如何在數(shù)控車床上車削多線蝸桿齒形
2018-4-28 來源： 湖南省湘西民族職業(yè)技術學院 作者： 方媛州
在車削加工培訓實踐中，車削蝸桿，特別是車削大模數(shù)、多線蝸桿，其主要難點在于齒形切削面積大、切削抗力大；另外，其多次周而復始、緊張單調(diào)的操作，使得勞動強度增大，并容易出現(xiàn)始料未及的問題，因此車削多線蝸桿往往令人望而生畏。在數(shù)控車床上車削多線大模數(shù)蝸桿時，如果我們采用普通車床的車削加工方法，不能充分利用數(shù)控機床的特點。為此，我們收集、總結蝸桿齒形車削刀具方面的經(jīng)驗，嘗試利用數(shù)控車床的宏程序設計功能，解決車削多線大模數(shù)蝸桿這一加工難題。
數(shù)控系統(tǒng)宏程序，是以變量的組合，通過各種算術和邏輯運算、轉(zhuǎn)移和循環(huán)等指令而編制的一種可以靈活運用的程序，其只需改變變量的值，即可實現(xiàn)同類型不同尺寸的加工和操作。以FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)為例，在數(shù)控車床上加工普通螺紋，一般使用的指令有G32單行程螺紋車削和螺紋切削循環(huán)與G92、G76等幾種，但在車削大導程、多線蝸桿時，應用該指令編程其功能是不能實現(xiàn)的。因為該指令為斜進法切削，其適合切削的刀尖角度只有80°，60°，55°，30°，29°，0°共六種，而常用蝸桿的齒形角度為40°，如果使用直進法進刀G32指令和G92指令方式，則加工難度較大，容易出現(xiàn)“扎刀”現(xiàn)象。但如果使用宏程序功能即可解決這一問題。為此筆者探討在數(shù)控車床上對車削蝸桿齒形的車刀與操作方法進行改進，以及用宏程序編制車削大導程、多線蝸桿的加工程序。多線蝸桿零件如圖1所示。
圖1 多線蝸桿零件
一、多線蝸桿加工工藝要求及車削刀具分析
1.多線蝸桿加工工藝要求如圖1所示，多線蝸桿為模數(shù)4m，線數(shù)3線，導程37.699mm、導程角8°58′21″、齒全高8.8mm的阿基米德蝸桿。該蝸桿切削面積大，要求工件剛性好，故需采用一夾一頂?shù)难b夾方式車削。
2.車削刀具分析多線蝸桿車削加工采取“分層切削”的方式，需法向安裝車刀（阿基米德蝸桿齒形是一種軸向直廓齒形，精車時應軸向安裝車刀，并且為正常發(fā)揮車刀各角度的作用、提高功效，需采用法向裝刀方式）。車削刀具特點如下。
（1）蝸桿粗車刀。蝸桿齒形粗車刀采用W18Cr4V材料，刀具各角度如圖2所示。為提高粗車刀刀尖強度，刀具切削刃的刀尖部分需用油石修研-5°倒棱。此倒棱寬度值視蝸桿模數(shù)、工件材料而定。在導程大、吃刀深度大、材料較硬時，倒棱則可取大些。粗車時，蝸桿粗車刀的刀尖角采用35°，這樣粗車后便于用精車刀精車，其精車余量如圖3所示。
圖2 蝸桿粗車刀
如圖2所示，蝸桿粗車刀刀尖特點是：①采用圓弧形刀尖，增強了刀尖強度，刀尖散熱得到了改善；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沖擊損壞刀尖，且不易崩刃。
蝸桿粗車刀可直接壓裝或安裝在普通彈簧刀柄上車削。
（2）蝸桿半精車、精車車刀。蝸桿半精車和精車刀如圖4所示，該刀頭采用圓弧前角。此前角是在內(nèi)圓磨床上用指形砂輪磨出的，如圖5所示。其刀尖寬度略小于蝸桿牙底槽寬度。車削時采用“單邊直進刀”，只切削蝸桿牙形的一個面，一面車完后再車第二個面。此時如加注合適的切削液，會使切削變得更加輕快，從而達到較小的表面結構值和較高的表面質(zhì)量。
圖3 精車刀牙形角與精車余量的關系
圖4 蝸桿齒形精車刀
蝸桿精車刀刀尖各角度，如圖4所示。刀頭材料選用W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2。此刀特點是，刀頭強度好，刃口鋒利，排屑順暢，切屑變形小，散熱條件好。裝刀時可用樣板或萬能角尺對刀，使車刀兩刀刃夾角的平分線與蝸桿軸線垂直。
（3）半精車和精車刀安裝于彈簧刀桿上。彈簧刀桿選用彈性和強度較好的材料，如圖6所示，這樣半精車和精車時不需扳角度。
圖5 車刀頭前刀面刃磨
圖6 彈性刀桿
普通彈性刀桿在較大的軸向切削力影響下會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，使所車蝸桿的軸向齒形角和螺距發(fā)生變化產(chǎn)生誤差，從而降低加工精度。而現(xiàn)在，采用彈性和強度較好的刀桿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高速鋼刀頭與刀體方孔配合，提高了刀頭與刀體方孔的配合精度，從而減小了加工過程中刀頭在刀體中的扭轉(zhuǎn)、竄動。
二、多線蝸桿加工方法及走刀方式
在車削蝸桿時切除的金屬量大，而且粗車時一般是刀具的幾個切削刃同時工作，使得排屑不暢，切削力較大。因此，利用宏程序和G92指令結合編程,變換進給方式，可以實現(xiàn)不同齒形和深度的蝸桿加工，這對降低切削力，提高切削效率，保證加工質(zhì)量十分重要。
1.粗車車削時，使用粗車刀，主軸轉(zhuǎn)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，每次走刀的切削深度不大，刀尖受力狀態(tài)和散熱情況均得到較大的改善，而且利于排屑，不易“扎刀”，同時可以選用較高的切削用量，使切削效率得以成倍提高。
圖7 粗車分層車削法
圖8 精車兩側(cè)面直進刀方法
2.半精車、精車
在半精車、精車蝸桿齒形，安裝車刀頭時，利用蝸桿牙形樣板或萬能角度尺對刀。采用的進刀方式為直進刀方式，分別精車蝸桿齒形的側(cè)面，如圖8所示，這樣可以保證得到較高的加工精度和較小的表面結構值。
在半精車蝸桿齒形時，可將齒底圓車至齒根圓尺寸φ66.4mm，并用游標卡尺測量控制齒厚尺寸，留精車余量0.2～0.5mm。
三、多線蝸桿數(shù)控加工程序設計
在FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)上，利用G92螺紋加工指令，編制蝸桿切削加工宏程序，分粗加工和半精加工、精加工幾部分。車削如圖1所示的多線蝸桿實例，對蝸桿齒形部分的車削進行程序編制，見表1、表2、表3。蝸桿加工成型后的三維圖如圖9所示。
表1 蝸桿加工（主程序）實例程序及說明
表2 蝸桿粗加工（子程序）實例程序及說明
表3 蝸桿精加工（子程序）實例程序及說明
圖9 多線蝸桿車削三維圖
四、小結
在車削蝸桿的實際生產(chǎn)和教學中，我們采用改進刀具，大膽改變編程思路，通過用G92數(shù)控指令結合宏變量、分層編程加工蝸桿的方法，比較成功地解決了在數(shù)控車床上車削大導程、多線蝸桿的技術難題，從根本上解決了“扎刀”“悶車”等問題，提高了蝸桿的尺寸精度、分線精度，極大地提高了生產(chǎn)效率，大幅度減輕了操作者的勞動強度。實踐說明，我們不但要借鑒前人傳承下的極其寶貴的豐富經(jīng)驗，而且還要結合目前的先進設備，不斷學習、探討，這樣才能使我們的技術水平得到更大提高。
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