帶相交孔的蝸桿加工工藝的改進(jìn)

馬文魁，郝衛(wèi)華，劉劍嘯

(1.山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030024；2.北京機(jī)電研究所有限公司，北京 100083)

0 引言

蝸桿是傳輸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的核心構(gòu)件，在裝備制造及各種機(jī)械領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，它是帶有一個(gè)或幾個(gè)螺旋齒輪副的齒輪，并與蝸輪嚙合組成交錯(cuò)軸傳動(dòng)副的部件[1]。蝸桿的加工方法主要有專用銑床加工成形、滾壓加工成形、數(shù)控車床加工成形和旋風(fēng)銑加工等成形。前兩種方法成本高、精度低，后兩種加工方法是較為常用的方法，山西大眾電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司目前就使用這兩種方法。數(shù)控車床車削較大螺距的蝸桿時(shí)，由于工件的齒形深，需要切除的余量多，一般是選擇較低的切削速度和高速鋼成形刀，加工精度特別是表面粗糙度很難達(dá)到圖紙要求，加工難度較大。針對該方法出現(xiàn)的加工精度低、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，筆者在考慮利用本單位現(xiàn)有設(shè)備的條件下，改革工藝及刀具找到了既保證加工精度又不影響生產(chǎn)效率的工藝方法。

1 蝸桿的工藝性分析

1.1 零件技術(shù)要求

蝸桿(如圖1所示)零件長106 mm，最大外圓Φ65 mm，加工內(nèi)容包括外圓、倒角、螺紋部分等。端面相對于中心孔的垂直度小于0.1 mm,圓度小于0.1 mm，外圓表面粗糙度為Ra1.6，端面粗糙度為Ra1.6，蝸桿齒數(shù)Z=1，軸向模數(shù)m=3 mm，螺旋角β=2°55′3″，齒高h(yuǎn)=6.75 mm，精度等級(相當(dāng)國標(biāo)GB 10095-88)6級精度[2]，硬度HB260～HB280。該零件的精度要求較高，其中Φ20H7+0.0210×106 mm長內(nèi)孔的長徑比接近6∶1，相交孔內(nèi)壁毛刺難以去除。按照常規(guī)的加工工藝，螺紋加工難度大，加工周期長。

1.2 加工工藝難點(diǎn)分析

由上述對零件尺寸和技術(shù)要求的分析可知，加工過程中存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：

(2) 蝸桿軸向模數(shù)m=3 mm，螺旋角β=2°55′3″，齒高h(yuǎn)=6.75 mm，精度等級(相當(dāng)國標(biāo)GB 10095-88)6級。蝸桿螺距較寬、導(dǎo)程較大、齒面的表面粗糙度要求較高，用傳統(tǒng)的車床“挑絲杠”方法加工螺旋齒周期太長(每日加工5件)，加工難度高，刀具耐用度低，加工效率低，成本高。

(3) 采用高效的旋風(fēng)銑加工螺紋，因旋風(fēng)銑原始刀具不合適，難以滿足批量生產(chǎn)要求，無法保證零件尺寸的穩(wěn)定性和一致性。旋風(fēng)銑所用刀具為硬質(zhì)合金焊接刀具，雖然滿足生產(chǎn)需求，但是刀具需手工磨制，對工人技術(shù)水平要求較高，而且極不耐用，不能滿足實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性要求[3]。

圖1 蝸桿零件圖

2 蝸桿加工工藝的改進(jìn)

2.1 長內(nèi)孔加工工藝的改進(jìn)

圖2 帶加長桿的珩磨頭

2.2 蝸桿螺旋齒加工工藝的改進(jìn)

蝸桿螺距較寬、導(dǎo)程較大、齒面表面粗糙度要求較高，用車床傳統(tǒng)的“挑絲杠”方法加工時(shí)間太長，刀具耐用度低，加工效率低，成本高。

旋風(fēng)銑是我公司于2016年10月由沈陽第一機(jī)床廠的CA6140普通車床改造而來，采用這種方式加工該蝸桿，只需一次切削，就能完成螺紋的加工，能夠滿足生產(chǎn)需求，產(chǎn)量達(dá)到每日40件，比用傳統(tǒng)的加工方法日產(chǎn)量整整提高了8倍，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，大批量加工更顯示其優(yōu)越性[4]。

2.3 旋風(fēng)銑刀盤的改進(jìn)

2.3.1 旋風(fēng)銑刀盤存在的問題

旋風(fēng)銑的刀盤結(jié)構(gòu)如圖3所示，由4個(gè)螺釘過孔固定在旋風(fēng)頭電動(dòng)機(jī)上，焊接刀具放在卡槽中，每把刀具由4個(gè)緊固螺釘夾緊，刀具可以在卡槽中橫向移動(dòng)，根據(jù)所加工零件的直徑大小調(diào)節(jié)。由三角皮帶帶動(dòng)裝有1把～4把焊接刀具的刀盤作高速回轉(zhuǎn)，這是切削主運(yùn)動(dòng)，工件夾持在卡盤上做緩慢旋轉(zhuǎn)，工件旋轉(zhuǎn)是切削過程中的圓周進(jìn)刀運(yùn)動(dòng)。旋風(fēng)頭隨車床的大拖板平行于工件軸線作縱向運(yùn)動(dòng)，工件每轉(zhuǎn)一圈，旋風(fēng)頭移動(dòng)距離即等于螺距。

旋風(fēng)切削時(shí)，把車床小拖板拆除，將旋風(fēng)頭安裝在中拖板上，并使旋風(fēng)主軸的回轉(zhuǎn)軸線對工件軸線傾斜一個(gè)角度，這個(gè)角度大小等于工件螺紋的螺旋角，傾斜方向則由工件的螺旋方向決定。

旋風(fēng)銑刀回轉(zhuǎn)軌跡中心與工件的回轉(zhuǎn)中心應(yīng)有一個(gè)偏心值，這個(gè)偏心值等于被切螺紋深度加2 mm～4 mm的退刀間隙。加工螺紋的吃刀深度由中拖板手柄進(jìn)行調(diào)整。

旋風(fēng)銑配置的刀盤是廠家提供的標(biāo)配刀盤，所用刀具為硬質(zhì)合金焊接刀具(如圖4(a)所示)。雖然滿足生產(chǎn)需求，但是刀具刃口需手工磨制，磨制的刀具尺寸不一致，對工人技術(shù)水平要求較高，最主要的是該刀具在加工中磨損嚴(yán)重，極不耐用，不能滿足實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等要求。

為提高生產(chǎn)效率，公司購置了模數(shù)m=3 mm的機(jī)夾刀桿和刀片，如圖4(b)所示。

但安裝新購刀具后發(fā)現(xiàn)：原配刀盤是廠家專為匹配焊接刀具而設(shè)計(jì)的，機(jī)夾刀具探出過長，刀桿加強(qiáng)部分(如圖3(b)所示)與刀盤發(fā)生干涉，原有結(jié)構(gòu)的限制使該刀盤在裝夾兩把刀具時(shí)，工件在刀盤中沒有回轉(zhuǎn)空間，無法對該零件進(jìn)行加工。經(jīng)分析，旋風(fēng)銑刀盤的改進(jìn)方向是減少機(jī)夾刀具從刀盤探出的長度。

局限于刀柄的尺寸，只能在旋風(fēng)銑刀盤上想辦法。為解決這一問題，經(jīng)過對旋風(fēng)銑刀盤的拆解，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和測繪，在保證刀盤強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，決定對旋風(fēng)銑刀盤進(jìn)行改進(jìn)。

圖3 焊接刀具和機(jī)夾刀具裝在原有刀盤的對比

圖4 焊接刀具和機(jī)夾刀具

2.3.2 制定旋風(fēng)銑刀盤改進(jìn)方案

經(jīng)分析，制定改進(jìn)方案是：在刀盤上按照對機(jī)夾刀具的外型測繪出的尺寸，在原有的卡槽基礎(chǔ)上，加工出相吻合的卡槽(如圖5所示1處)，使刀具位置在回縮的同時(shí)，可以增加整個(gè)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性(如圖5所示2處)。

圖5 旋風(fēng)銑刀盤改進(jìn)方案

2.3.3 旋風(fēng)銑刀盤改進(jìn)的效果

改進(jìn)的旋風(fēng)銑刀盤投入使用后，節(jié)省了大量磨刀時(shí)間。刀具磨損后只需更換刀具即可，而且加工出的蝸桿尺寸一致性好，既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，又節(jié)省了換刀后的對刀時(shí)間，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。整個(gè)銑削齒面過程變得比較順暢和穩(wěn)定，滿足了加工精度的要求，大大提高了生產(chǎn)效率及切削穩(wěn)定性，節(jié)省了可觀的費(fèi)用。

3 結(jié)論

通過對帶有長內(nèi)孔、相交孔的大模數(shù)蝸桿加工方法的改進(jìn)，得到主要結(jié)論如下：

(1) 研制了一種內(nèi)孔珩磨裝置，保證蝸桿的長內(nèi)孔加工精度和表面粗糙度。

(2) 采用了新型加工相交孔專用刀具，解決了相交孔內(nèi)的毛刺難以去除的難題。

(3) 采用旋風(fēng)銑，解決了用傳統(tǒng)車床加工螺紋難度大、生產(chǎn)效率低、加工周期長的難題。

(4) 對原裝刀盤進(jìn)行深入研究后對其進(jìn)行了改進(jìn)，提高了加工精度和生產(chǎn)效率，保證了切削的穩(wěn)定性，節(jié)省了可觀的費(fèi)用。