淺談數控車床如何加工蝸桿

黎秋堅

摘要：蝸桿在很多傳動機構當中應用到，在機械傳動機構中十分常見，同時蝸桿在大多數的減速機構中應用得非常廣泛，是一個非常重要的零部件，是最常見的一個傳動單元。本文對數控車床加工蝸桿進行相關研究與探討，就蝸桿加工中出現的技術難題進行分析，使操作者在數控車床上的加工蝸桿方面有一定深度的認識，使其能夠掌握更優化加工方法，提高生產效率更高，推進其相關技術的應用。

關鍵詞：蝸桿、數控車床、加工

隨著當今制造業飛速的發展，很多減速及傳動機構械對于蝸桿的需求量越來越來大，對蝸桿的加工工藝及產品質量也要求越來越高。本文就蝸桿的參數計算、刀具使用、加工方法、實例編程精度檢測等方面進行分析整理，為企業在生產試制過程中出現的技術問題提供可借鑒的經驗，并能得到推廣使用。

一、蝸桿的概述

蝸桿是指具有一個或者幾個螺旋齒，并且與蝸輪嚙合而組成交錯軸齒輪副的齒輪，其分度曲線可以是圓柱面，圓錐面，圓環面，以圓柱面為最常見。根據不同的的齒廓曲線，普通圓柱蝸桿可分為阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）、漸開線蝸桿（ZI蝸桿）、法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）、錐面圓柱蝸桿（ZK蝸桿）等四種。

二、蝸桿的主要參數計算公式

（一）蝸桿主要參數

蝸桿的主要參數有模數（m）、蝸桿分度圓直徑（d1）、導程角（r）、中心距（a）、蝸桿線數（z1）等。

1.模數（m），為了方便生產和統一設計標準，常規定以蝸桿軸項目數mx和蝸輪的端面模數mt為標注模數，兩者模數相等，即m=mx=mt。

2.蝸桿分度圓直徑（d1），為了便于加工和制造，在規定標準模數的同時，對蝸桿分度圓直徑也進行了標準化，與模數有一定的匹配，蝸桿分度圓直徑與模數mx之稱為蝸桿直徑系數，即d1=mq。

3.導程角（r），當蝸桿的直徑系數q和z1確定后，在蝸桿圓柱上的導程角可以被確定，即tanr=z1/q。

4.中心距（a），中心距a，蝸桿與蝸輪兩軸中心距a與模數m、蝸桿直徑系數q及蝸輪齒數z2間的關系，即a=（d1+d2）/2=m/q（q+z2）。

（二）蝸桿參數計算公式

三、蝸桿的加工

數控車床加工蝸桿根據刀具材質性能，有高速切削和低速切削兩種形式，硬質合金涂層刀具合適用于高速切削，高速鋼成形刀具適用于低速切削。論加工效率而言前者優于后者，論加工表面粗糙度及加工精度而言后者由于前者，本文著重對蝸桿低速切削加工進行分析。

（一）蝸桿刀具材質的選擇

首先就是加工刀具材質的選用。通常情況下，蝸桿加工刀具材質一般為高速鋼、硬質合金兩種材質，每種材質有各自的優缺點，例如高速鋼材質熔點較低，當溫度達到或者高于500攝氏度時，易導致材質碳化，因此高速鋼材質刀具適合低速車削加工，同時加工的效率也低。但是高速鋼也具備一些優點，刀具切削刃很鋒利，切削加工過程中有很好的穩定性，可以得到很好的表面粗糙度值。在數控車床上加工多線蝸桿時，普遍采用的就是高速鋼材質的成形車刀。其次是硬質合金材質車刀，缺點是刀具切削刃不鋒利，很難得到較好的表面粗糙度值。其優點是能夠實現高速車削螺旋槽，加工效率高，同時硬質合金材質熔點高，耐磨性好。本文重點講述使用高速鋼車刀加工蝸桿。

（二）蝸桿刀具的刃磨

1.蝸桿粗車刀刃磨。刃磨切削刃時，兩側切削刃之間的夾角應略小于兩倍齒形角，一般為39o30′，為便于左右借刀加工刀刀頭寬度應小于齒根槽寬0.2～0.3mm，車刀應磨出徑向前角，車刀進給分析后角（3o～5o）+γ，車刀進給反方向一側后角（3o～5o）-γ，徑向后角一般為6o～8o，兩側刀倒棱，如圖1-1所示。

2.蝸桿精車刀刃磨。刃磨切削刃時，兩側切削刃之間的夾角應等于兩篇齒形角40o，車刀切削刃要平直、光潔而且兩側切削刃對稱，刀頭不能歪斜，為了保證蝸桿的齒形正確，車刀前角應為0o，為保證兩側切削刃切削順利，兩切削刃都磨有比較大的前角（γ0=15o～20o）斷屑槽，當然這種精車刀兩側面智能加工兩齒輪側面，車刀前端切削刃不可用來車削蝸桿齒形槽底，如圖1-2所示。

（二）蝸桿車刀的安裝

1.水平裝刀法。車軸向直廓蝸桿時，用水平裝刀法。在裝夾車刀時一般用樣板找正裝夾。裝夾模數較大的蝸桿車刀，容易把車刀裝歪。可采用萬能量角器來找正車刀刀尖角位置（如圖1-3）。

2.垂直裝刀法。車削法向直廓蝸桿時，必須把車刀兩側切削刃組成的平面裝得與蝸桿齒側垂直。由于蝸桿的導程角比較大，為了改善切削條件和達到垂直裝刀要求，可采用可回轉刀桿（如圖1-4）。

（三）蝸桿的加工方法

數控車床蝸桿的車削方法和車削梯形螺紋相似，最常用的是左右分層切削法，由于蝸桿的齒距大，齒型深，切削面積大，車削時比梯形螺紋困難些。一般粗車后留精車余量0.2～0.4mm，在精車時，采用均勻的單面車削。切削深度不宜過深，否則會發生“啃刀”現象。所以在車削過程中，必須注意觀察切削情況，控制切削用量，防止“扎刀”。最后再用刀尖角略小于齒型角的車刀，精車蝸桿底徑，把齒型修整清晰，以便保證蝸桿齒面的表面粗糙度和精度要求。

四、蝸桿編程實例

蝸桿常見用的方法有左右分層車削法三種，本文通過圖1-5零件圖重點闡左右分層車削法。

（一）零件圖分析

零件圖蝸桿模數m=3，蝸桿的直徑系數q=12，蝸桿分度圓直徑d1=mq= 36，齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=d1+2m=42mm，齒根圓直徑df1=d1-2hf1= d1-2.4m=28.8mm，軸向齒距Px=πm=9.42。

（二）蝸桿加工程序編寫

五、蝸桿的測量方法

蝸桿的主要測量參數有齒距、齒頂圓直徑、分度圓直徑、法向齒厚。其中齒頂圓直徑可用千分尺測量，齒距由機床傳動鏈保證。分度圓直徑的測量用三針或單針測量，方法與測量梯形螺紋相同。法向齒厚使用齒輪游標卡尺測量（如圖1-6所示）。適用于精度要求不高的蝸桿。因圖樣上一般注明的是軸向齒厚，所以先要把軸向齒厚換算成法向齒厚。

六、蝸桿的加工注意事項及解決方法

（一）刀具使用

在蝸桿加工過程中，因為導程大，刀具相應的運動速度也快，刀具受力面積大，顫振會非常的明顯，刀具使用不當，會導致出現斷裂。同時刀具與工件之間接觸面積大，刀具磨損速度快，難以保證加工精度和表面粗糙度。因此在加工過程中必須合理選擇切削參數（主軸轉速、進刀量）保證刀具的穩定性。使用切削液進冷卻和潤滑，延長刀具使用壽命，保證加工表面粗糙度。

（二）加工方法

數控車床加工蝸桿的通常采用斜進法，即刀具沿著的傾斜角度進刀，以減小刀具受力面積。但隨著加工時間變長，加工面一側的刀刃磨損速度相對與另一側快，會出現蝸桿齒面一側光滑、另一側比較粗糙的情況。因此在加工過程中可采用兩側交替斜進方式，避免單側刀刃磨損過多，保證加工精度和表面粗糙度。

（三）大模數蝸桿

對于模數比較大的蝸桿的加工，切削加工時要應先驗證螺距（齒距），車削時應夾緊工件，保證工件不移位和損壞。精車時必須保證蝸桿的精度和較小表面粗糙度。車削過程中應注意減少積屑瘤的影響。

結語

本文對于蝸桿的參數計算，加工刀具材質選擇、加工方法、測量方法等方面進行分析和整理，并對于加工過程中常見問題提供了化解方法。希望通過整理歸納，在實際工作中運用，為企業生產和操作者提供有用的借鑒經驗。

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