變齒厚蝸桿的數(shù)控車加工技術(shù)研究

廖潤(rùn)彬

（廣東吉奧機(jī)電設(shè)備有限公司，東莞523573）

1 前言

在傳統(tǒng)的數(shù)控車加工中，一般都是采用車削加工的工藝手段對(duì)蝸桿類產(chǎn)品進(jìn)行加工生產(chǎn)，變齒厚蝸桿在以往的生產(chǎn)過(guò)程中也是通過(guò)掛輪車的方法進(jìn)行加工完成的。但是對(duì)變齒厚蝸桿進(jìn)行加工的過(guò)程中，由于受到普通車床精準(zhǔn)度以及工作效率的影響，導(dǎo)致變齒厚蝸桿的實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間以及產(chǎn)出質(zhì)量不能得到充分的保證。因此，需要當(dāng)前的技術(shù)人員切實(shí)做好加工技術(shù)的改進(jìn)工作，對(duì)數(shù)控車加工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)充分提升變齒厚蝸桿的實(shí)際加工質(zhì)量與效率。

2 變齒厚蝸桿的零件特征分析

在對(duì)變齒厚蝸桿進(jìn)行數(shù)控車加工的過(guò)程中，許多的機(jī)械化零部件都是擁有一定的減速機(jī)構(gòu)的，而在減速機(jī)構(gòu)中，最為常見(jiàn)的一種零部件就是變齒厚蝸桿。變齒厚蝸桿部件可以充分保證機(jī)械化產(chǎn)品的實(shí)際使用功能得到有效的發(fā)揮。在機(jī)械產(chǎn)品中，借助蝸桿以及渦輪之間的相互合作，來(lái)充分提高零部件的傳動(dòng)比，并且在一定程度上還可以對(duì)零件的自身荷載承受能力進(jìn)行提升。但是變齒厚蝸桿與其他的蝸桿類零部件還有所不同，例如，普通的蝸桿零部件的齒輪厚度的變化是相對(duì)較為平均的，但是在機(jī)械產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，普通蝸桿零件的齒輪會(huì)出現(xiàn)一定程度的損壞，從而對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際使用穩(wěn)定性造成負(fù)面的影響，這時(shí)候就需要技術(shù)人員對(duì)該零部件進(jìn)行更換，但是要是使用變齒厚蝸桿零部件的話，只需要對(duì)其軸向位置進(jìn)行一定的調(diào)整，就可以充分的滿足機(jī)械產(chǎn)品的使用要求。并且不需要對(duì)其進(jìn)行更換，從而可以有效的節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。

3 變齒厚蝸桿在數(shù)控車加工中存在的問(wèn)題以及解決對(duì)策

筆者的實(shí)際工作方向?yàn)閿?shù)控車編程以及生產(chǎn)加工，曾于2016 年的9 月份至次年的10 月參加了人力資源以及社會(huì)保障部所舉辦的第44 屆世界技能大賽數(shù)控車項(xiàng)目國(guó)家集訓(xùn)隊(duì)集訓(xùn)，參與復(fù)雜多軸零件的圖紙繪制，工藝制定，程序編寫(xiě)以及刀具的選擇和生產(chǎn)加工。并于同年7 月至2020 年的7 月，在廣東吉奧機(jī)電設(shè)備有限公司任職技術(shù)工程師負(fù)責(zé)數(shù)控刀具生產(chǎn)、車床加工部分程序編寫(xiě)，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，夾具制定以及生產(chǎn)加工。2020 年7 月至今，擔(dān)任廣東吉奧機(jī)電設(shè)備有限公司任技術(shù)總監(jiān)，主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品工藝的制定。由此筆者會(huì)切實(shí)根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)以及工作經(jīng)歷對(duì)當(dāng)前變齒厚蝸桿在數(shù)控車加工中的現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行闡述，并對(duì)其解決措施進(jìn)行分析。

3.1 蝸桿在數(shù)控車加工中出現(xiàn)的問(wèn)題

蝸桿零件一般都是通過(guò)車削的方式來(lái)進(jìn)行加工的，使用普通車床對(duì)蝸桿進(jìn)行加工時(shí)，車刀每進(jìn)給一個(gè)切削的深度，都需要加工生產(chǎn)人員手動(dòng)完成數(shù)控車進(jìn)行打正、進(jìn)刀、反車以及退車等工作，使得加工生產(chǎn)人員的實(shí)際工作勞動(dòng)量相對(duì)較大。同時(shí)由于機(jī)床的實(shí)際參數(shù)并不穩(wěn)定，有時(shí)會(huì)對(duì)導(dǎo)程上的蝸桿產(chǎn)生一定的影響，因其沒(méi)有進(jìn)行與之相對(duì)的掛輪而導(dǎo)致其不能順利的進(jìn)行加工。但是隨著數(shù)控車加工技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提升了加工作業(yè)的自動(dòng)化程度，在一定程度上減輕了加工生產(chǎn)人員的工作量以及工作壓力。但是變齒厚蝸桿在數(shù)控車加工中也會(huì)遇到一些問(wèn)題，因?yàn)槲仐U的齒槽相對(duì)較深，數(shù)控車的螺紋循環(huán)切削是徑向進(jìn)刀，在實(shí)際的加工過(guò)程中數(shù)控刀具會(huì)進(jìn)行三面切削，使得刀具的荷載變大，并會(huì)隨之產(chǎn)生一定的振動(dòng)，極為容易導(dǎo)致其折斷，其變齒厚蝸桿的表面粗糙程度也會(huì)變大。

3.2 解決方案分析

第一，對(duì)蝸桿進(jìn)行數(shù)控車加工的過(guò)程中，生產(chǎn)加工人員要具有相對(duì)較為良好的編程思維，針對(duì)車刀的選擇一定要切實(shí)符合技術(shù)人員的預(yù)期設(shè)計(jì)，并使用程序設(shè)計(jì)對(duì)其實(shí)際的加工順序進(jìn)行有效的預(yù)設(shè)。在實(shí)際加工中，生產(chǎn)人員只需要通過(guò)對(duì)電腦進(jìn)行控制即可完成對(duì)預(yù)設(shè)程序的控制，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)數(shù)控車的自動(dòng)化工作。同時(shí)使用編程也可以最大限度地控制好生產(chǎn)中的車刀使用力度，以此來(lái)充分提升數(shù)控車刀具的使用精準(zhǔn)度。蝸桿在加工中正確操作為，車刀會(huì)率先沿著齒槽中心軸進(jìn)刀，之后在同一深度繼續(xù)沿著齒槽的左側(cè)以及右側(cè)分別進(jìn)刀，之后再不斷的重復(fù)上述的過(guò)程，一直到變齒厚蝸桿加工完成。這樣的加工方式會(huì)使得數(shù)控車刀的進(jìn)刀都可以保持的最小，并且車刀的受力面積相對(duì)較小，對(duì)切削的平穩(wěn)度也是有好處的，其零件的加工質(zhì)量也可以得到充分的提升[2]。

第二，對(duì)變齒厚蝸桿進(jìn)行加工之前，技術(shù)人員需要對(duì)加工機(jī)床進(jìn)行有效的選擇，要采購(gòu)一些性價(jià)比相對(duì)較高的數(shù)控車床，這樣可以充分的確保零件的加工質(zhì)量，同時(shí)也可以為企業(yè)節(jié)約一定的生產(chǎn)加工成本。同時(shí)在對(duì)車刀進(jìn)行加工的過(guò)程中，需要人工對(duì)其進(jìn)行磨制，車刀分為粗細(xì)兩種，特別是細(xì)車刀的鋒利程度要高于粗車刀。針對(duì)程序?qū)ζ溥M(jìn)行加工時(shí)，需要技術(shù)人員對(duì)齒槽進(jìn)行一定程度上的加粗，并對(duì)導(dǎo)程質(zhì)量進(jìn)行提升，一定要做好加工程序的編程，以此來(lái)更好的控制當(dāng)前的數(shù)控車床。

4 變齒厚蝸桿的數(shù)控車技術(shù)要點(diǎn)

上文曾提及蝸桿類零件所使用的加工方式為車削，這種加工方式不僅會(huì)增加技術(shù)人員的實(shí)際工作量，同時(shí)由于參數(shù)不穩(wěn)定的影響，其加工出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量也得不到保證。雖然使用數(shù)控車床對(duì)變齒厚蝸桿進(jìn)行加工可以充分地降低其勞動(dòng)生產(chǎn)作業(yè)量，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中，數(shù)控車床的加工仍是依靠固定的加工程序來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，這種驅(qū)動(dòng)方式雖然可以確保其零部件的加工精準(zhǔn)度，但是也在一定程度上對(duì)加工過(guò)程的靈活度造成了一定的影響，當(dāng)加工過(guò)程中遇到一些實(shí)際問(wèn)題時(shí)，其不能靈活的進(jìn)行解決，而是仍按照原有的設(shè)定程序進(jìn)行加工，反而會(huì)有可能影響變齒厚蝸桿零件的產(chǎn)出質(zhì)量，因此對(duì)數(shù)控車加工技術(shù)進(jìn)行使用的過(guò)程中，需要技術(shù)人員切實(shí)做好以下兩點(diǎn)。

4.1 導(dǎo)程

變齒厚蝸桿的導(dǎo)程一共由三個(gè)部分組成，分別為公稱導(dǎo)程、左側(cè)導(dǎo)程以及右側(cè)導(dǎo)程。公稱導(dǎo)程在加工中被稱為L(zhǎng)，左側(cè)導(dǎo)程為L(zhǎng)f，右側(cè)導(dǎo)程為L(zhǎng)r，公稱導(dǎo)程主要在計(jì)算中進(jìn)行應(yīng)用，但是左側(cè)導(dǎo)程以及右側(cè)導(dǎo)程則會(huì)對(duì)當(dāng)前的變齒厚蝸桿加工產(chǎn)生一些影響。技術(shù)人員使用數(shù)控車床對(duì)變齒厚蝸桿進(jìn)行加工時(shí)，左側(cè)導(dǎo)程以及右側(cè)導(dǎo)程是在掛輪加工中所衍生出來(lái)的，數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使刀架的導(dǎo)程進(jìn)行一定的位移，以此來(lái)對(duì)掛輪齒數(shù)進(jìn)行詳實(shí)的技術(shù)。當(dāng)技術(shù)人員對(duì)掛輪齒數(shù)進(jìn)行掌握后，還需要對(duì)蝸桿的傳動(dòng)比進(jìn)行精確，檢測(cè)其是否符合當(dāng)前的加工精準(zhǔn)度，并對(duì)掛輪的規(guī)格進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)其規(guī)格不滿足當(dāng)前的加工精準(zhǔn)度的要求，需要對(duì)其進(jìn)行重新計(jì)算，公稱導(dǎo)程齒厚示意圖如圖1 所示。

圖1 公稱導(dǎo)程齒厚示意圖

4.2 齒間寬度

變齒厚蝸桿的齒間寬度是會(huì)發(fā)生變化的，其齒間的寬度會(huì)隨之主軸而發(fā)生變化，當(dāng)軸向變薄或是變厚之后，其軸向的齒間寬度也會(huì)隨之發(fā)生改變。倘若軸向的齒間寬度過(guò)小時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致車削蝸桿的牙刀與牙槽之間出現(xiàn)一定的摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)的加工工作無(wú)法正常的開(kāi)展。因此，需要技術(shù)人員在實(shí)際的加工中，切實(shí)做好齒間寬度的控制，其齒間寬度不能少于2 毫米，以此來(lái)充分確保變齒厚蝸桿加工工作的順利進(jìn)行[3]。

5 數(shù)控車加工技術(shù)改良措施分析

5.1 對(duì)精車刀進(jìn)行改良

變齒厚蝸桿的齒厚會(huì)受到精車刀的影響，因?yàn)?，精車刀具有雙刃以及前角，同時(shí)對(duì)齒形角的控制不是很容易。因此，在加工過(guò)程中需要對(duì)齒形角進(jìn)行有效的控制。一般情況下，對(duì)齒形角的實(shí)際角度控制要保持在20 度左右。同時(shí)，由于齒形角的角度變動(dòng)，會(huì)使得精車刀的前側(cè)刀刃與兩側(cè)刀刃在加工的過(guò)程中相互干擾。所以，在對(duì)精車刀進(jìn)行使用的過(guò)程中，技術(shù)人員需要始終保證精車刀的平直。也就是說(shuō)，需要對(duì)精車刀的前側(cè)刀刃的表面粗糙度進(jìn)行控制，并對(duì)兩側(cè)的刀刃進(jìn)行打磨。當(dāng)出現(xiàn)1毫米的凹槽時(shí)，精車刀的后方角度就會(huì)發(fā)生一定的改變。這是因?yàn)榫嚨兜穆菁y角度正處于變化的狀態(tài)下，其精車刀的后角也會(huì)隨之發(fā)生改變。因此，技術(shù)人員需要對(duì)其使用油石進(jìn)行一定的打磨處理，將其表面粗糙度有效的控制在0.7 度左右。

5.2 對(duì)粗車刀進(jìn)行改良

一般情況下，對(duì)變齒厚蝸桿進(jìn)行數(shù)控車加工時(shí)使用的粗車刀都是由白鋼刀所打磨而成的，在對(duì)刀刃頂端的寬度進(jìn)行有效的控制時(shí)，其刀刃頂端的寬度要比齒底的凹槽寬度小1 毫米，以此來(lái)確保精車的預(yù)留量可以達(dá)到0.5 毫米，從而避免了夾刀情況的出現(xiàn)。同時(shí)在對(duì)其刀寬進(jìn)行確定后，技術(shù)人員需要使用砂輪將刀尖打磨成圓弧形，其弧度越大，刀刃的散熱性能也就越好，實(shí)際加工的耐久度也就越高，之后技術(shù)人員便可以使用砂輪將刀花進(jìn)行研磨，將刀刃的表面粗糙程度提升到0.8 度，這種舉措的主要目的是最大限度地提升粗車刀的實(shí)際使用時(shí)間。

將粗車刀兩側(cè)的夾角度數(shù)控制在40 度，同時(shí)將刀刃的前角度數(shù)控制在14 度左右，呈現(xiàn)出一個(gè)“勺”形，進(jìn)而確保切削液體可以從中間部位流出，從而減少加工時(shí)人員受傷的概率以及對(duì)切削液體進(jìn)行更好的冷卻。之后可以將粗車道的后角度數(shù)控制在9 度左右，并在刀尖處進(jìn)行打磨，使其變成雙重后角。針對(duì)粗車刀的刀刃處而言，一般都是選取常用加工值的小后角，以此來(lái)提升刀刃的剛度，從而確保在切削的實(shí)際負(fù)荷增加時(shí)，粗車刀不會(huì)出現(xiàn)斷裂或是崩刃的情況。

5.3 甄選合適的切削液

在使用粗車道對(duì)其零部件進(jìn)行加工時(shí)，一般是不會(huì)使用到乳化液的，而是使用質(zhì)量濃度相對(duì)較高的30 號(hào)機(jī)油與鉛油混合配制而成的液體作為其切削液使用?；蚴鞘褂?0 號(hào)機(jī)油配比質(zhì)量濃度為10%的紅丹粉的混合溶液作為切削液，這兩種切削液都能夠充分的提升刀具的使用年限。針對(duì)精車刀而言，其使用質(zhì)量含量為5%的紅丹粉配比質(zhì)量溶液為20%的CL4 加上質(zhì)量溶液為75%的30 號(hào)機(jī)油所混合制成的切削液，能夠最大限度地降低變齒厚蝸桿與刀刃之間的摩擦。

5.4 對(duì)刀桿以及切削方式進(jìn)行改良

在對(duì)刀桿進(jìn)行改良時(shí)，技術(shù)人員可以選用一些可以轉(zhuǎn)動(dòng)的彈簧刀桿，從而可以充分抵消刀具在切削過(guò)程中所產(chǎn)生的振動(dòng)影響。由于彈簧刀桿的自身剛度相對(duì)較低，所以在其切削力增加時(shí)，刀具會(huì)向后以及向下進(jìn)行收刀，并將切削力度降低，對(duì)所產(chǎn)生的振動(dòng)效果進(jìn)行吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抵消振動(dòng)的作用。在對(duì)變齒厚蝸桿進(jìn)行加工的過(guò)程中，技術(shù)人員也需要對(duì)其切削方式進(jìn)行改良，對(duì)當(dāng)前的左右切削方法進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，并積極主動(dòng)構(gòu)建數(shù)控加工技術(shù)研究試驗(yàn)室，對(duì)新技術(shù)以及新方式進(jìn)行試驗(yàn)與分析，以此來(lái)充分提升變齒厚蝸桿的加工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。

6 結(jié)論

綜上所述，數(shù)控車加工技術(shù)作為當(dāng)前機(jī)械產(chǎn)業(yè)中的主要加工技術(shù)，使用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)變齒厚蝸桿零件進(jìn)行加工，不僅可以充分提升其加工質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，同時(shí)也可以為企業(yè)節(jié)約一定的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是在實(shí)際的加工中也會(huì)存有一些問(wèn)題，影響著數(shù)控車加工技術(shù)的發(fā)展。因此，需要技術(shù)人員在日常的工作中切實(shí)做好變齒厚蝸桿的加工工作，并對(duì)數(shù)控車加工技術(shù)進(jìn)行改良，從而最大限度地提升零件的加工質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快我國(guó)工業(yè)化的進(jìn)程。