■ 天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （300350） 楊中力

蝸桿在數(shù)控車床上的加工分析

■ 天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （300350） 楊中力

本文主要分析了蝸桿在數(shù)控車床上的加工程序，首先對加工蝸桿的工藝進(jìn)行了探討，其次對蝸桿具體加工的過程需要考慮的內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)致的闡述。

在蝸輪的傳動中，蝸桿是主要的動件，現(xiàn)階段的礦山機械和工程機械中蝸桿的應(yīng)用非常廣泛。數(shù)控車床應(yīng)用到實際生產(chǎn)中后，蝸桿的生產(chǎn)效率不僅得到了提高，而且加工的精度也得到了保障。在數(shù)控車床上加工蝸桿存在一定的難度，需要對加工的深度以及切削刀的程度進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，避免在加工過程中可能出現(xiàn)的扎刀現(xiàn)象。

1. 加工蝸桿工藝的分析

（1）設(shè)計工藝的內(nèi)容。主要加工內(nèi)容為右旋軸向直廊蝸桿，在對工件進(jìn)行編程的過程中不需要設(shè)置退尾量。蝸桿的右側(cè)是起刀點的位置，在加工蝸桿過程中，編程的起點一般設(shè)置在工件右端面。工件材料一般選擇為45鋼；刀具材料一般選擇為高速鋼或硬質(zhì)合金；設(shè)置蝸桿的全齒為6.6mm，利用G92命令實現(xiàn)左右切削法，以應(yīng)對背吃刀量較大的情況，從而使加工的可靠性得到保證；在裝夾工件的過程中，一般優(yōu)先選擇一夾一頂或者雙頂夾尖的方式進(jìn)行裝夾；對于齒根圓直徑的誤差需要控制在0.2mm以內(nèi)，而Z軸換刀的誤差需要控制在左右趕刀量內(nèi)，具體為0.1mm，必須滿足工件的公差要求。

在設(shè)計工藝時，主程序需要從起刀點位置進(jìn)行，另外加工蝸桿的過程中還需要其他子程序的調(diào)用，整個過程的完整性才能得到保證。一般在粗車完成之后再進(jìn)行精車，車床轉(zhuǎn)速選為10 r/min，加工過程中需要對軸向齒厚精度和齒側(cè)表面粗糙度進(jìn)行確定。左右切削法粗車完成之后，可以在兩邊齒側(cè)距離刀刃之間看到趕刀刃的間隙。精車起刀點的確定，可以根據(jù)對刀的誤差進(jìn)行一定程度的調(diào)整，避免空走刀現(xiàn)象的出現(xiàn)。在精加工主程序定位之后，嚴(yán)格按照相關(guān)圖樣的要求，對蝸桿的左側(cè)面進(jìn)行加工。如果主程序需要進(jìn)行二次定位，要保證蝸桿齒厚度和右側(cè)面粗糙度的要求。另外，添加切削液可在一定程度上提高切削加工效率，改善齒面加工質(zhì)量。

（2）相關(guān)參數(shù)的計算。變換轉(zhuǎn)速時螺距誤差需要進(jìn)行測量，結(jié)合工件表面的劃痕進(jìn)行測量，通常情況需要把測量的誤差控制在0.05mm的范圍內(nèi)；起刀點同樣需要進(jìn)行計算，主要根據(jù)升速段和減速段的距離、轉(zhuǎn)程、導(dǎo)程進(jìn)行計算。一般情況下，升速段和減速段最小值的計算公式為：L1=Nl/400mm，L2=Nl/1800mm。在計算過程中，轉(zhuǎn)速的改變會引起升速段和減速段值的改變。起刀點的X值由齒頂圓直徑加上全齒高的兩倍再加上退刀量得到。除此之外，還需要對粗車起刀點和精車起刀點的具體位置進(jìn)行確定。

附圖為軸向直廊蝸桿部分的幾何尺寸及加工中的參數(shù)說明，對齒頂圓直徑、倒角等指標(biāo)進(jìn)行了設(shè)定，滿足了蝸桿的加工條件。

除此之外，在蝸桿部分的幾何尺寸和相應(yīng)加工過程中涉及到的參數(shù)有：軸向模數(shù)m=3，頭數(shù)z=2，螺距P=πm=9.424 5mm，導(dǎo)程L=2P=18.849mm，齒頂圓直徑D=50mm，齒根圓直徑D1=D-4.4m=36.8mm，齒根槽寬W=0.697m=2.091mm，導(dǎo)程角γ=arctan（L/πD1）=9.26°，軸向齒厚s=P/2=4.712 25mm，全齒高H=2.2m=6.6mm。

（3）主程序設(shè)計。其主程序為：

0001；

M41；

G99 G97 M03 S100 FO.2；

T0303；

G00 X 70.0；(對粗車起點刀位置進(jìn)行定位)

M98 P520002；(對于粗車來說，具體的循環(huán)次數(shù)等于H除以半徑背吃力量)

G00 X150.0；

G00 Z10.0；

T0404；(需要對精車刀進(jìn)行更換)

G99 G97 M03 S10 FO.2；(變速)

G00 Z12.28；

G00 W-0.07；(結(jié)合實際情況，對粗車遺留的間隙進(jìn)行合理的調(diào)整)

N1；(在此處，可以對左側(cè)面的加工次數(shù)進(jìn)行增加)

M98 P20003；(處于精車蝸桿左側(cè)面)

M05；

W00；(對左側(cè)面的粗糙程度進(jìn)行監(jiān)測)

G00 Z12.28；

G00 W0.07 ；(結(jié)合實際情況，對粗車遺留間隙的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整)

N2；(在此處，可以對右側(cè)面的加工次數(shù)進(jìn)行增加)

白麗筠說，你不找個正式工作怎么行呢？我倒是認(rèn)識一位領(lǐng)導(dǎo)，似乎可以幫上忙。那家單位是國企，不知道你嫌不嫌？

M98 P20003；(處于精車右側(cè)面)

G00 X150.0 ；

G00 Z10.0 ；

M05；

M30；

軸向直廊蝸桿圖

2. 在數(shù)控車床上加工蝸桿需要注意的內(nèi)容

（1）使用正確的加工方法：①直進(jìn)法。利用直進(jìn)法加工蝸桿屬于三刃切削，這種方法比較簡單，不需要復(fù)雜的程序語言，但是其缺點是在加工過程中容易產(chǎn)生扎刀的現(xiàn)象，需要特別注意這方面的問題。②斜進(jìn)法。利用斜進(jìn)法加工蝸桿屬于兩刃切削，其切削抗力可以通過減少切削面積來降低。這種方法與直進(jìn)法不同，發(fā)生扎刀的可能性不高，更加適用于蝸桿的粗車。G76指令功能是將直進(jìn)法和斜進(jìn)法相結(jié)合，如果蝸桿的模數(shù)較大，經(jīng)常出現(xiàn)的情況是在最后一刀直進(jìn)切削后會產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象。③左右切削法。利用左右切削法加工蝸桿屬于單刃切削，其背向力并不高，在加工過程中能對扎刀現(xiàn)象進(jìn)行有效的控制，能完成蝸桿粗車和精車的制作，但是其缺點是整個加工過程比較復(fù)雜，并且工作效率不高。④單刃調(diào)頭切削法。利用單刃調(diào)頭切削法進(jìn)行加工，需要采用雙頂尖裝夾工件，為了避免扎刀現(xiàn)象的出現(xiàn)，主要利用一個受力，保證刀的切削刃單向切削，這樣也能保證蝸桿所加工出來的齒側(cè)表面質(zhì)量較高，滿足了蝸桿進(jìn)行精加工的條件。需要特別注意二次裝夾后的對刀問題，在加工過程中二次裝夾的實現(xiàn)，需要根據(jù)一轉(zhuǎn)信號起始位置確定，可以通過在卡盤上進(jìn)行劃線定位，并對起刀點的位置進(jìn)行修改。

（2）合理控制扎刀現(xiàn)象的產(chǎn)生。扎刀現(xiàn)象一般產(chǎn)生在吃刀量不變化的狀況下，由于刀具的背吃刀量在切削的過程中增大，所以工件的表面有刀具的扎入。另外積屑瘤的產(chǎn)生和工藝系統(tǒng)的剛性都在一定程度上影響著扎刀現(xiàn)象的出現(xiàn)。

以下主要闡述控制扎刀現(xiàn)象的方法：①在選擇加工方法的時候需要結(jié)合機床的剛性情況，可以對切削面積進(jìn)行降低，從而降低背向力對扎刀現(xiàn)象發(fā)生的概率。另外積屑瘤也容易導(dǎo)致扎刀現(xiàn)象的產(chǎn)生，因此可以對積屑瘤的產(chǎn)生進(jìn)行控制。②需要準(zhǔn)確選擇刀具的幾何角度，如果是粗車刀，采用正值徑向前角進(jìn)行操作；如果是精車刀，需要采用的前角一般較大。在對蝸桿進(jìn)行精加工時，采用的車刀是零度的徑向前角，一旦選擇了正值徑向前角，會造成牙型誤差，另外在精車換刀時候也容易產(chǎn)生對刀的誤差，因此需要嚴(yán)格控制徑向前角的大小，保證誤差在可接受的范圍內(nèi)。③在使用粗車的過程中，可以利用轉(zhuǎn)位彈簧刀桿，這能降低扎刀出現(xiàn)的概率，便于推廣使用。④實際加工過程中乳化液、礦物油在潤滑效果方面表現(xiàn)不明顯，需要對切削液進(jìn)行合理的選擇。在粗車時，利用白鉛油或者紅鉛粉和全系統(tǒng)換耗用油的混合劑進(jìn)行配制，進(jìn)行冷卻潤滑。精車時，利用全系統(tǒng)換耗用油和煤油進(jìn)行混合配制，能起到提高工件加工表面質(zhì)量的作用。⑤在切削過程中如果受到螺旋升角的影響，一側(cè)切削刀受力彎曲，刀刃會逐漸向遠(yuǎn)離工件的方向移動，這時候容易產(chǎn)生讓刀的現(xiàn)象。

因此，可以選擇讓刀一側(cè)的刀刃進(jìn)行蝸桿的加工，能在一定程度上避免扎刀現(xiàn)象的產(chǎn)生。除此之外還需要注意，如果在加工蝸桿的過程中由于讓刀而產(chǎn)生徑向振紋，其原因可能是切削刃的工作前角較小。

（3）變換轉(zhuǎn)速對切削螺紋螺距誤差的影響。一般數(shù)控車床在對螺紋進(jìn)行加工的過程中，如果轉(zhuǎn)速存在變換，螺紋螺旋線會在軸向產(chǎn)生一定的偏動現(xiàn)象，從而就會形成螺距的誤差。如果轉(zhuǎn)速的變化在兩級轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則螺距誤差是一常數(shù)，該數(shù)值可以在加工過程中測量得到。為了避免亂扣現(xiàn)象，需要通常對起刀點的位置進(jìn)行修改。

（4）刀具粗精車的換刀問題。工件一次安裝需要在數(shù)控車床上注意車刀的更換問題，要保證兩把車刀在同一位置上，并在X軸和Z軸上的坐標(biāo)是相同的。加工時可以使用簡單的對刀方法，當(dāng)外圓獲得X軸相對坐標(biāo)之后，需要進(jìn)行對刀處理，要保證該工件倒角的X值是相同的，還需要對第二把刀輸入第一把刀Z值的坐標(biāo)進(jìn)行一定程度的補償。這種對刀的方法并不存在試切削程序，但是要保證對刀的誤差在0.05mm的范圍內(nèi)。

3. 結(jié)語

綜上所述，利用數(shù)控車床上加工蝸桿在很多方面都體現(xiàn)了優(yōu)勢，不僅能在數(shù)控車床上進(jìn)行車削大導(dǎo)程蝸桿和螺紋，還能保證數(shù)控車床的精準(zhǔn)度，從而徹底改變了傳統(tǒng)蝸桿車刀的習(xí)慣，合理控制了刀尖角，對切削力進(jìn)行了一定程度的減小，提高了蝸桿的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

[1] 田縣城，徐廷康，張紅軍. 在數(shù)控車床上加工大導(dǎo)程多頭蝸桿[J]. 機械制造與自動化，2013，02：39-40，53.

[2] 劉小清. 在SK50數(shù)控車床上加工蝸桿的編程及對刀方法[J]. 鄂州大學(xué)學(xué)報，2011，05：28-30.

[3] 劉藝群. 數(shù)控車床上宏程序加工蝸桿的編程技巧[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014，02：79-81.

20150916）