球面蝸桿加工及其工藝分析

吳玉金

（云南冶金昆明重工有限公司，昆明 650203）

在機械傳動過程中，各類機械設備都廣泛應用蝸桿副這一部件。在目前的技術條件支持下，蝸桿副可提供較大的傳動作用力，并在承載能力以及分度準確性方面具有突出優勢。常見蝸桿副包括直線式、阿基米德式、漸開線式、圓弧齒式以及球面式這幾種類型。相較于其他類型的蝸桿副傳動裝置而言，球面蝸桿傳動裝置中蝸桿螺旋面修形，在機械傳動加工過程中容易形成油膜，從而盡早提供相對穩定的嚙合齒面。除此以外，球面蝸桿共軛齒面在接觸位置下的曲率接近，對降低齒面接觸應力有重要意義。更為關鍵的一點是，從球面蝸桿嚙合原理的角度看，球面蝸桿齒面瞬時接觸線與相對速度方向趨近于90°，這一條件對于蝸桿表面油膜形成非常有利，同時還能通過控制摩擦系數的方式，進一步改進整個蝸桿部件的傳動工作效率。界于上述優勢，球面蝸桿傳動裝置被廣泛應用于機械制造尤其是重載嚙合領域，對重型設備，如礦山、冶金等應用非常廣泛。以下針對當前技術條件支持下，球面蝸桿的加工工藝展開分析與探討。

1 裝夾校正

裝夾校正是球面蝸桿加工的第一步，其工作質量將直接對球面蝸桿的后續加工質量產生影響。首先，工作人員需要將蝸桿用專用刀架裝好，并在水平尺的輔助下對蝸桿進行調整校正處理，確保蝸桿軸線水平符合0.02mm/1000.0mm～0.03mm/1000.0mm的要求。然后，將刀座臺裝設于工作臺上，并按照中心軸線控制安裝誤差，校正允許偏差必須嚴格控制在±0.02mm范圍內，以免對后續加工精度產生影響，達到控制誤差要求后充分緊固即可。再根據蝸桿喉頸中心與工作臺中心進行對正處理，確保兩者中心充分對稱，使后續加工精度更有保障。最后加工人員需要在高度尺的輔助下對切削刃工作面以及待加工蝸桿軸線水平面進行調整，確保兩者水平工作面的一致性，并將蝸桿徑向圓跳動量嚴格控制在0.04mm的允許范圍內，以保障蝸桿部件的后續加工質量。

2 車喉頸

在球面蝸桿加工過程中，將球面蝸桿齒頂圓部件在滾齒機上完成精車加工處理。以某六頭球面蝸桿為例（其加工結構如圖1所示），嚙合特性為：球面蝸桿頭數6頭，端面模數取值為23.95161，分度圓壓力角取值為22.15446°，蝸桿螺旋方向為右向，中心距取值為900.0mm，齒全高取值為40.71774mm，法向側齒高取值為17.7820mm，配對渦輪齒數為62齒。在對該球面蝸桿進行加工的過程中，將精車蝸桿齒頂圓弧度控制為640.96mm，中心距增大量取值為13.39，裝刀臺中心桿截面取值為119.0mm。根據以上基本參數，可按照“車刀長度＝精車蝸桿齒頂圓弧度取值＋裝刀臺中心桿截面取值/2＋中心距增大量取值”的方式計算車刀長度，并對刀盒以及車刀進行緊固處理。在此基礎上，對切削機構關鍵參數取值進行嚴格控制，其中，刀架傳動比以及工作臺傳動比均控制為1∶1，車喉頸加工過程中采用單分斜齒加工方法，即掛差動及走刀。車喉頸分粗車和精車兩刀加工，此環節中將球面蝸桿喉頸尺寸控制為318.5mm，根據上述參數完成蝸桿中心線以及蝸桿6頭數的刮出作業。然后，通過控制切削中心距的方式確保該球面蝸桿加工過程中工件中心距始終控制在800.0mm的理想范圍內。

圖1 某六頭球面蝸桿加工結構示意圖

3 螺紋粗銑

在球面蝸桿螺紋開溝的過程中，受到機床刀具長時間處于空轉狀態下，車刀加工切削量比較有限等因素的影響，導致加工效率偏低。為提高球面蝸桿加工效率，在加工過程中以指形刀替代常規意義機床車道，在確保全齒深加工下齒后流量≥4.0mm的情況下借助于指形刀完成開溝操作，將刀盒放置于指形刀刀臺間，經粗銑加工后通過上移刀架的方式使螺桿軸線所處平面與切刀切削刃水平面保持一致。在這一基礎之上，以電動機輔助工作臺減速箱運轉，在指形刀作用下進行粗切齒操作，此過程中將齒厚流量控制為6.0mm，并嚴格控制其與銑刀工作臺面之間的距離。根據指形刀高度對蝸桿中心高度進行適當調整，用高度尺測定該狀態下刀架蝸桿高度參數，以球面蝸桿加工圖樣為基準，根據螺紋深度利用機動和手動抬分齒完成對球面螺桿的螺紋粗銑加工。

4 精車蝸桿

為確保球面螺桿中心高度與車道切削刃高度的一致性，工作人員可以借助于高度尺在同一基準平面上進行螺桿高度與刀架高度的測量，兩者在一致狀態下將刀架下降1/2高度即可。然后固定刀盒，對刀尺寸厚度控制為30.0mm，并經量塊輔助對正圓進行調整修正，將對刀尺靠于對刀圓盤并充分緊固，然后拆卸對刀尺并裝配車刀即可。再次，將車刀靠近齒面，當車刀刀尖靠近螺紋底部緊固刀的情況下，用大車轉動的方式去除兩側余量（注：此環節中余量需保留1.0mm左右），根據球面螺桿加工設計圖樣并在精車輔助下進行慢速精車加工。在此基礎之上進行修形處理，先通過對稱方式進行修形，然后以中心距增大值為依據，在立柱原位置基礎上后退相應距離，入口端倒坡開始點至喉頸中心距離為1365.48mm打出油含點，每側6個，共計12個油含點。倒左側入口油含點，即左齒面時，軸向相反方向竄動2倍加3.31mm。最后，通過倒邊角操作的方式完成整個球面蝸桿的銑齒加工全部作業。

5 結語

在當前機械制造與加工領域實踐中，普通車床僅能實現對常規圓柱形蝸桿部件的加工，難以滿足球面蝸桿的加工要求。通過既往報道分析可知：在球面蝸桿加工過程中，專用刀具切削刃必須圍繞固定圓做圓周運動，與之保持相切關系，以實現對球面蝸桿的加工要求。本文即提出一種可用于球面蝸桿加工的工藝技術，并從裝夾校正、車喉頸、螺紋粗銑以及精車蝸桿這幾個環節入手，針對球面蝸桿在機械加工過程中的關鍵技術要點展開分析與探討，整套加工工藝簡單，可操作性高，且可最大限度保證加工精度，在機械制造加工領域中具有非常大的應用價值與潛力。

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