蝸桿在數控車床上的加工分析

■ 天津中德職業技術學院 （300350） 楊中力

蝸桿在數控車床上的加工分析

■ 天津中德職業技術學院 （300350） 楊中力

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

在蝸輪的傳動中，蝸桿是主要的動件，現階段的礦山機械和工程機械中蝸桿的應用非常廣泛。數控車床應用到實際生產中后，蝸桿的生產效率不僅得到了提高，而且加工的精度也得到了保障。在數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行準確的掌握，避免在加工過程中可能出現的扎刀現象。

1. 加工蝸桿工藝的分析

（1）設計工藝的內容。主要加工內容為右旋軸向直廊蝸桿，在對工件進行編程的過程中不需要設置退尾量。蝸桿的右側是起刀點的位置，在加工蝸桿過程中，編程的起點一般設置在工件右端面。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合金；設置蝸桿的全齒為6.6mm，利用G92命令實現左右切削法，以應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，一般優先選擇一夾一頂或者雙頂夾尖的方式進行裝夾；對于齒根圓直徑的誤差需要控制在0.2mm以內，而Z軸換刀的誤差需要控制在左右趕刀量內，具體為0.1mm，必須滿足工件的公差要求。

在設計工藝時，主程序需要從起刀點位置進行，另外加工蝸桿的過程中還需要其他子程序的調用，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行精車，車床轉速選為10 r/min，加工過程中需要對軸向齒厚精度和齒側表面粗糙度進行確定。左右切削法粗車完成之后，可以在兩邊齒側距離刀刃之間看到趕刀刃的間隙。精車起刀點的確定，可以根據對刀的誤差進行一定程度的調整，避免空走刀現象的出現。在精加工主程序定位之后，嚴格按照相關圖樣的要求，對蝸桿的左側面進行加工。如果主程序需要進行二次定位，要保證蝸桿齒厚度和右側面粗糙度的要求。另外，添加切削液可在一定程度上提高切削加工效率，改善齒面加工質量。

（2）相關參數的計算。變換轉速時螺距誤差需要進行測量，結合工件表面的劃痕進行測量，通常情況需要把測量的誤差控制在0.05mm的范圍內；起刀點同樣需要進行計算，主要根據升速段和減速段的距離、轉程、導程進行計算。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說明，對齒頂圓直徑、倒角等指標進行了設定，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加工過程中涉及到的參數有：軸向模數m=3，頭數z=2，螺距P=πm=9.424 5mm，導程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行定位)

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

G00 X150.0；

G00 Z10.0；

T0404；(需要對精車刀進行更換)

G99 G97 M03 S10 FO.2；(變速)

G00 Z12.28；

G00 W-0.07；(結合實際情況，對粗車遺留的間隙進行合理的調整)

N1；(在此處，可以對左側面的加工次數進行增加)

M98 P20003；(處于精車蝸桿左側面)

M05；

W00；(對左側面的粗糙程度進行監測)

G00 Z12.28；

G00 W0.07 ；(結合實際情況，對粗車遺留間隙的數值進行調整)

N2；(在此處，可以對右側面的加工次數進行增加)

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

M98 P20003；(處于精車右側面)

G00 X150.0 ；

G00 Z10.0 ；

M05；

M30；

軸向直廊蝸桿圖

2. 在數控車床上加工蝸桿需要注意的內容

（1）使用正確的加工方法：①直進法。利用直進法加工蝸桿屬于三刃切削，這種方法比較簡單，不需要復雜的程序語言，但是其缺點是在加工過程中容易產生扎刀的現象，需要特別注意這方面的問題。②斜進法。利用斜進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。這種方法與直進法不同，發生扎刀的可能性不高，更加適用于蝸桿的粗車。G76指令功能是將直進法和斜進法相結合，如果蝸桿的模數較大，經常出現的情況是在最后一刀直進切削后會產生扎刀現象。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象進行有效的控制，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雜，并且工作效率不高。④單刃調頭切削法。利用單刃調頭切削法進行加工，需要采用雙頂尖裝夾工件，為了避免扎刀現象的出現，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表面質量較高，滿足了蝸桿進行精加工的條件。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，需要根據一轉信號起始位置確定，可以通過在卡盤上進行劃線定位，并對起刀點的位置進行修改。

（2）合理控制扎刀現象的產生。扎刀現象一般產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。另外積屑瘤的產生和工藝系統的剛性都在一定程度上影響著扎刀現象的出現。

以下主要闡述控制扎刀現象的方法：①在選擇加工方法的時候需要結合機床的剛性情況，可以對切削面積進行降低，從而降低背向力對扎刀現象發生的概率。另外積屑瘤也容易導致扎刀現象的產生，因此可以對積屑瘤的產生進行控制。②需要準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生對刀的誤差，因此需要嚴格控制徑向前角的大小，保證誤差在可接受的范圍內。③在使用粗車的過程中，可以利用轉位彈簧刀桿，這能降低扎刀出現的概率，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不明顯，需要對切削液進行合理的選擇。在粗車時，利用白鉛油或者紅鉛粉和全系統換耗用油的混合劑進行配制，進行冷卻潤滑。精車時，利用全系統換耗用油和煤油進行混合配制，能起到提高工件加工表面質量的作用。⑤在切削過程中如果受到螺旋升角的影響，一側切削刀受力彎曲，刀刃會逐漸向遠離工件的方向移動，這時候容易產生讓刀的現象。

因此，可以選擇讓刀一側的刀刃進行蝸桿的加工，能在一定程度上避免扎刀現象的產生。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）變換轉速對切削螺紋螺距誤差的影響。一般數控車床在對螺紋進行加工的過程中，如果轉速存在變換，螺紋螺旋線會在軸向產生一定的偏動現象，從而就會形成螺距的誤差。如果轉速的變化在兩級轉速范圍內，則螺距誤差是一常數，該數值可以在加工過程中測量得到。為了避免亂扣現象，需要通常對起刀點的位置進行修改。

（4）刀具粗精車的換刀問題。工件一次安裝需要在數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軸上的坐標是相同的。加工時可以使用簡單的對刀方法，當外圓獲得X軸相對坐標之后，需要進行對刀處理，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值的坐標進行一定程度的補償。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。

3. 結語

綜上所述，利用數控車床上加工蝸桿在很多方面都體現了優勢，不僅能在數控車床上進行車削大導程蝸桿和螺紋，還能保證數控車床的精準度，從而徹底改變了傳統蝸桿車刀的習慣，合理控制了刀尖角，對切削力進行了一定程度的減小，提高了蝸桿的質量和生產效率。

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