淺談多頭蝸桿的車削及測量

于帥

【摘 要】如何能嚴格按蝸桿的車削技術要求、蝸桿車削方法和步驟，以及蝸桿有關車削的計算方法，制定蝸桿加工工藝，準確的測量蝸桿尺寸等。筆者通過實踐中的積累，對上述問題進行分析，避免常見問題的發生，有效的提高蝸桿的加工質量和加工效率，合理解決了車削蝸桿過程中的難點。

【關鍵詞】多頭蝸桿車削；車刀刃磨及角度；測量方法

0 引言

實習教學是技工學校的基本課程，學生在畢業前應熟練地掌握一定的專業操作技能，成為合格的技術工人。為了提高、鞏固學生操作技能，針對學生對車削外圓、內孔、圓錐、成形面等切削部分則比較容易掌握，而對車螺紋特別是對多頭蝸桿的車削，掌握起來較為困難，蝸桿的齒型和梯形螺紋很相似。常用的蝸桿有米制蝸桿（模數），齒型角為20°（牙形角40°）；英制蝸桿（徑節）齒型角為14°30′，（牙形角29°）兩種。我國一般常用米制蝸桿。齒型又分軸向直廓蝸桿和法向直廓蝸桿。通常軸向直廓蝸桿應用較多，展成法是車蝸桿的最有效方法，但由于蝸桿的齒型較深，蝸桿的一般技術要求切削面積大，因此車削時比一般梯形螺紋更困難些。

沿兩條或兩條以上，在軸向等距分布的螺旋線所形成的蝸桿叫多頭蝸桿。多頭蝸桿分為軸向直廓（阿基米德螺線）蝸桿和法向直廓蝸桿兩種，前者的齒形在軸平面內為直線，在法平面內為曲線，后者的齒形與前者正好相反。多頭蝸桿有著特殊的技術要求，加工過程中必須限制蝸桿螺紋軸向齒距偏差、軸向齒距的累積誤差、蝸桿齒形誤差應在公差之內，否則將影響蝸輪副的傳動精度。蝸桿的螺紋齒面粗糙，將影響工作表面的耐磨性和使用壽命。下面從加工方面加以說明，以保證蝸桿的生產加工質量。

1 蝸桿的一般技術要求

1）蝸桿的齒距必須等于蝸輪的齒距。

2）軸向或法向齒厚必須符合要求。

3）蝸桿齒形兩側表面粗糙度值要小，齒形應符合圖樣要求。

4）蝸桿徑向跳動應在允許范圍內。

2 多頭蝸桿的車削

2.1 工件安裝方法

1）多頭蝸桿因導程大、齒形深、切削面積大，車削時產生的切削力也大，因此車削多頭蝸桿不得采用兩頂尖間裝夾。

2）采用三爪自定心或四爪單動卡盤，以一夾一頂的方式裝夾，工件也有轉動的可能。為了防止工件在卡爪內移動，其夾持部位應加工成階臺狀，夾持處外徑盡量加大、放長。安裝時將階臺面緊貼卡爪并校正夾緊，然后再用跳動量小的回轉頂尖頂住工件前端（中心孔應適當加大），以增強工件的安裝剛性，克服車削過程中的切削力。

3）最好是將工件夾持部位外圓放量，銑成三角形或正方形，使其內切圓與蝸桿外圓保持同軸，用三爪自定心或四爪單動卡盤校正、夾緊，然后再用頂尖支持一端，以確保工件車削中的穩定、可靠。

4）安裝工件應盡量縮短懸伸長度，以提高工件的裝夾剛性，但須留有足夠的退刀位置，防止碰撞。

2.2 多頭蝸桿的車削步驟

蝸桿的車削方法與梯形螺紋車削相似。由于多頭蝸桿導程大、齒形深、切削面積大，車削時容易產生振動，造成工件變形和出現“扎刀”。因多頭蝸桿尺寸精度和表面粗糙度要求高，因此車削的難度更大。車削時一般都應將粗、精車分開進行，若生產批量較大，還應增加半精車工序。

1）粗車：粗車主要是車出梯形槽，以去除大量余量，有兩種方法：

①利用小滑板刻度分線并車削，方法同車梯形螺紋。

②將小滑板刻度對零位，然后按多頭蝸桿的齒距進行分線，同時用三角螺紋車刀在蝸桿外圓上刻出粗車時的齒頂寬（Sa按0.843mx+0.5mm掌握）；以蝸桿粗車刀在齒槽的刻線范圍內進行左、右車削（不能超越齒頂寬刻線）。粗車時為防止切屑黏附在車刀上或形成積屑瘤，可采用30號機油加適量紅丹粉作切削液，進行冷卻潤滑。

2）半精車：半精車是為精車提供分線準確、留有較小余量并具有較好表面粗糙度的半成品。因此半精車必須糾正粗車產生的分線誤差，并使精車余量均勻。表面粗糙度則應控制在R3.2～6.3μm以內。其方法是：采用軸向分線法半精車第一條螺旋槽。先將蝸桿齒根圓直徑車至規定要求，并記下中滑板刻度；半精車齒槽順走刀方向側面留精車余量約0.15mm，記下小滑板刻度和“趕刀量”；用百分表、量塊分線法使小滑板沿軸向移動一個齒距。半精車第二、三、四等條螺旋槽的齒根圓直徑至要求，同方向側面均留精車余量約0.15mm，注意中、小滑板刻度及“趕刀量”不變；最后，再按上述方法，依次逐個半精車齒槽另一側面，并留出0.15mm的精車余量。

3）精車：精車除了要細心外，還應熟練掌握“多次循環分線，依次逐面車削”原則。由于蝸桿齒根圓直徑已車至規定要求，故只需精車齒槽左、右側面。為了確保加工質量，精車應采取下列措施：

①大前角：精車齒槽左右側面應采用兩把車刀進行，車刀前角γ0=15°～20°（λs=0°），刀刃平直、光滑，確保鋒利。

②薄切屑：精車齒槽兩側面切削深度要小（尤其是最后兩刀），αp=0.01～0.02mm，使車下的切屑如鋁箔一樣薄而發亮，每走一刀都要仔細觀察和分析排屑情況，判斷車刀是否保持鋒利。

③低速：精車蝸桿時主軸轉速要放慢。轉速過高，齒面表面粗糙度難以保證，一般n以10r/min為宜。

④充分澆注切削液：要根據工件材料選擇具有良好潤滑性能的切削液（鋼件宜采用四氯化碳、硫化油、植物油）并充分澆注。

⑤勤測量：由于分線誤差、車刀磨損、讓刀等諸多因素，易造成多頭蝸桿齒距誤差，精車時應勤用單針測量法控制蝸桿分度圓直徑，力求各頭一致，還要用齒厚卡尺測量蝸桿各頭齒厚并作記錄。最后利用小滑板趕刀進行修正，使各頭齒厚相等，使齒距得到保證。

2.3 車削過程注意事項

車削多頭蝸桿應注意的問題在蝸桿車刀刃磨與安裝、工件裝夾、分線和車削等內容中，已經提到許多應該引起注意的問題，這里不再重復，但需強調以下幾點：

1）車削多頭蝸桿只宜采用正、反車走刀。因此，車床摩擦離合器要調整適當，確保正、反車操作靈便、可靠；床鞍與床身導軌的間隙應調小一些，以減少車削中床鞍的竄動。

2）蝸桿車刀一般應備有3～4把，即粗車刀、齒根槽精車刀、左及右側面精車刀各一把。更換車刀必須認真對刀，以免造成齒距、齒厚誤差。

3）車削第一條螺旋槽時，應檢查導程是否正確；車削以后各條螺旋槽則對齒距進行查驗。

4）車削時精力要特別集中，注意安全操作，防止發生意外。

5）多頭蝸桿分線不正確的原因與多線螺紋的分析相同，故不再贅述。

2.4 螺紋及蝸桿測量

1）三針法測量螺紋中徑

三針測量單一中徑是一種間接測量法，其原理（如圖1）所示。測量時，三針放在同一條螺旋線的溝槽中，使其與牙側的切點位于螺旋槽寬等于基本螺距一半的地方（即通過中徑線），再用公法線千分尺測得M 值，即能計算出單一中徑d2，其值按下式計算：

2）單針法測量螺紋中徑

3）螺距測量儀測量螺紋螺距

螺距測量儀是將比較儀裝在特殊的附件上組成，（如圖3）所示。附件的兩個球形測量頭放于螺紋螺旋槽內，其中活動測量頭用杠桿機構與比較儀的測量桿相接觸，活動測量頭稍微擺動，比較儀的指針將隨之擺動。測量時，先用標準螺距將比較儀的指針調到零位，再對零件進行測量，讀得指針的偏擺量就是被測螺距的誤差。

4）蝸桿齒厚偏差的測量

對蝸桿傳動，應以減薄蝸桿的齒厚來獲得傳動側隙，因此，控制蝸桿的齒厚非常重要。

蝸桿齒厚的測量，應以蝸桿工作軸線為基準，可使用萬能或大型工具顯微鏡進行，在分度圓處測量齒厚。

若蝸桿的精度較低，則可使用齒厚游標卡尺以蝸桿頂圓為基準測量其齒厚偏差，必要時可按頂圓實際尺寸和頂圓徑向跳動來校正測量結果（見圖4）。

3 結論

總之，車削多頭蝸桿的技術和測量方法是比較復雜的，車削時常會產生某些故障，既有設備的原因，也有刀具、量具、操作者等的原因。在排除故障時要具體情況具體分析。只要多頭蝸桿的加工工藝系統完善，測量工具符合要求，通過比較嚴格的檢測手段，采取正確的安裝加工順序，就一定能夠車削出合格的多頭蝸桿。

【參考文獻】

[1]張春敏，劉立國.車工工藝學[M].電子工業出版社，2006，1.

[2]張才芳.機械制造工藝學[M].哈爾濱船舶工程學院出版社，1990.

[3]上海市第一機電工業局工會，編.車工[M].機械工業出版社，1992，1.

[4]郝廣發，蘇澤民.車工技師培訓教材[M].機械工業出版社，2007，9.

[5]朱煥池，主編.機械制造工藝學[M].機械工業出版社，2011，2.

[責任編輯：湯靜]

1）車削多頭蝸桿只宜采用正、反車走刀。因此，車床摩擦離合器要調整適當，確保正、反車操作靈便、可靠；床鞍與床身導軌的間隙應調小一些，以減少車削中床鞍的竄動。

2）蝸桿車刀一般應備有3～4把，即粗車刀、齒根槽精車刀、左及右側面精車刀各一把。更換車刀必須認真對刀，以免造成齒距、齒厚誤差。

3）車削第一條螺旋槽時，應檢查導程是否正確；車削以后各條螺旋槽則對齒距進行查驗。

4）車削時精力要特別集中，注意安全操作，防止發生意外。

5）多頭蝸桿分線不正確的原因與多線螺紋的分析相同，故不再贅述。

2.4 螺紋及蝸桿測量

1）三針法測量螺紋中徑

三針測量單一中徑是一種間接測量法，其原理（如圖1）所示。測量時，三針放在同一條螺旋線的溝槽中，使其與牙側的切點位于螺旋槽寬等于基本螺距一半的地方（即通過中徑線），再用公法線千分尺測得M 值，即能計算出單一中徑d2，其值按下式計算：

2）單針法測量螺紋中徑

3）螺距測量儀測量螺紋螺距

螺距測量儀是將比較儀裝在特殊的附件上組成，（如圖3）所示。附件的兩個球形測量頭放于螺紋螺旋槽內，其中活動測量頭用杠桿機構與比較儀的測量桿相接觸，活動測量頭稍微擺動，比較儀的指針將隨之擺動。測量時，先用標準螺距將比較儀的指針調到零位，再對零件進行測量，讀得指針的偏擺量就是被測螺距的誤差。

4）蝸桿齒厚偏差的測量

對蝸桿傳動，應以減薄蝸桿的齒厚來獲得傳動側隙，因此，控制蝸桿的齒厚非常重要。

蝸桿齒厚的測量，應以蝸桿工作軸線為基準，可使用萬能或大型工具顯微鏡進行，在分度圓處測量齒厚。

若蝸桿的精度較低，則可使用齒厚游標卡尺以蝸桿頂圓為基準測量其齒厚偏差，必要時可按頂圓實際尺寸和頂圓徑向跳動來校正測量結果（見圖4）。

3 結論

總之，車削多頭蝸桿的技術和測量方法是比較復雜的，車削時常會產生某些故障，既有設備的原因，也有刀具、量具、操作者等的原因。在排除故障時要具體情況具體分析。只要多頭蝸桿的加工工藝系統完善，測量工具符合要求，通過比較嚴格的檢測手段，采取正確的安裝加工順序，就一定能夠車削出合格的多頭蝸桿。

【參考文獻】

[1]張春敏，劉立國.車工工藝學[M].電子工業出版社，2006，1.

[2]張才芳.機械制造工藝學[M].哈爾濱船舶工程學院出版社，1990.

[3]上海市第一機電工業局工會，編.車工[M].機械工業出版社，1992，1.

[4]郝廣發，蘇澤民.車工技師培訓教材[M].機械工業出版社，2007，9.

[5]朱煥池，主編.機械制造工藝學[M].機械工業出版社，2011，2.

[責任編輯：湯靜]

1）車削多頭蝸桿只宜采用正、反車走刀。因此，車床摩擦離合器要調整適當，確保正、反車操作靈便、可靠；床鞍與床身導軌的間隙應調小一些，以減少車削中床鞍的竄動。

2）蝸桿車刀一般應備有3～4把，即粗車刀、齒根槽精車刀、左及右側面精車刀各一把。更換車刀必須認真對刀，以免造成齒距、齒厚誤差。

3）車削第一條螺旋槽時，應檢查導程是否正確；車削以后各條螺旋槽則對齒距進行查驗。

4）車削時精力要特別集中，注意安全操作，防止發生意外。

5）多頭蝸桿分線不正確的原因與多線螺紋的分析相同，故不再贅述。

2.4 螺紋及蝸桿測量

1）三針法測量螺紋中徑

三針測量單一中徑是一種間接測量法，其原理（如圖1）所示。測量時，三針放在同一條螺旋線的溝槽中，使其與牙側的切點位于螺旋槽寬等于基本螺距一半的地方（即通過中徑線），再用公法線千分尺測得M 值，即能計算出單一中徑d2，其值按下式計算：

2）單針法測量螺紋中徑

3）螺距測量儀測量螺紋螺距

螺距測量儀是將比較儀裝在特殊的附件上組成，（如圖3）所示。附件的兩個球形測量頭放于螺紋螺旋槽內，其中活動測量頭用杠桿機構與比較儀的測量桿相接觸，活動測量頭稍微擺動，比較儀的指針將隨之擺動。測量時，先用標準螺距將比較儀的指針調到零位，再對零件進行測量，讀得指針的偏擺量就是被測螺距的誤差。

4）蝸桿齒厚偏差的測量

對蝸桿傳動，應以減薄蝸桿的齒厚來獲得傳動側隙，因此，控制蝸桿的齒厚非常重要。

蝸桿齒厚的測量，應以蝸桿工作軸線為基準，可使用萬能或大型工具顯微鏡進行，在分度圓處測量齒厚。

若蝸桿的精度較低，則可使用齒厚游標卡尺以蝸桿頂圓為基準測量其齒厚偏差，必要時可按頂圓實際尺寸和頂圓徑向跳動來校正測量結果（見圖4）。

3 結論

總之，車削多頭蝸桿的技術和測量方法是比較復雜的，車削時常會產生某些故障，既有設備的原因，也有刀具、量具、操作者等的原因。在排除故障時要具體情況具體分析。只要多頭蝸桿的加工工藝系統完善，測量工具符合要求，通過比較嚴格的檢測手段，采取正確的安裝加工順序，就一定能夠車削出合格的多頭蝸桿。

【參考文獻】

[1]張春敏，劉立國.車工工藝學[M].電子工業出版社，2006，1.

[2]張才芳.機械制造工藝學[M].哈爾濱船舶工程學院出版社，1990.

[3]上海市第一機電工業局工會，編.車工[M].機械工業出版社，1992，1.

[4]郝廣發，蘇澤民.車工技師培訓教材[M].機械工業出版社，2007，9.

[5]朱煥池，主編.機械制造工藝學[M].機械工業出版社，2011，2.

[責任編輯：湯靜]