雙導(dǎo)程蝸桿車削加工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決措施

1、 雙導(dǎo)程蝸桿車削加工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決措施 【Summary】雙導(dǎo)程蝸桿的車削，是螺紋加工中最復(fù)雜的工藝，關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有掛輪計(jì)算、車刀幾何形狀的選擇、齒厚遞增方向與車削順序的確定、防止車削過(guò)程引起扎刀和碰傷螺旋面、標(biāo)準(zhǔn)齒厚位置上的齒厚控制等；處理好上述問(wèn)題，是保證加工質(zhì)量和效率的前提。【Key】雙導(dǎo)程蝸桿變厚量標(biāo)準(zhǔn)齒厚車削加工質(zhì)量G A0450-9889（2014）05C-0184-03雙導(dǎo)程蝸桿，是設(shè)計(jì)時(shí)給定蝸桿的左右兩螺旋面的導(dǎo)程不相等，所形成的螺紋齒厚按一定的變厚量逐漸變化（如圖1所示），所以亦稱漸齒厚蝸桿。漸齒厚蝸桿與蝸輪嚙合，當(dāng)蝸桿作軸向位移時(shí)，還可以調(diào)整蝸桿與蝸輪的嚙合側(cè)隙，常用于

2、機(jī)械傳動(dòng)中要求精確分度的機(jī)構(gòu)。雙導(dǎo)程蝸桿的制造精度要求很高，除了軸承位的尺寸精度和形位公差要求，還有蝸桿的齒側(cè)對(duì)軸承位的位置精度，標(biāo)準(zhǔn)齒的齒厚尺寸精度及齒側(cè)表面粗糙度等，都有較高要求；另外齒部要求有較高的硬度和耐磨性。因此，工藝過(guò)程比較復(fù)雜，尤其蝸桿齒部的加工最為關(guān)鍵。本文以雙導(dǎo)程蝸桿齒部切削加工為重點(diǎn)研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)踐總結(jié)出車削雙導(dǎo)程蝸桿的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及解決措施，對(duì)保證加工質(zhì)量和提高加工效率具有實(shí)質(zhì)性意義。圖1 雙導(dǎo)程蝸桿示意圖注：在In-In截面上，點(diǎn)劃線部分為假想齒廓，指軸向剖面的齒槽最窄處。一、切削雙導(dǎo)程蝸桿常見的主要技術(shù)問(wèn)題在車削雙導(dǎo)程蝸桿過(guò)程中，常見的主要技術(shù)問(wèn)題有：車床銘牌里沒(méi)有

3、加工雙導(dǎo)程蝸桿對(duì)應(yīng)的導(dǎo)程，且原有的配換掛輪不滿足所加工導(dǎo)程要求；車刀幾何形狀選擇不合理，使切削無(wú)法正常進(jìn)行；加工出的蝸桿齒厚遞增方向與圖樣不符；車削過(guò)程出現(xiàn)扎刀或蝸桿螺旋面被碰傷；標(biāo)準(zhǔn)齒厚位置上的齒厚與圖樣嚴(yán)重不符等。針對(duì)上述主要技術(shù)問(wèn)題，找出解決方法和注意事項(xiàng)，是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效車削雙導(dǎo)程蝸桿的有效途徑。 二、雙導(dǎo)程蝸桿的齒形形成原理及加工中相關(guān)計(jì)算雙導(dǎo)程蝸桿軸向剖面內(nèi)的齒廓和普通的阿基米德螺旋線蝸桿的齒廓一樣，不同的是雙導(dǎo)程蝸桿齒槽左右兩側(cè)的螺旋面的左面導(dǎo)程SZ和右面導(dǎo)程SY不相等，切削時(shí)分別以導(dǎo)程SZ和SY變換掛輪切削左右齒面，因此加工形成的齒槽寬逐漸變窄（或逐漸變寬），而齒厚逐漸變寬（或逐

4、漸變窄）。其相關(guān)幾何參數(shù)計(jì)算，根據(jù)有關(guān)資料給出的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。這里以圓柱形等齒形角漸齒厚蝸桿為例，介紹其相關(guān)幾何參數(shù)計(jì)算。例：加工圓柱形等齒形角的阿基米德漸齒厚蝸桿，已知軸向模數(shù)（名義模數(shù)）ms =6mm ，壓力角=20，線數(shù)z=1，分度圓直徑df =66 mm ，螺紋增厚量B=0.4 mm，蝸桿軸向調(diào)整量L=12 mm，螺紋計(jì)算長(zhǎng)度L=100 mm，確定其它幾何參數(shù)如下。（一）蝸桿螺牙的變厚量a 變厚量是每個(gè)齒厚的等差增量，由公式a=（Bms.z）/ 2l0 得：a= （0.43.141661）/2120.3142mm。（二）蝸桿名義導(dǎo)程S 由公式S=ms. Z 得：S=63.14161

5、18.8496 mm。（三）蝸桿分度圓柱上的螺旋升角 由公式tan S /dfms.z /df得：tan（61）/ （66）0.0909，5.194（四）蝸桿螺牙左面導(dǎo)程SZ和右面導(dǎo)程SY 當(dāng)齒厚向左方遞增時(shí)SZSa ，SYSa（當(dāng)齒厚向右方遞增時(shí)SZSa ，SYSa）。設(shè)定本蝸桿齒厚向左方向遞增，得：SZ18.84960.314218.5354 mm，SY18.84960.37719.1638 mm。（五）最大齒厚系數(shù)P1，P2 由公式P1（s+a）/2，P2（s-a）/2 得：P119.1638 /23.14163.05mm，P218.5354/23.14162.95 mm。（六）嚙合長(zhǎng)度

6、Ln由公式LnL0L/2得：Ln12100/262 mm。（七）距中心為L(zhǎng)n處的軸向齒厚BLn（理論最大齒厚） 由公式BLn（1- P2/P1）Ln+（1+ P2/P1）ms./4得: BLn（1-2.95/3.05）62+（1+2.94/3.06）3.14166 /411.30 mm。（八）最小實(shí)際齒槽寬BL由公式BL（mS-BLn）Cos-2hetan（he為齒根高，he1.2MS）應(yīng)滿足BL2，才能滿足車削和磨削加工要求。得：BL（3.14166-11.3）Cos5.194-21.26tan20 2.282，滿足要求。（九）標(biāo)準(zhǔn)齒厚Bb 由公式Bbm s/ 2得：Bb63.1416 /2

7、9.4248 mm。（十）標(biāo)準(zhǔn)齒法向齒厚Bbn 由公式BbnBb.cos得：Bbn9.4248cos5.1949.386 mm。其它參數(shù)如頂圓直徑、分度圓直徑，齒根圓直徑、齒頂高、齒根高等的計(jì)算與普通蝸桿計(jì)算相同，這里不再介紹。三、切削雙導(dǎo)程蝸桿的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決措施（一）變換配換掛輪和走刀箱手柄的搭配切削雙導(dǎo)程蝸桿時(shí)不能按公稱導(dǎo)程的公稱模數(shù)進(jìn)行掛輪，應(yīng)按左、右兩螺旋面的導(dǎo)程掛輪，由于左、右導(dǎo)程不相等且非整數(shù)，所以，掛輪計(jì)算既要精確至滿足加工導(dǎo)程要求，又要滿足機(jī)床掛輪原則。解決方法如下：1.配換掛輪計(jì)算：Z1 / Z2 =（SZ / S） i原Z1/ Z2=（Sy / S） i原式中：Z1、

8、 Z2 切削左側(cè)螺旋面時(shí)的掛輪齒數(shù)Z1、 Z2切削右側(cè)螺旋面時(shí)的掛輪齒數(shù)SZ 左側(cè)螺旋面的導(dǎo)程Sy 右側(cè)螺旋面的導(dǎo)程S 名義導(dǎo)程i原機(jī)床銘牌上公稱模數(shù)原有的掛輪比例：在CA6140車床上車削上例漸齒厚蝸桿的左、右兩螺旋面，計(jì)算其掛輪齒數(shù)。解：Z1 / Z2 =（SZ / S） i原 18.5354/18.849664/9764/100Z1/ Z2=（Sy / S） i原19.1638/18.849664/9767/100（式中i原64/97是車床公制模數(shù)螺紋的原有掛輪比）2.變換配換掛輪：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，制作并變換配換掛輪，車削左側(cè)螺旋面導(dǎo)程Sz18.5354時(shí)，采用64 /100掛輪組；車削右

9、側(cè)螺旋面導(dǎo)程Sy19.1638時(shí)，采用67 / 100掛輪組。3.走刀箱手柄位置搭配：走刀箱各手柄位置仍按車削名義模數(shù)時(shí)（本例名義模數(shù)Ms = 6mm），車床銘牌上對(duì)應(yīng)的手柄位置進(jìn)行調(diào)整。（二）螺紋車刀幾何形狀的合理選擇由于漸齒厚蝸桿的螺旋升角比較大（尤其是多線螺紋）、牙型高度較大，切削時(shí)軸向切削力很大，當(dāng)蝸桿車刀的后角過(guò)小會(huì)產(chǎn)生讓刀，后角過(guò)大則影響刀尖強(qiáng)度和耐磨性；再者螺旋升角影響工作前角的大??；另外，蝸桿車刀刀尖寬度受到蝸桿最小齒槽寬的限制。所以，蝸桿車刀幾何形狀，必須根據(jù)蝸桿螺旋升角大小和蝸桿幾何參數(shù)來(lái)選擇，才能滿足加工要求。以下是蝸桿車刀及幾何角度的選擇推薦。1.粗車刀的選擇蝸桿粗車切

10、削量較大，為了提高加工效率，可采用合金車刀，特別是數(shù)控車削加工，車床轉(zhuǎn)速較高，高速鋼車刀的耐磨性差，不能滿足加工要求。在普通車床上手動(dòng)操作加工，車床轉(zhuǎn)速不能太高，可采用高速鋼車刀。另外，因切削力較大，選用可調(diào)式彈性蝸桿車刀刀桿（如圖2所示），一是可采用法向裝刀的方法，根據(jù)蝸桿螺旋升角調(diào)整車刀工作后角和側(cè)向前角，二是刀桿具有彈性，切削力過(guò)大時(shí)，刀桿的彈性變形可避免扎刀產(chǎn)生。圖2可調(diào)式彈性蝸桿車刀刀桿蝸桿粗車刀的幾何形狀可按普通蝸桿車刀的形狀刃磨，必須注意刀頭寬應(yīng)小于蝸桿最小實(shí)際齒槽寬BL的尺寸，還要考慮齒側(cè)加工余量及借刀量，因此，刀頭寬bBL-（0.60.8）mm。其它角度參考圖3（a）所示車刀

11、幾何形狀。（a） 粗車刀（b） 左側(cè)精車刀 （c） 右側(cè)精車刀圖3蝸桿車刀刀桿2.精車刀雙導(dǎo)程蝸桿的齒側(cè)半精車或精車，均是單面切削時(shí)的車削為了避免精車刀在最小齒槽寬處出現(xiàn)兩側(cè)切削刃同時(shí)切削，應(yīng)分左側(cè)精車刀和右側(cè)精車刀。為了切削順利，獲得細(xì)的表面粗糙度，可在側(cè)刃的前刀面磨出小月牙槽。對(duì)于單件生產(chǎn)，以精車完成最后加工的雙導(dǎo)程蝸桿，精車刀刀頭略小于最小齒槽寬BL。對(duì)于精度和硬度要求高的雙導(dǎo)程蝸桿，只需半精車留余量，熱處理后磨削作為最后精加工，精車刀的刀頭寬bBL -（0.50.6）mm。左右精車刀幾何形狀如圖3（b）、3（c）所示。（三）根據(jù)齒厚遞增方向確定工件的安裝與車削順序工件的安裝與車削順序，

12、對(duì)螺紋齒厚遞增方向有直接影響，如果安排不當(dāng)，可能出現(xiàn)齒厚遞增方向與圖樣不符，或給操作帶來(lái)不便。經(jīng)加工對(duì)比得出，較為合理的安裝和車削順序如下。1.對(duì)于螺紋的齒厚向左遞增的蝸桿當(dāng)Sz Sy，齒厚向右遞增。車螺紋時(shí)，工件安裝與圖樣的方向相反，齒厚最大的一端在左端（稱反向安裝）。但必須注意：車削左側(cè)螺旋面時(shí)，應(yīng)按圖樣上的右面導(dǎo)程Sy掛輪；車削右側(cè)螺旋面時(shí)，應(yīng)按圖樣上的左面導(dǎo)程Sz掛輪。這時(shí)切削的狀況和上述方法相似，加工出的螺紋齒厚遞增方向符合圖樣要求。倘若采用同向安裝，在粗車第二側(cè)牙螺旋時(shí)，切削余量最大的在左端（即靠卡盤一端），走刀切削時(shí)切削厚度由小不斷加大，將引起崩刀和工件報(bào)廢，甚至出現(xiàn)事故。（四）

13、避免車削過(guò)程出現(xiàn)扎刀或蝸桿螺旋面被碰傷的方法1.采用分層斜進(jìn)法粗車雙導(dǎo)程蝸桿的模數(shù)較大，齒槽較深，螺紋車刀切削刃工作長(zhǎng)度大，切削力大，當(dāng)切削層過(guò)寬時(shí)，排屑不順，很容易引起扎刀。因此，采用圖5（a）所示分層斜進(jìn)法粗車，使切削寬度變窄，排屑順暢，減小切削力，即可避免產(chǎn)生扎刀。（a） 分層斜進(jìn)法粗車（b）精車左側(cè)（c） 精車右側(cè)圖52.采用半角月牙槽精車刀進(jìn)行半精車或精車半精車和精車時(shí)，車刀切削刃對(duì)整個(gè)齒側(cè)進(jìn)行切削，切削力很大，為了使車刀鋒利，主切削刃上磨出月牙性排屑槽，使切削輕便，排屑順暢，保證表面加工質(zhì)量。同時(shí)刀頭磨成半角的形狀，分左右精車刀，如圖5（b）、5（c）所示，車削時(shí)，可避免另一側(cè)切削

14、刃碰刮另一側(cè)齒面。對(duì)于精度要求不高且只需調(diào)質(zhì)處理的蝸桿，采用軟卡爪夾持、后頂尖支承進(jìn)行粗車，調(diào)質(zhì)處理后，再采用兩頂一夾安裝精車至尺寸。對(duì)精度要求較高（或需要淬火處理）的蝸桿，采用一頂一夾裝夾粗車，兩頂一夾裝夾半精車（留余量），（淬火處理后）再上磨床兩頂一夾裝夾磨削加工至尺寸。（五）標(biāo)準(zhǔn)齒厚位置上的齒厚與圖樣嚴(yán)重不符控制齒形的尺寸，是加工蝸桿的關(guān)鍵技術(shù)之一，而標(biāo)準(zhǔn)齒的法向齒厚（如圖4中尺寸Bbn），是雙導(dǎo)程蝸桿主要的檢測(cè)項(xiàng)目。測(cè)量時(shí)，首先要找到標(biāo)準(zhǔn)齒厚所處的截面I-I的位置，再測(cè)量該位置分度圓上的法向齒厚Bbn的尺寸是否符合要求。具體方法如下： 1.劃標(biāo)準(zhǔn)齒厚位置線 粗車螺紋前在蝸桿外圓表面距大端Ln+L/2長(zhǎng)度位置，劃出一圓周線，即圖1中的I-I截面線。2.劃標(biāo)準(zhǔn)齒厚軸向截面線 由于有齒厚增量的影響，通過(guò)線上的不同點(diǎn)所測(cè)得的齒厚也不同，所以還必須找到以I-I截面為對(duì)稱中心的齒形所在的軸向截面，才能找到標(biāo)準(zhǔn)齒的法向截面。當(dāng)車完左側(cè)螺旋面后，用游標(biāo)卡尺在牙頂上測(cè)出I-I線與左側(cè)螺旋面棱邊的距離等于標(biāo)準(zhǔn)齒頂寬的一半（即0.843Ms / 2）的點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)劃一軸向線與I-I線相交，通過(guò)該交點(diǎn)的法向齒厚就是標(biāo)準(zhǔn)齒的法向齒厚，并注意加上后面工序的加工余