【數控機床應用】 雙線蝸桿在臥式車床的切削和加工技巧
2020-12-18 來源：中地裝張家口探礦機械有限公司 作者：錢寶國
摘要：為解決雙線蝸桿在普通臥式車床加工難的實際情況，本文針對蝸桿的導程大、齒形深、分線難等特點，從刀具的選用、刃磨、機床的調整、加工技巧及測量方法等方面做了全面闡述，制定了合理有效的加工方案，并取得了良好的效果。
數控機床的應用大大提高了生產效率，降低了工人的勞動強度，但是在單件加工和配件生產時，臥式車床又以其快捷、方便及可控性強而備受青睞。因此數控機床始終無法完全取代臥式機床。本文將重點介紹雙線蝸桿在臥式車床上切削的加工技巧。蝸桿蝸輪傳動常用于減速運動的機械傳動機構中，蝸桿蝸輪的兩軸相互交叉垂直，蝸桿轉動帶動蝸輪轉動，因此蝸桿各部分尺寸的精度等級要求嚴格，齒形符合圖樣，表面粗糙度值小，徑向圓跳動更不得大于公差范圍。且雙線蝸桿要求其螺旋線沿軸向等距分布來增加蝸桿的耐磨性和使用壽命，所以雙線蝸桿的分線精度尤為重要。由于蝸桿的螺紋升角較大，這在生產中受到了很大的限制，筆者通過多年生產一線的實踐工作，得出了一些有利于切削的加工技巧。
1. 車削蝸桿刀具的刃磨和裝夾
在車削中 ，由于蝸桿的螺距大、齒型深及切削面積大，因此車削蝸桿刀具必須刃磨合理，裝夾正確。蝸桿車刀一般選用切削刃鋒利、韌性好且耐沖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。雙線蝸桿分軸向直廓蝸桿和法向直廓蝸桿，蝸桿的粗車刀（見圖1）徑向后角一般為 6°～ 8°，縱向前角為8°～10°，刀頭寬度應小于齒根槽寬，兩切削刃之間的夾角略小于兩倍齒形角，這樣有利于增加車刀的強度，使排屑通暢。蝸桿精車刀左右切削刃的夾角必須等于兩倍齒形角。車削軸向直廓蝸桿的精車刀（見圖2）其順走刀方向的后角為3°～5°，相應加上螺紋升角，其背走刀方向后角為3°～5°， 必須相應減去螺紋升角，縱向前角為0°，這樣可獲得較高的齒形精度和較低的表面粗糙度值。
圖1 粗車刀
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，來調整刀尖角位置。車削法向直廓蝸桿的精車刀兩側后角相等，均為3°～5°，縱向前角為0°，這樣加工精度最高。但裝刀時必須用可轉動式刀桿裝夾車刀，裝夾刀具采用垂直裝刀法，把可轉動式刀桿的零位刻度線對準基線，然后裝正車刀刀尖角，使其高于車床主軸軸線0.5mm左右并堅固，再根據螺紋升角的大小來確定車刀轉過的角度。
2. 工件的裝夾和機床的調整
因蝸桿的齒型較深、導程較大，這就要求在裝夾工件時蝸桿與卡盤之間的距離應合理選擇，如過小，車削時車刀容易碰到卡盤，過大會減弱工件的剛性，造成切削時的“扎刀”或“讓刀”等不利于加工的因素?？ūP卡量不要過長，卡位要放在外徑較大的部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的剛性，使其能夠承受較大的切削力矩。精車采用兩頂并用死頂尖來保證工件的基準統一原則，最大限度地一次裝夾加工出多個外圓和端面。在車削蝸桿前，為保證加工精度要先調整好主軸和絲杠的軸向竄動。調整主軸軸向竄動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，將百分表架固定在滑板上，百分表測量頭壓在鋼球上，主軸緩慢轉動，測得百分表讀數的最大差值就是主軸的軸向竄動誤差，如圖3所示。調整絲杠軸向竄動的方法是將鋼珠放入絲杠中心孔內，讓開合螺母在絲杠中段處閉合，旋轉絲杠，百分表讀數的最大差值即為絲杠的軸向竄動誤差，如圖4所示。調整所有滑板鑲條的松緊度，增大移動時的摩擦力，減小滑板竄動的可能性，防止切削時出現“扎刀”現象。
圖3 檢測主軸的軸向竄動
圖4 檢測絲杠的軸向竄動
為保證分線的精度 ， 必須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（其錐度應在0.01m m/100m m范圍以內），將百分表安裝在刀架上，使百分表測量頭在水平方向與工件外圓接觸，手搖小滑板觀察百分表針，使其不超過0.01mm/100mm，則機床調整完成。
3. 蝸桿的切削方法
車削時應采用開正反車切削，粗車時為提高生產效率，要選用大的切削用量和切削深度，減少停車測量的次數，應在蝸桿表面劃出4條螺旋線，如圖5所示。首先將小滑板刻度調整零位，用三角螺紋車刀在蝸桿部位表面上車出一條很淺的螺旋線，用卡尺校驗其導程，正確后再將小滑板向前位移一個齒頂寬的距離，在蝸桿部位表面車出第二條很淺的螺旋線。再向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頂寬的距離，車出第4條螺旋線，最后是以小滑板零位向前移動兩個螺距，校驗刀尖是否與第一條螺旋線重合，以確定螺距和分線是否正確，如不重合說明螺距或分線不正確，找出原因并解決。確定分線正確后裝夾刀具移動小滑板使蝸桿車刀至劃好的螺旋槽內，開始粗車蝸桿。眾所周知，在蝸桿加工中切削深度越大，切削面就越大，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法，就能有效避免這個現象。粗車時先用直進法車削一定的深度，再左右趕刀至兩邊所劃的螺旋線，然后再往深車削，直至加工達到深度尺寸，第一條螺旋槽粗加工完成，把車刀移至第二條所劃的螺旋槽內，按加工第一條的方法加工第二條螺旋槽并留0.2～0.4mm的精車余量，則蝸桿粗車完成。精車時應采用兩頂的裝夾方法，將小滑板刻度調整零位，先加工第一條螺旋槽的底徑達到深度后，向前趕刀切削螺旋槽的左側面，使其表面整體切削后，記住中滑板刻度。移動小滑板加工另一條螺旋槽的底徑，用直進法切削使中滑板刻度與精車第一條螺旋槽的刻度相同，然后向前移動小滑板車削左側面，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滑板的移動量，以保證分線的精度更高），則蝸桿螺旋槽的左側面加工完畢。然后以同樣方法加工螺旋槽右側面，這樣就能清除分線或趕刀時所產生的誤差。
用高速鋼車刀精車蝸桿時要低速車削，由于切削深度和切削面積大，加工中極易產生“啃刀”現象，所以應仔細觀察切削情況，合理選擇切削用量，避免三面吃刀?？刂浦鬏S低速旋轉要采用“晃車”的方法，通常也叫“抖車”，即開車瞬間就停車，利用主軸轉動的慣性，但不能停住，用腕力控制離合器手柄反復開車、停車，這樣可以有效地避免刀、啃刀”現象，使蝸桿的尺寸精度及表面粗糙度達到理想的效果。同時在切削中，切削液的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，為了降低切削溫度，一般選用以冷卻性能為主的切削液，如3%～5%的乳化液或合成切削液。精加工時，為保證表面粗糙度，提高加工精度，一般選用以潤滑性能為主的切削液，如極壓切削油或高濃度的極壓乳化液。
4. 蝸桿的測量方法
蝸桿的測量一般用齒厚測量法，即用齒厚游標卡尺測量蝸桿中徑齒厚。測量前先計算出蝸桿中徑處的法向齒厚值和一齒的一個面與另一齒的相反面中徑處的距離，即相鄰兩齒中徑處的法向距離值。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厚的誤差，通常會出現以下4種情況。
1 ）第一種：測得兩齒厚相同，相隔兩組面的法向距離相同，這說明分線和齒厚均正確。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面，去掉多余量，按精車蝸桿的方法加工至中徑處的法向齒厚，符合圖樣要求。
2 ）第二種：測得兩齒厚不相同，相隔兩組面的法向距離相同，則說明分線正確，齒厚不正確。分別車削較厚齒的兩側面，切記去掉的多余量為兩齒厚差值的一半，保證齒厚相同后，出現第一種情況，然后利用第一種方法保證最后尺寸。
3 ）第三種：測得兩齒厚相同而相隔兩組面的法向距離不相同，說明分線偏差而齒厚正確。則車削齒厚游標卡尺測量兩面尺寸值較大的兩個面。切記分別車掉與另一較小尺寸差值的一半，保證相隔兩組面的法向距離相等，則出現第一種情況，仍利用第一種方法車削保證最后的尺寸要求。
4 ）第四種：測得兩齒厚不相同且相隔兩組面的法向距離也不相同，說明分線和齒厚均不正確。則車削較厚齒的一個面且這個面是測量相隔組兩面距離尺寸較大時，齒厚游標卡尺卡爪所接觸的那個面。在車削測量時，將會得到一組尺寸相等，即兩齒厚相同或相隔兩組面法向距離相同，則會出現第二種或第三種情況，此時就可以按照上面的方法進行加工，直到保證尺寸。
圖5 蝸桿切削劃線
以上幾種情況是在測量法向齒厚尺寸和相隔兩面之間法向距離的分線尺寸都大于或等于其圖樣要求尺寸完成加工要求的，如果測得的尺寸有一個尺寸小于其圖樣要求尺寸，則說明蝸桿已經作廢，不可以再進行加工。
5. 結語
實踐證明，此加工方法不僅可以用來加工雙線蝸桿，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、小改進是達到生產目的和保證產品質量非常
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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