為3×8＝24，即按照模數(shù)24 進(jìn)行掛輪；再按照床頭箱掛輪表調(diào)整床頭箱的掛輪組。

4）分頭刻線：分別刻出6 條螺旋線，形成3 個頭的齒頂寬和齒槽寬的粗加工基準(zhǔn)線。先直接刻出第一條；根據(jù)計(jì)算出的齒頂寬數(shù)值，搖動小拖板至相應(yīng)數(shù)值后刻出第二條，形成一個齒頂寬距離；根據(jù)齒頂槽寬數(shù)值，同樣搖動小拖板至相應(yīng)數(shù)值后刻出第三條，形成一個齒頂槽寬距離。至此，形成一個螺距的齒形。依此類推，分別刻出其余4 條螺旋線，最終形成三線蝸桿的全部加工線。注意，小拖板應(yīng)向一個方向移動，以減少誤差。

5）車出蝸桿齒形部分兩側(cè)的退刀槽符合圖紙要求。

6）換用粗車齒形刀，按照已經(jīng)刻出的加工線，采取左右切削法，分別車出3 個頭的齒形，留出單邊余量0.5 mm，并使用冷卻液。

2.3.3 半精加工

半精加工的目的是為精加工創(chuàng)造良好條件，表面粗糙度值為Ra6.3～3.2 μm，留較少的加工余量，保證一定的分頭均勻性和正確的齒形角。要求邊切削邊使用冷卻液。

1）加工蝸桿底徑至圖紙要求，用樣板檢查。

2）加工第一條螺旋槽的左側(cè)面，留余量0.12～0.18 mm，用半齒樣板進(jìn)行透光性檢查。

3）同理，加工第二條和第三條螺旋槽左側(cè)面，留余量0.12～0.18 mm，分別用雙聯(lián)樣板和三聯(lián)樣板進(jìn)行透光性檢查。

4）用同樣的方法加工第一條螺旋槽的右側(cè)面，用齒厚游標(biāo)卡尺檢測齒厚，留足0.20～0.35 mm 的總余量。同理，分別加工其余螺旋槽。

2.3.4 精加工

精加工的目的是修正蝸桿分頭的均勻性，達(dá)到齒形尺寸和表面粗糙度。同時，按照工藝文件要求，加工零件的其他尺寸，對表面粗糙度要求高和尺寸精度高的部位留出磨削。在齒形精車加工中使用大前角的目的是，使得切削省力、保證排削順利，但只能使用刀具的側(cè)刃，不得使刀具的前端參與切削。

使用大前角光刀，加工齒形的各個側(cè)面。在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于各種誤差的存在，如機(jī)床誤差、刀具磨損等，要保證分頭的均勻性，應(yīng)使用小拖板“趕刀”的辦法來修正蝸桿齒形誤差。同時，用半齒樣板檢查齒形角，用雙聯(lián)樣板檢查第一條和第二條齒形槽的精度，用三聯(lián)樣板檢查三線蝸桿的齒形精度，再使用齒厚游標(biāo)卡尺檢測法向齒厚，確保蝸桿加工精度。

3 結(jié)論

實(shí)踐證明，采取此種加工方法，能夠保證多線ZA 型蝸桿在CW6140 機(jī)床上的加工精度，特別適用于單件小批量生產(chǎn)和相關(guān)設(shè)備維修，可大大降低加工制造成本。

（編輯：胡玉香）