淺談數(shù)控車加工小模數(shù)蝸桿

周隆興

(安徽建設(shè)學(xué)校，安徽 合肥 230051)

現(xiàn)在社會發(fā)展日新月異，加工機械的種類不斷增多，機械加工行業(yè)的工藝、工步越來越細化。都追求最優(yōu)的性價比加工方法。加工蝸桿也是這樣，一般都用旋風(fēng)銑來加工，節(jié)省時間和人力、物力。但是在加工小模數(shù)蝸桿時候，旋風(fēng)銑床受到限制，可以用數(shù)控車來加工，同樣可以節(jié)省時間。

圖1

1 圖紙分析

加工如圖1所示的工件，一個手動調(diào)節(jié)小模數(shù)蝸桿。精度要求不是很高，不用安排蝸桿磨進行加工，可以直接在數(shù)控車加工，連車外圓和車蝸桿，一次裝卡完成，節(jié)省時間。圖中φ20h7、φ10h7、圓留0.2～0.3mm磨量，M8螺紋用板牙加工。加工思路是先加工左側(cè)φ20h7外圓留0.2～0.3的磨量，并打左側(cè)中心孔;再裝夾左端，保證總長60，并打右側(cè)中心孔;最后在數(shù)控車用臺階軟爪裝夾左側(cè)留磨量的φ20h7外圓，用尾坐頂著右側(cè)中心孔，一夾一頂加工。這樣能保證加工后的蝸桿和中心孔的位置關(guān)系，再用中心孔定位來磨削φ20h7、φ10h7外圓，等于是直接保證了蝸桿和φ20h7、φ10h7外圓的位置關(guān)系。蝸桿的表面粗糙度要求是1.6μm，工件材料為45號鋼調(diào)質(zhì)處理。通過刀具刃磨可以達到圖紙要求的表面粗糙度。

2 工藝分析

2.1 在加工之前要計算出和加工有關(guān)的參數(shù):單位:mm

導(dǎo)程=3.14×模數(shù)×頭數(shù)=3.14

全齒高=2.2×模數(shù)=2.2

齒頂高=模數(shù)=1

齒根高=1.2×模數(shù)=1.2

齒頂圓直徑=16

分度圓直徑=14

齒根圓直徑=齒頂圓直徑—2×全齒高=11.6

齒頂寬=0.843×模數(shù)=0.843

齒根槽寬=0.697×模數(shù)=0.697

導(dǎo)程角tgγ=導(dǎo)程÷(3.14×分度圓直徑)=0.0714導(dǎo)程角=4.08°

周節(jié)=3.14×模數(shù)=3.14

軸向齒厚=導(dǎo)程÷2=1.57

2.2 計算好參數(shù)后分析參數(shù)選擇加工方法

全齒高2.2mm也就是蝸桿單面深2.2mm，雙面4.4mm。根據(jù)加工大螺距三角形螺紋經(jīng)驗參考分析可以用硬質(zhì)合金車刀高速加工。用硬質(zhì)合金刀加工的好處就是提高刀具的耐磨性，可以直接用一把精車刀加工，不用分粗精車，少刃磨一把刀也避免兩把刀對刀時候產(chǎn)生誤差，可以節(jié)省時間。

圖2

如圖2刃磨刀具。用齒厚卡尺輔助刃磨，有條件可以上工具磨刃磨。刀具形狀就是蝸桿軸向槽的形狀。刀尖寬與蝸桿齒底槽寬一致，最好減一點，0.05mm就可以，避免蝸輪牙頂與蝸桿牙底接觸產(chǎn)生抗力，造成無法安裝，形成廢品。因為是右旋，刀具左側(cè)后角用3°+導(dǎo)程角≈7°，右側(cè)后角用3°-導(dǎo)程角≈-1°，讓刀具的2側(cè)后角與蝸桿兩側(cè)牙形成3°的夾角，避免后角過小抗力增大，后角過大造成刀具強度不夠，3°～5°夾角比較合適，根據(jù)經(jīng)驗選用3°。用齒厚卡尺輔助測量刃磨刀具距離刀尖1.2mm處的尺寸，在1.57±0.03mm范圍內(nèi)，保證蝸桿在分度圓處的尺寸公差，避免加工后超差，為保證分度圓尺寸而造成齒頂過窄或過寬。用角度樣板保證刀尖角40°，和1.57±0.03mm配合刃磨。刀尖處的后角5°左右就可以。刀具前角和刃傾角都是0°，保證軸向齒廓為直線，因為圖紙要求是軸向直廓蝸桿。刀具刃磨完后安裝刀具，用角度樣板和角度尺保證刀具與零件間的位置精度。

2.3 裝好刀后，編輯加工程序

最優(yōu)的加工方法是斜進法，但是數(shù)控車的復(fù)合型螺紋切削循環(huán)指令G76所選用的刀尖角度從80°、60°、55°、30°、29°、0°六個角度中選用，沒有加工蝸桿的40°角。又因為是小摸數(shù)蝸桿牙深單面才2.2mm，選用G92指令，直進法進行切削。為了避免吃刀量過大，要通過計算切削面積的方法來確定每一刀的X向進刀值。

圖3

①計算總面積，如圖3先求X=tg20°×全齒高=0.8

總面積=(上底+下底)÷2×全齒高=(0.697+tg20°全齒高)×全齒高=3.2934mm2

②計算第一刀面積也就是每一刀的加工面積根據(jù)加工3角螺紋經(jīng)驗，第一刀可以加工雙面1.2mm，單面就是0.6mm。又因為蝸桿刀比3角螺紋刀刀尖角度小，能夠承受的力也相應(yīng)的小，所以第一刀選用單面進0.35mm，雙面進0.7mm。計算加工面積前最好在機床上試加工一次避免刀具因進刀太深，造成切削力過大而損壞。

計算出加工面積=(0.697+0.3639×0.35)×0.35=0.2885mm2

.加工刀數(shù)=總面積/加工面積=3.2934÷0.2885=11.416也就是分12刀加工

③計算等面積加工時每一刀的進刀量

第2刀:2×加工面積=(0.697+0.3639全齒高)×全齒高

全齒高≈0.65也就是第2刀雙面進1.3mm

第2刀車到的尺寸=公稱直徑-進刀量=14.7mm

利用近似取整的方法，逐一計算出每一刀的進刀量，然后帶進程序進行加工。

第3刀單面進0.86mm，第3刀車到的尺寸=14.28mm。

第4刀單面進1.1mm，第4刀車到的尺寸=13.8mm。

第5刀單面進1.28mm，第5刀車到的尺寸=13.44mm。

第6刀單面進1.45mm，第6刀車到的尺寸=13.1mm。

第7刀單面進1.60mm，第7刀車到的尺寸=12.8mm。

第8刀單面進1.75mm，第8刀車到的尺寸=12.5mm。

第9刀單面進1.88mm，第9刀車到的尺寸=12.24mm。

第10刀單面進2.02mm，第10刀車到的尺寸=11.96mm。

第11刀單面進2.15mm，第11刀車到的尺寸=11.7mm。

第12刀單面進2.20mm，第12刀車到的尺寸=11.6mm。

經(jīng)過計算加工的好處就是加工每一刀時候受的力基本一樣，避免造成切削力過大而造成刀具損毀。如圖4，第1刀加工面積是a，總面積是c，第2刀的加工面積是b，每一刀加工面積相等，刀具車削時產(chǎn)生的力基本一樣，只要第1刀能加工，后面每一刀也就都可以放心加工。

圖4

確定好加工刀數(shù)和每刀的進給數(shù)值后，要確定下加工所用轉(zhuǎn)速，知道加工材料為45號鋼調(diào)質(zhì)處理，加工公稱直徑16mm，根據(jù)加工3角螺紋經(jīng)驗分析，采用轉(zhuǎn)速為每分鐘600轉(zhuǎn)。為避免加工時候線速度過高，產(chǎn)生加工時候停不住刀的現(xiàn)象，停不住刀時刀具會和左側(cè)φ20h7外圓接觸，嚴(yán)重時會直接車到卡爪，造成生產(chǎn)事故。在正式加工前實驗下轉(zhuǎn)速600時加工時會不會停不住刀。不能完全按機床出廠數(shù)據(jù)計算，因為機床使用年限不一樣，會有自然磨損現(xiàn)象產(chǎn)生。確定好轉(zhuǎn)速后加工工件

蝸桿程序為:

2.4 加工好后用齒厚卡尺測量。如圖5

圖5

經(jīng)過計算 X向每進 0.01mm，分度圓直徑能減少 0.008mm，根據(jù)實際測量值與圖紙要求進行刀具磨損參數(shù)的修改，來確保零件符合圖紙要求。

3 加工中產(chǎn)生的問題

3.1 刀具磨損過快的問題。首件加工后，在批量加工中發(fā)現(xiàn)刀具磨損速度過快，而且是同一位置磨損，幾把刀都是在距離刀尖1mm左右的入刀刃位置產(chǎn)生磨損，如圖6a。在排除了刀具刃磨的問題后，經(jīng)過分析，認(rèn)定問題是在蝸桿的30°倒角，蝸桿的倒角與刀具在加工時候經(jīng)常接觸一個點，這個點承受的是刀具和工件接觸瞬間的沖擊力，容易產(chǎn)生磨損，如圖6b。在和設(shè)計人員互相溝通后，把倒角改成了20°，和刀具刃磨角度一致，如圖6c。在刀具與工件接觸時候，避免讓刀具與工件點接觸，而是線接觸，就不會產(chǎn)生刀具切削刃磨損一個點的問題出現(xiàn)。經(jīng)過加工的檢驗，刀具使用壽命延長明顯。

圖6

3.2 毛刺的問題。在加工過程中，發(fā)現(xiàn)加工后的蝸桿齒頂會產(chǎn)生刀具擠出來的毛刺，在測量時候由于有毛刺就測量不準(zhǔn)，會產(chǎn)生測量誤差。由于毛刺十分堅硬，機床低速旋轉(zhuǎn)時直接用銼刀來銼毛刺不容易銼掉，而且手用力壓銼刀有可能產(chǎn)生危險，工件距離卡爪很近，多次銼削也有可能傷到齒廓，影響表面粗糙度，加工時間也變相的延長。想到的解決辦法是在加工蝸桿完成后，在加一把刃磨的鋒利的90度車刀，在車一遍蝸桿的齒頂圓，把擠出來的毛刺車掉，這時候齒頂?shù)拿虝乖邶X間，而且是好銼的小飛刺。機床低速旋轉(zhuǎn)用銼刀輕輕一銼，毛刺就掉了，解決了毛刺的問題。