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【數（shù）控機床應用】雙線蝸杆在臥式車床的切削和加工技巧

2020-12-18 來源（yuán）：中地裝張家口探礦機械有限公司作者：錢寶（bǎo）國

摘要（yào）：為解（jiě）決雙（shuāng）線蝸杆在普通臥式車床加工難的實際情況（kuàng），本文針對蝸杆的導程大、齒形深、分線難等特（tè）點，從刀具的選用、刃磨、機床的調整、加工技巧及測量方法等方麵（miàn）做了全麵闡述，製定了（le）合理有效的加工（gōng）方案，並取（qǔ）得了良（liáng）好的效果。

數控機床的應用大（dà）大提高了生產效率，降低了工（gōng）人的勞動強度，但是在單（dān）件（jiàn）加工和配件生產時，臥式車床又（yòu）以其快捷、方便及（jí）可控性強而備受青睞。因此數控機床始（shǐ）終無法完全取代（dài）臥（wò）式機床。本（běn）文將重點介紹雙線蝸杆在臥（wò）式車床上切削的加工技巧。蝸（wō）杆蝸輪傳動常用於減速運（yùn）動的機械（xiè）傳（chuán）動機構中，蝸杆蝸輪的（de）兩（liǎng）軸相互交叉垂直，蝸杆轉動帶動蝸輪轉動，因此蝸杆各（gè）部分尺寸的精度等級要求嚴格（gé），齒形符合圖樣，表麵粗糙度值小，徑向圓跳動更不得大於公差範圍。且雙線蝸杆要（yào）求其螺旋線沿軸向等距分布來增加（jiā）蝸杆的耐磨性和使（shǐ）用壽（shòu）命（mìng），所以雙線蝸杆的分線（xiàn）精（jīng）度尤為重要。由於蝸杆的螺紋升角較大，這在生產中受到了很大的限製，筆者通過多年生產一線的實踐工作，得出了一些（xiē）有利於切削的加工技巧。

1. 車（chē）削蝸杆刀具（jù）的刃磨和（hé）裝夾

在車削中，由於蝸杆的螺距大、齒型深及切削麵積大，因此車削蝸杆刀（dāo）具必須刃（rèn）磨（mó）合理，裝夾正確。蝸杆車刀一般選用切削（xuē）刃鋒利、韌性好且耐衝擊的高速鋼材料車刀，在刃磨時一定要保證車刀的刀尖角度及兩側刀刃光潔平整（zhěng）。雙線蝸杆分軸（zhóu）向直廓蝸杆（gǎn）和法向直（zhí）廓（kuò）蝸杆，蝸杆的粗車刀（見圖（tú）1）徑向後角一般為 6°～ 8°，縱向前角（jiǎo）為8°～10°，刀（dāo）頭寬度應小於齒根槽寬，兩切削刃之間的夾角略小（xiǎo）於兩倍齒形角，這樣有利於增加車刀的強度，使排屑通暢。蝸杆精車刀左右切削刃的夾角必（bì）須等（děng）於（yú）兩倍齒形角。車削軸向直廓蝸杆的（de）精車刀（dāo）（見圖2）其順走（zǒu）刀方向的後角為（wéi）3°～5°，相應加上螺紋升角，其背走刀方向後角為3°～5°，必須相應（yīng）減去螺紋升角，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（dāo）

圖2 精車刀

裝夾刀具采用水平裝刀法，通常采用萬能角度器找正（zhèng）車刀刀尖角位置，如出現（xiàn）偏差，可轉動（dòng）刀架或重新裝夾，來調整刀尖角位置。車削法向直廓（kuò）蝸杆的精車刀兩側後角相（xiàng）等，均為3°～5°，縱向前（qián）角為0°，這樣加工精度最（zuì）高（gāo）。但裝刀時必須用可轉動式刀杆裝夾車（chē）刀（dāo），裝夾刀具采用垂直裝刀法，把可轉動式刀杆的零位（wèi）刻度線對準基線，然（rán）後裝正車刀刀（dāo）尖角，使其高於車床主軸軸線0.5mm左右並堅固，再根據螺紋（wén）升角的大小來確定車刀轉過的角度。

2. 工件的裝（zhuāng）夾和機床的調（diào）整

因蝸杆的齒型較深、導程較大，這就要求在裝夾工件時蝸杆（gǎn）與卡盤（pán）之間的（de）距離應合理選擇，如過小，車削時（shí）車刀容易碰到卡盤，過大會減弱工件的剛性，造成切削時的“紮刀”或“讓刀”等（děng）不利於加工（gōng）的因素。卡盤卡量不要過長，卡位要放在外（wài）徑較大的部（bù）位以加大卡盤對工件的夾緊力。

粗車采用夾一端、頂一端，目的是為了增加工件（jiàn）的剛性，使其能夠承受較大的切削力矩。精車采用兩頂（dǐng）並用死頂尖來保證（zhèng）工件的基準統一原則，最（zuì）大限度地一次裝夾加（jiā）工出多個外圓和端麵。在車削蝸杆前，為保證加工精度要先調整好主軸（zhóu）和（hé）絲杠的軸向竄動。調整主軸軸向竄動的方法是把短（duǎn）檢驗棒插入主軸錐孔，檢驗棒中心（xīn）孔內（nèi）放一鋼珠，將百分表架固定在滑（huá）板上，百分表測量頭壓在鋼球上，主（zhǔ）軸緩慢轉動，測得百分表讀數的最大差值就（jiù）是主軸的軸向竄動誤差，如圖（tú）3所示。調整絲（sī）杠軸向竄動的方法是將（jiāng）鋼珠放入（rù）絲杠中心孔內，讓開合螺母在絲杠中段（duàn）處閉合，旋轉絲杠，百分表（biǎo）讀數的最大差值即為絲杠的（de）軸向竄動誤差（chà），如圖4所示。調整所有滑板鑲條的鬆緊度，增（zēng）大移動時的摩擦（cā）力，減小滑板竄動的可能性，防（fáng）止切削時出現“紮刀”現象。

圖3 檢測主軸的（de）軸向竄動（dòng）

圖4 檢測絲杠的軸向竄動

為保證分線的精度，必須（xū）校對小滑板的有效行程對床身導軌的平行度，其方法是利用已車好的工件外圓（其錐（zhuī）度應在0.01m m/100m m範圍以內（nèi）），將百分表安裝（zhuāng）在刀架上，使百分表測（cè）量（liàng）頭在水平（píng）方向與工件外（wài）圓接觸，手（shǒu）搖小滑板觀察百分表針，使其不超過0.01mm/100mm，則機（jī）床調整完（wán）成。

3. 蝸杆的切（qiē）削（xuē）方法

車削時應采用開正反車切削，粗車（chē）時為提高生產效（xiào）率，要選用大的（de）切削用（yòng）量和切削深度，減少停車測量的次數，應在蝸杆表麵劃出4條螺旋線，如圖（tú）5所示。首先將小滑板刻度調整零位，用（yòng）三角螺（luó）紋（wén）車刀在蝸杆部位（wèi）表麵上（shàng）車出一條很（hěn）淺的螺旋線，用卡尺校驗其導程，正確後再將小滑板向（xiàng）前位移一（yī）個齒（chǐ）頂寬的（de）距離，在蝸杆部位表麵車出第二條很淺的螺旋線。再（zài）向（xiàng）前移動小滑板使其位移一個螺距減去齒頂寬的距離，車出第三條螺旋線，再向前移動小滑板位移一個齒（chǐ）頂寬（kuān）的距離，車出第4條螺旋線，最後是以小滑板零（líng）位向前移動兩個螺距，校驗刀尖是否與第一條（tiáo）螺（luó）旋線重合，以確定螺距和（hé）分線是否正確，如（rú）不重合（hé）說明螺距或分線不正確（què），找出原因並（bìng）解決。確定分線正確後裝夾刀具移動小滑板使蝸杆車刀至劃好的螺旋槽（cáo）內，開始粗車蝸杆。眾所周知，在蝸杆加工中切削深度越大，切削麵就越大，切削力增大，切削就越困難，極易產生打刀現象，如果采用分層左趕刀（dāo）法，就能有效避免這個（gè）現（xiàn）象。粗車時先用直進法車削一定的（de）深度，再左右趕刀至兩邊（biān）所劃的螺旋線（xiàn），然後再往深（shēn）車削（xuē），直至加工達到深度尺寸，第一條螺旋槽粗加工完成，把車（chē）刀移至第二（èr）條所劃的螺旋（xuán）槽內，按加工第一條的方法（fǎ）加工第二條螺旋槽並留0.2～0.4mm的精車（chē）餘量，則蝸杆粗車完成（chéng）。精（jīng）車時應采用兩（liǎng）頂的裝夾方法，將小滑板刻度調整（zhěng）零位，先加工第一條螺旋槽（cáo）的底徑達到深度後，向前趕刀切削螺（luó）旋槽的左側麵，使其表麵整體切削後，記住中滑板刻度（dù）。移（yí）動小滑板加工（gōng）另一（yī）條螺旋槽的底徑，用直進法（fǎ）切削使中滑（huá）板（bǎn）刻度與精（jīng）車第一條螺旋槽的刻度相同，然後向前移動（dòng）小滑板車削左（zuǒ）側麵，直至小滑板向前移動為一個螺距（也可在小滑板上壓一塊百分表，根據百分表的讀數值來確定小（xiǎo）滑板的（de）移動量，以保（bǎo）證分線的精度更高），則蝸杆螺旋槽的左側麵加工完畢。然後以同樣方法加工螺旋（xuán）槽右側麵，這樣就能清除分線或趕刀時所產生的誤差。

用高速鋼車刀（dāo）精車蝸杆（gǎn）時要低速（sù）車削，由於切削（xuē）深（shēn）度和切削麵（miàn）積大，加工中極易產生“啃刀”現象，所（suǒ）以應仔細觀察切削情況，合理選擇切削用量，避免三麵吃刀。控製主軸低速旋轉要采用“晃車”的方（fāng）法（fǎ），通常也叫“抖車”，即（jí）開車瞬間（jiān）就停車，利用主軸轉動（dòng）的慣性，但不能停住，用腕力控製離（lí）合器手柄反複開（kāi）車（chē）、停車，這樣可（kě）以有效地避免（miǎn）刀、啃刀”現象，使蝸杆（gǎn）的尺（chǐ）寸精度及表（biǎo）麵粗糙（cāo）度達到理想的（de）效果。同時在（zài）切削中，切削液的正確選擇可以減小（xiǎo）切削變（biàn）形，降低切削力，提高刀具（jù）壽命。粗加（jiā）工時，為了降低切削溫度，一般選用以冷卻性能為主的（de）切削液（yè），如3%～5%的乳化液或合成切削液。精（jīng）加（jiā）工時，為保證表麵粗糙度（dù），提高加工（gōng）精度，一般選用（yòng）以潤滑（huá）性能為主的切削液，如極壓（yā）切削油或高濃度的極壓乳化液。

4. 蝸杆的測量方法

蝸杆的測量一般用齒厚測量法，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（chù）的法向齒厚值和一齒的一個麵與另（lìng）一齒（chǐ）的相反（fǎn）麵中徑處（chù）的距離，即相鄰兩齒中（zhōng）徑處的法向距離值。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（chǐ）厚的誤差，通（tōng）常會出現以下（xià）4種情況。

1 ）第一種：測得（dé）兩齒厚相同，相隔兩組（zǔ）麵的法向距離（lí）相同，這說明分線和齒厚均正確。可根據（jù）測得尺寸與計算尺寸（cùn）的（de）差值（zhí），分（fèn）別車（chē）削（xuē）兩（liǎng）槽內的相同麵，去掉多餘量，按精車蝸杆的方法加工至中徑處的法向齒厚，符合圖樣要求（qiú）。

2 ）第二種：測得兩齒厚不相同（tóng），相隔兩組麵的法向（xiàng）距離相同，則說（shuō）明分線正（zhèng）確，齒厚不正確。分別（bié）車削較厚（hòu）齒的兩側麵，切記去掉的多餘量為兩齒（chǐ）厚差值（zhí）的一半，保（bǎo）證齒（chǐ）厚相（xiàng）同後，出現第一種情況，然後利用第一種（zhǒng）方法保證最後尺（chǐ）寸。

3 ）第三（sān）種：測得（dé）兩齒厚相同而相隔兩組麵的法向距離不相同，說明分線偏差而齒厚正確（què）。則車削齒厚遊標卡尺測量兩麵尺（chǐ）寸值較大的兩個麵。切記分別車掉與另一較小尺寸差值的一半，保證相隔兩組（zǔ）麵的法向距離相等，則出現第一種情況，仍利用第一種方法車削（xuē）保證最後的尺寸要求。

4 ）第四種：測（cè）得兩齒厚不相同且相隔（gé）兩（liǎng）組（zǔ）麵的法向距離也（yě）不相同，說明分線和（hé）齒厚均（jun1）不正確。則車削較厚齒的一個麵且（qiě）這個麵是測量相隔組兩麵距離尺寸較大時，齒厚遊標卡尺卡（kǎ）爪所接（jiē）觸的那個麵。在車削測量時，將會得到一組尺寸相等（děng），即兩齒厚相同或相隔兩組麵法向距離相同，則會出現第二種或第（dì）三種情況，此時就可以按照上麵的方（fāng）法進行（háng）加工，直（zhí）到保證尺寸。

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隔兩麵之（zhī）間法（fǎ）向距離的分（fèn）線尺寸都大於或等於其圖樣要求尺寸完成加工要求的（de），如果測得的尺寸（cùn）有一個尺（chǐ）寸小於其圖樣要求尺寸（cùn），則說明蝸杆已經作廢，不（bú）可（kě）以再進行加工。

5. 結語

實（shí）踐證明，此加工方法不僅可以用來加工雙線蝸杆，改變（biàn）刀具的角度和形狀，也可（kě）以（yǐ）用來加工雙線梯形螺紋。因（yīn）此，生產中積累的一些小發明、小改進是達到生產目的和（hé）保證產品質量非常

有效的方法，在行業中具有極強的可選用性和推廣性。

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