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如（rú）何在數控車（chē）床上車削（xuē）多線蝸杆齒形（xíng）

2018-4-28 來源：湖南省湘西民族職業技術學院作者：方媛州

在車削（xuē）加工培訓（xùn）實踐中，車削蝸杆，特別是車（chē）削大模數、多線蝸杆，其主要難點在於齒形切削麵積大、切削抗（kàng）力大；另外，其（qí）多次周而複始、緊張單調的操作，使（shǐ）得勞動強（qiáng）度增大，並容易出現始料（liào）未及的問題，因此車削多線蝸杆往往令人望而生畏。在數控車床（chuáng）上車削多線大（dà）模數蝸杆時，如果我們（men）采用普通車床（chuáng）的車削加工方法，不能充分利用數控機床的特點。為此，我（wǒ）們收（shōu）集、總結蝸杆（gǎn）齒形車削刀具方麵的經驗，嚐試（shì）利用數控車（chē）床的宏程序設計功能，解決車削多線大模數蝸杆（gǎn）這一加工難題。

數（shù）控（kòng）係統宏（hóng）程序，是以變量（liàng）的組（zǔ）合，通過各種算術和邏輯運算、轉移和循環等指令而編製的一種可以靈活運用的程序，其（qí）隻需改變變量的值，即可實現同類型（xíng）不同尺寸的加工和操作。以FANUC 0i數控（kòng）係統為例（lì），在數（shù）控車床上加工普通螺（luó）紋，一（yī）般使用的指令有G32單行程螺紋車削和螺紋切削循環與G92、G76等幾種，但在車（chē）削大導程、多線（xiàn）蝸杆時，應用該指令編程其（qí）功能是不能實現的。因為該指令為斜進法切削，其適合（hé）切（qiē）削的刀尖角度隻有80°，60°，55°，30°，29°，0°共六種，而常（cháng）用蝸杆的齒（chǐ）形（xíng）角度為40°，如果使用直進法進刀G32指令和G92指令方式，則（zé）加工難度較大，容易出現“紮刀”現象。但如果使用宏程序功能即可解決這一問題。為此筆者（zhě）探討在數控車床上對（duì）車削（xuē）蝸杆齒形的車刀（dāo）與操（cāo）作（zuò）方法進行改進，以及（jí）用（yòng）宏程序編製車削大導（dǎo）程、多線蝸杆（gǎn）的加工程序。多線蝸杆零件如圖1所示。

圖（tú）1　多線（xiàn）蝸杆零件

一、多線蝸杆加工（gōng）工藝要求及車削刀具分析

1.多線蝸杆加工工藝要求如圖1所示，多線（xiàn）蝸杆為模數（shù）4m，線數3線，導程（chéng）37.699mm、導程角8°58′21″、齒全高8.8mm的阿基米德（dé）蝸杆。該蝸杆切削麵積大，要求工件（jiàn）剛性好，故（gù）需采用一夾一頂的裝夾方式車削。

2.車削刀（dāo）具分析多線蝸杆車削加工采取“分層切削”的方（fāng）式，需法向安裝車刀（阿基米德蝸杆齒形是一（yī）種軸向（xiàng）直廓齒形，精車時應軸向安裝車刀，並且為正常發揮車刀各角度的作用、提高功效，需采用法向裝刀方（fāng）式）。車削刀具特點如下（xià）。

（1）蝸杆粗車刀。蝸杆齒形粗車刀采用W18Cr4V材料，刀具各角度（dù）如圖2所示。為提高粗車刀刀尖強度，刀具切削（xuē）刃的刀尖部分需用油石修研-5°倒棱。此倒棱寬度值（zhí）視（shì）蝸（wō）杆模數、工件材料而定。在導程大、吃（chī）刀深度大、材料較硬時，倒棱則可取大些。粗車時，蝸杆粗（cū）車刀的（de）刀尖角采用（yòng）35°，這樣粗車後便於用精車刀精車，其精車餘量如圖3所示。

圖2　蝸杆粗車（chē）刀

如圖2所示（shì），蝸杆粗車刀刀尖特點是：①采（cǎi）用（yòng）圓弧形刀尖，增強了刀尖強度，刀（dāo）尖散熱得到了改善；②采用圓弧形排屑槽，增大了實際前角，改善了排屑條件；③刀尖的倒棱可在很大程度上防止衝擊損壞（huài）刀尖，且（qiě）不易崩刃。

蝸杆粗（cū）車刀可直接壓（yā）裝或安（ān）裝在普通彈簧刀（dāo）柄上車削。

（2）蝸杆半精車、精車車刀。蝸（wō）杆半精車（chē）和精車刀如圖4所（suǒ）示，該刀頭采用（yòng）圓（yuán）弧前角。此前角是在內圓磨床上用指形砂輪磨出的，如圖5所（suǒ）示。其刀尖寬度略小（xiǎo）於蝸杆牙底槽寬度。車（chē）削時采用“單邊直進刀”，隻切削蝸杆牙形的一個麵，一麵車完後再車第二（èr）個（gè）麵。此時如加注合適的切削（xuē）液，會使切削變得更加（jiā）輕快，從而達到較（jiào）小（xiǎo）的表麵結構值和較高的表麵質量。

圖3　精車刀牙形角與精車餘量的關係

圖4　蝸杆（gǎn）齒形精車刀

蝸杆精車刀刀尖各角度，如圖4所示（shì）。刀頭材（cái）料選用W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2。此刀特點是，刀頭強度好（hǎo），刃口鋒利（lì），排屑順暢，切屑變形小，散熱（rè）條件好。裝刀時可用（yòng）樣板或萬能角尺對刀，使車刀（dāo）兩刀刃夾角的平分線與蝸杆（gǎn）軸線垂直。

（3）半精車和精車刀安裝於彈簧刀杆上。彈簧刀杆選用彈性和強度（dù）較好的材料，如圖6所示，這樣半精車和精車時不需扳角度。

圖5　車刀（dāo）頭前刀麵刃磨

圖6　彈性刀杆

普通彈性刀杆在較大（dà）的軸（zhóu）向切削力影響下會發生扭轉變形，使所（suǒ）車蝸杆的（de）軸向齒形角和螺距發生變化產生誤差，從而（ér）降低加工（gōng）精度。而現在，采用彈性和強度較好的刀杆則大大提高了刀體的剛性。刀體上選用12mm×12mm方孔，該方孔用線切割加工，這樣用12mm×12mm高速鋼刀頭與刀（dāo）體方孔配合，提高了刀（dāo）頭與（yǔ）刀體方孔的配合精度，從而減小了加工過程中（zhōng）刀頭在刀體中（zhōng）的扭轉、竄動。

二、多線蝸杆加工方法及走刀方式

在車削蝸杆時切除的金屬量大，而（ér）且粗車時一般是刀具的（de）幾個切削刃同時工作，使得排屑不暢，切削力較大。因（yīn）此，利用宏程序和G92指令結合編程,變（biàn）換進給方式，可以實現不同齒形和深度的蝸（wō）杆加工，這對降低切削力，提高切削效率，保證加工質量十分重要。

1.粗車車削時，使用粗車刀，主軸轉速n=200r/min。

車削方法主要是以“分層車削”的方式，如圖7所示。這種分層加工方法（fǎ），每次走（zǒu）刀的切削深（shēn）度不大，刀尖受力狀態和散熱情況均得到較大的改善，而且利於排屑，不易“紮刀”，同（tóng）時可以選用較高的切削用量（liàng），使切削效率得以成倍提高。

圖7　粗車分層車（chē）削法

　圖8　精車兩側麵直進刀方法

2.半精車、精車

在半精車（chē）、精車蝸杆齒形，安裝車刀頭時，利用蝸杆牙形樣板或萬能（néng）角度尺對（duì）刀。采用的進刀方（fāng）式為直（zhí）進刀方式，分別精車蝸杆齒形的側麵，如圖8所示，這樣可以（yǐ）保（bǎo）證得（dé）到較高的加工精度和較小的表麵結構值。

在（zài）半（bàn）精車蝸杆齒（chǐ）形時，可（kě）將齒底圓車至（zhì）齒根圓尺寸φ66.4mm，並用遊標卡尺測量控製齒厚尺寸，留精車餘量0.2～0.5mm。

三、多線蝸杆數控加工程序設計

在FANUC 0i數控係（xì）統（tǒng）上，利用G92螺紋加工指令，編製蝸杆切削加工（gōng）宏程序，分粗加工和半精加工、精加工幾部分。車削如圖1所示（shì）的多線（xiàn）蝸杆實例（lì），對蝸杆齒形部分的車削進行程（chéng）序編（biān）製，見表1、表2、表3。蝸杆加工成型後（hòu）的三維圖如圖9所（suǒ）示。

表1　蝸（wō）杆加工（主程序）實例程序及說明

表2　蝸杆粗加工（子程序）實例程序（xù）及說明

表3 蝸杆精加工（gōng）（子程序）實例程序及說明

圖9　多線蝸杆車削（xuē）三維圖

四、小結

在（zài）車削蝸杆（gǎn）的實際生產和教學中，我們采用改進刀具，大膽改（gǎi）變編程思路，通過用G92數控指令結合（hé）宏變量、分層編程加工蝸杆（gǎn）的（de）方法，比較成功地解決了在數控車床上車削大導程、多線蝸杆的技術難題，從根（gēn）本上解決了“紮刀”“悶車”等問題，提高了蝸杆的尺（chǐ）寸精度、分線精度，極大地提高了生產效率，大幅（fú）度減輕了操作者的勞動強（qiáng）度。實踐說（shuō）明，我們不但要借鑒前人傳承下的極其寶貴的豐富經驗，而且還要結合目前的先進設備，不斷學（xué）習、探討，這樣才能使我們的（de）技（jì）術水平得到更大提高（gāo）。

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