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【數控機床應用】雙（shuāng）線蝸杆在臥（wò）式車床的（de）切削和加工技巧

2020-12-18 來源：中地裝張家口探礦機械有限公司（sī）作者：錢寶國

摘要：為解決雙線蝸（wō）杆在普通臥（wò）式車床加工難的實際情況，本文針對蝸杆的導程（chéng）大、齒形深、分線難等特點，從刀具的（de）選用、刃磨、機床的調整、加工技巧及測量方法等（děng）方麵做了全麵闡述（shù），製定了合理有效的加工方案，並取（qǔ）得了良好的效果。

數控機床（chuáng）的應用大大提高了生產效率，降低了工人的勞動強度，但是在單（dān）件加工和配件生（shēng）產（chǎn）時（shí），臥式（shì）車床又以其快捷、方便及（jí）可控性強而備受青睞。因此數控機床始終無法完全（quán）取代臥式機床。本文將重點介紹雙線蝸杆在臥式（shì）車床上切削的加（jiā）工技巧。蝸杆蝸輪傳動常用於（yú）減速運（yùn）動的機械（xiè）傳（chuán）動機構中，蝸杆蝸輪的兩（liǎng）軸相互交叉（chā）垂直，蝸杆轉動帶動蝸（wō）輪轉動，因此蝸杆各部分（fèn）尺寸的精度等級要求嚴格，齒形符合圖樣，表麵粗糙（cāo）度值小，徑向（xiàng）圓跳動更不得大於公差範圍。且雙線蝸杆要求其螺旋線沿（yán）軸向等距分布來增加蝸杆的耐磨性和使用壽命，所以雙線蝸杆的分線精度尤為重要。由於蝸杆的（de）螺紋升角較大，這在生（shēng）產中受到了（le）很大的（de）限（xiàn）製，筆者通過（guò）多年生產一線的實踐工作，得出了一些有利於切削的加（jiā）工技巧。

1. 車削蝸杆刀具的刃磨和裝夾

在車（chē）削中，由於蝸杆的螺距大、齒型深及切（qiē）削麵積大，因此車削蝸杆刀具必須刃磨合理，裝夾正確。蝸杆車刀一般選用切削刃鋒利、韌（rèn）性好且耐衝擊的高速鋼材料車刀，在刃磨時一（yī）定要保證車刀的刀尖角度及兩側刀刃（rèn）光潔平整。雙線蝸杆分軸向直廓（kuò）蝸杆和法向直廓蝸杆，蝸（wō）杆的粗車刀（見圖1）徑向後角一（yī）般為 6°～ 8°，縱向前角為8°～10°，刀頭寬（kuān）度應小於齒根槽寬，兩切削刃之間的夾角（jiǎo）略小於（yú）兩倍齒形角，這（zhè）樣有利於增加車刀的強度，使（shǐ）排屑（xiè）通暢。蝸杆精車刀左（zuǒ）右切削（xuē）刃的（de）夾角必須等於兩倍齒形角。車削軸（zhóu）向直廓（kuò）蝸杆的（de）精車刀（見圖2）其順走刀方向的後角為3°～5°，相應（yīng）加上（shàng）螺紋升角，其背走刀方（fāng）向後角為3°～5°，必須相應減（jiǎn）去螺紋升（shēng）角，縱向前角為0°，這樣可獲得較高的齒形精度和較低的表麵粗糙度值。

圖1 粗車刀

圖2 精車刀

裝夾刀（dāo）具采用（yòng）水平（píng）裝刀法，通常采用萬能角度器找正車刀刀尖角位置，如出現偏差，可轉動刀架或重新裝夾，來調整刀尖（jiān）角位置。車削法向（xiàng）直廓蝸杆的精車刀兩側（cè）後角相等，均為（wéi）3°～5°，縱向前角（jiǎo）為0°，這樣（yàng）加工精度最高。但裝刀時（shí）必須用可轉動式刀杆裝夾（jiá）車刀，裝夾刀具（jù）采用垂（chuí）直裝刀法，把可（kě）轉動式刀杆的零位刻度線對準基線，然後裝（zhuāng）正車刀（dāo）刀（dāo）尖角，使其高於車床（chuáng）主軸軸線0.5mm左右並堅固，再根據螺紋升角的大小（xiǎo）來確定（dìng）車（chē）刀轉過的角度。

2. 工件的裝夾和機床的調整

因蝸杆的（de）齒型較深、導程較大，這就要求在裝夾工件時蝸（wō）杆與卡盤之間的距離（lí）應合（hé）理選擇，如過小，車削時車刀容易碰到卡盤（pán），過大會減弱工（gōng）件的剛性，造成切削時的“紮刀”或“讓刀”等不（bú）利於加工的（de）因素。卡盤卡量不要過長，卡位要放在（zài）外徑較大的部位以加大卡盤對（duì）工件（jiàn）的夾緊力。

粗車采用夾一端、頂一端，目的是為了增（zēng）加工件的剛性，使其能夠承受較大的（de）切（qiē）削力矩。精車采用兩（liǎng）頂並用（yòng）死頂尖來保證工件的基準統一原則（zé），最（zuì）大限度地一次裝夾加工出多個外圓（yuán）和端麵。在車（chē）削蝸（wō）杆前，為保證加工精度要先調整好主（zhǔ）軸和絲杠的（de）軸向竄動。調整主軸軸向竄動（dòng）的方法是把短檢驗棒插入主軸錐孔，檢驗棒中心孔內放一鋼珠，將百分表架固定在（zài）滑板上，百（bǎi）分表測量頭壓（yā）在（zài）鋼球上，主軸緩慢轉動，測得百分（fèn）表讀數的（de）最大差（chà）值就是主軸的（de）軸（zhóu）向竄動（dòng）誤差，如圖3所示。調整絲杠軸（zhóu）向竄動（dòng）的方法是將鋼珠放入絲杠中心孔內，讓開合螺（luó）母在絲杠中段處閉合，旋轉絲（sī）杠，百分表讀數的最大差值即為絲杠的軸向竄動誤差（chà），如圖4所示。調整所有（yǒu）滑板鑲條的鬆緊度，增（zēng）大移動時的摩擦力，減（jiǎn）小滑板竄動的可能性，防止（zhǐ）切削時（shí）出現“紮刀”現象。

圖3 檢測主（zhǔ）軸的軸向竄（cuàn）動

圖4 檢測絲杠的軸向竄動（dòng）

為保證分（fèn）線的精度，必須校對小滑板（bǎn）的有效行程對床身導軌的平行度（dù），其方法是利用已車好的工件外圓（其錐度應在0.01m m/100m m範圍以內），將百分表安裝在刀架（jià）上（shàng），使百分表測（cè）量頭在水平方向與（yǔ）工件外圓接觸，手搖小滑板觀察百（bǎi）分表針，使其（qí）不超過0.01mm/100mm，則機床（chuáng）調整完成。

3. 蝸杆（gǎn）的切削方法

車削時（shí）應采（cǎi）用開正反車切削，粗車時為提高（gāo）生產效率，要選用大的切削用量和切削深（shēn）度，減少停車測量的次數，應在（zài）蝸杆表麵劃出4條螺旋線，如圖5所（suǒ）示。首（shǒu）先將小滑板（bǎn）刻度調整零位，用三角（jiǎo）螺紋車（chē）刀在蝸杆部位表麵上車出（chū）一條（tiáo）很淺（qiǎn）的螺旋線，用卡尺（chǐ）校驗其導程，正確後再將小滑板向前位（wèi）移一個（gè）齒頂寬的距離，在蝸杆部位表麵（miàn）車出第二條（tiáo）很淺的螺旋（xuán）線（xiàn）。再向（xiàng）前移動小滑板使其位移一個螺距減去（qù）齒頂寬的距離，車出第三條螺旋線，再向前移動小滑（huá）板位移一（yī）個齒頂寬的距離，車（chē）出第4條螺旋線，最後是以小滑板（bǎn）零（líng）位向前移動兩個螺（luó）距，校（xiào）驗刀（dāo）尖是否與（yǔ）第一條螺（luó）旋線重（chóng）合，以確定螺距和分線是否正（zhèng）確，如不重合說明（míng）螺距或分線不正確，找出原（yuán）因並解決。確定分線正（zhèng）確後裝夾刀具移動小（xiǎo）滑板使蝸杆車（chē）刀至劃好的螺旋（xuán）槽內，開始（shǐ）粗車蝸杆（gǎn）。眾所（suǒ）周（zhōu）知，在蝸（wō）杆加工中切削深度越大（dà），切削麵就越大，切削力增大，切削就越困難，極易產（chǎn）生打刀現象，如果采用分層左（zuǒ）趕刀法，就能（néng）有效（xiào）避免這個現象。粗車時先用直進（jìn）法車削（xuē）一定（dìng）的深（shēn）度（dù），再左右趕刀（dāo）至兩邊（biān）所劃的螺旋線，然後再往深車（chē）削，直至加工達到深度尺寸，第一條（tiáo）螺旋槽粗加（jiā）工完成，把車刀移至第二條所劃的螺（luó）旋槽內，按加工第一條的方法加工（gōng）第二條螺（luó）旋槽並留0.2～0.4mm的精車餘量，則（zé）蝸杆粗車完成。精車時應采（cǎi）用兩（liǎng）頂的裝夾方法，將小滑板刻度調整（zhěng）零位，先加工第一條螺（luó）旋槽的底徑達到深度後，向前趕刀切（qiē）削螺旋槽的左側麵，使其表麵整體切（qiē）削後，記住（zhù）中滑板刻度（dù）。移動小滑（huá）板（bǎn）加工另一條螺旋槽的底（dǐ）徑，用直進法切削使中滑板刻度與精車（chē）第一條（tiáo）螺旋槽的刻度相同，然後向前（qián）移動小滑板車削左側麵，直至小滑（huá）板向前移動為一個螺距（也可（kě）在小滑板上（shàng）壓一塊百分表，根據百分表的讀數值來確定（dìng）小滑板的移動（dòng）量，以保證分線的精度更（gèng）高），則蝸杆螺旋槽的左側麵加工完畢（bì）。然（rán）後以同樣方法加工螺旋槽（cáo）右側麵，這樣就能清（qīng）除分線或趕刀時所產生的誤差。

用高速鋼車（chē）刀精（jīng）車（chē）蝸杆時要低速車削，由於切削深度和（hé）切削麵積大（dà），加工中極易（yì）產生“啃（kěn）刀（dāo）”現象（xiàng），所以應仔細觀察切削情況，合理選擇切（qiē）削用量（liàng），避免三麵吃刀。控製主軸低速旋轉要采用“晃車（chē）”的方（fāng）法，通（tōng）常也叫“抖車”，即開車瞬間就停車，利用主軸轉動的慣（guàn）性，但不能停住，用腕力控製離合器（qì）手柄反複開車、停車，這樣可以有效地避免刀、啃刀（dāo）”現象，使蝸杆的尺寸精度及表麵粗糙度達到理想的效果。同（tóng）時在（zài）切（qiē）削中，切削液（yè）的（de）正確選擇可以減小切削變形，降低切削力，提高刀具壽命。粗加工時，為了降低切（qiē）削溫度，一般選用（yòng）以冷（lěng）卻性能為主的切削液，如3%～5%的乳（rǔ）化液或合成切削液。精加工時，為保證表麵粗糙度，提高加工精度，一般選用以潤滑性能為主的切削（xuē）液，如極壓切削油或高濃（nóng）度的極壓乳化液。

4. 蝸杆的測量方法

蝸杆的測量（liàng）一般用齒厚測量法，即用齒厚遊標卡尺測量蝸杆中徑齒厚。測量前先計算出蝸杆中徑處的法向（xiàng）齒厚值和一齒的一個麵與另一（yī）齒的相反（fǎn）麵中徑處的距離，即相鄰兩齒中徑處的法向距離（lí）值。在半精車和精車的切削過程中要隨時停車測量，根據測量結果計算出分線和齒厚的誤差，通常會出現以下4種情況。

1 ）第一（yī）種：測（cè）得兩（liǎng）齒厚相同，相隔兩組（zǔ）麵的法向距離相同，這（zhè）說明分線和齒厚均正確（què）。可根據測得尺寸與計算尺寸的差值，分別車削兩槽內的相同麵，去掉多餘量，按精車蝸杆的方法加工至（zhì）中徑處的法向齒厚，符（fú）合（hé）圖樣要求。

2 ）第二種：測得兩齒厚不相同，相隔兩組麵的法（fǎ）向距離相同，則說明分線正（zhèng）確，齒厚不正確。分別車削較厚齒的兩側麵，切記去掉的多餘量為兩齒厚差值的一半，保證齒厚相（xiàng）同後，出現第一種情況，然後利用第一種方法保證最後尺寸（cùn）。

3 ）第三種：測得兩齒厚相同而相隔兩組麵的法向距離不相同，說明分線（xiàn）偏差而齒（chǐ）厚正確。則車削齒厚遊標卡尺測量兩麵尺寸值較大的兩個麵。切記（jì）分別車掉與另一（yī）較小尺寸差（chà）值的一半，保證相隔兩組麵的法向距離相等，則出現第一種情況，仍利用第一種（zhǒng）方（fāng）法車削保證最（zuì）後的尺寸要求。

4 ）第四種：測得兩齒厚不相同且相隔兩組（zǔ）麵的法向距離（lí）也不相同，說明分線和齒厚均（jun1）不正確。則車削較厚齒的（de）一個麵且（qiě）這個麵是測量（liàng）相隔組兩麵（miàn）距離尺寸較大時，齒厚遊標卡尺卡爪所接觸的那（nà）個麵。在車削測量時，將會得到一組尺寸（cùn）相等，即兩齒厚相同或相隔兩組麵法向距離相同，則會（huì）出現第二種或第三種情況，此時就可以按照上麵（miàn）的方法進行加工（gōng），直到保證尺寸（cùn）。

圖5 蝸杆切削劃線

以上幾種情況是在測量法向齒厚尺寸和相（xiàng）隔兩麵之間法向距離的分線尺寸都大於或等於其圖樣要求（qiú）尺寸完成加工要（yào）求的（de），如果測得的尺寸有一個尺寸小於其圖（tú）樣要求尺寸，則說明蝸杆已經作廢，不可以再進行（háng）加工。

5. 結語

實踐證明，此加工方法不僅可以用來加（jiā）工雙線蝸杆，改變刀具的角度和形狀，也可以用來加工雙線梯形螺紋。因此，生產中積累的一些小發明、小改進是達到生（shēng）產目的和保證產品（pǐn）質量非常

有效的方法，在行業中具有極強的（de）可（kě）選用性（xìng）和推廣性。

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