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如何在數控車床上車（chē）削多線蝸杆齒形

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，車削蝸杆，特（tè）別是車削大模數、多線蝸杆，其主要難點在於齒形切削麵積大、切削抗力大；另外，其多次周（zhōu）而複始、緊張單調的（de）操作，使得勞動強度增大，並容易（yì）出（chū）現始料未及的問題，因此車削多線蝸杆往往令人望而生畏。在數控車床上車削多線大模（mó）數蝸杆時，如果我們采（cǎi）用普通車床的（de）車削加工方法，不能充分（fèn）利用數控機床的特點。為此，我們收集、總結蝸杆齒（chǐ）形車削（xuē）刀具（jù）方（fāng）麵的經驗，嚐試利用數控車床的宏程序（xù）設計功能，解決車削多線大（dà）模（mó）數蝸（wō）杆這一加工難題。

數控係統宏程（chéng）序，是以變（biàn）量的組合，通過各種算術和邏（luó）輯運算（suàn）、轉移和循（xún）環等指令而編（biān）製的一（yī）種（zhǒng）可以靈活運用（yòng）的程（chéng）序，其隻需改變變（biàn）量的值，即可實現同類型不同尺寸的加工和操作。以FANUC 0i數（shù）控係統為例，在數控車床上加工普（pǔ）通螺紋，一般（bān）使（shǐ）用的指令（lìng）有G32單行程螺紋車削（xuē）和（hé）螺紋切削循環與G92、G76等幾種，但在車削大導程、多線蝸杆時，應用該指令編程其功能（néng）是不能實現的。因為該指令（lìng）為斜進法切削，其適合（hé）切削的刀尖角度隻有80°，60°，55°，30°，29°，0°共六（liù）種，而常用蝸杆的齒形（xíng）角度為40°，如（rú）果使用直進法進刀G32指令和G92指令方式，則加工難（nán）度較大，容易（yì）出現“紮刀（dāo）”現象。但如果使用宏程序功能即可（kě）解決這一問題。為此筆（bǐ）者探討在（zài）數控車床上對車（chē）削蝸杆齒形的（de）車刀與操（cāo）作方法（fǎ）進行改進，以及用宏程序編製車削大導程、多（duō）線蝸杆的（de）加工程序。多（duō）線蝸杆零件如圖1所示。

圖1　多線蝸杆零件（jiàn）

一、多線蝸杆加工工藝要求及車（chē）削刀具分析

1.多線蝸杆加工工藝要求如圖1所示（shì），多線蝸杆為模數4m，線數3線（xiàn），導程（chéng）37.699mm、導程角8°58′21″、齒全高8.8mm的阿基（jī）米德蝸杆。該蝸杆切削麵積大，要求工件剛性（xìng）好，故需采用一夾一頂的裝夾方式車削。

2.車削刀具分（fèn）析多線蝸杆車削加工（gōng）采取“分層切削”的方式，需法向安裝車刀（阿基米德蝸（wō）杆（gǎn）齒形（xíng）是一種軸向（xiàng）直廓齒形，精車（chē）時應軸（zhóu）向安裝車刀，並且為正常（cháng）發揮車（chē）刀各角度的作用、提高功效，需采用（yòng）法向裝刀方式）。車削刀具特點（diǎn）如下。

（1）蝸杆粗車刀。蝸杆齒形粗車（chē）刀采用（yòng）W18Cr4V材（cái）料，刀具各角度如圖2所示（shì）。為提高粗車刀刀尖（jiān）強度，刀具切削刃（rèn）的刀尖部分（fèn）需用油石修研-5°倒棱。此倒棱寬度（dù）值視蝸杆模數、工（gōng）件材料而定。在導程大、吃刀深度（dù）大、材料較硬時，倒棱則可取大些。粗車時，蝸杆粗車刀的刀尖角采用35°，這樣粗車後便於用精車刀精車，其（qí）精車餘量如圖3所示。

圖2　蝸杆粗車刀

如圖2所示，蝸（wō）杆粗車刀刀尖特點是（shì）：①采用（yòng）圓弧（hú）形刀尖，增強了刀尖強度，刀（dāo）尖散熱得到了改（gǎi）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衝擊損壞刀尖，且不易崩刃。

蝸杆粗車刀可直接壓裝或安裝（zhuāng）在普通彈簧（huáng）刀柄上車削。

（2）蝸杆（gǎn）半精車、精車（chē）車刀（dāo）。蝸杆半精車和精車刀（dāo）如圖4所示（shì），該刀頭采用圓弧前角。此前角是在內圓磨床上用指形砂輪磨出的，如圖5所示。其刀尖寬度略小於蝸（wō）杆牙底槽寬度。車削時采用“單邊直進刀”，隻切削蝸杆牙形的一個麵，一麵車完後再車第二個麵。此時（shí）如加注合適的（de）切削液，會（huì）使切削變得更加（jiā）輕快，從而達到較小的表麵結構值和較高的表麵質量。

圖3　精車刀牙形角與（yǔ）精車餘量的關係

圖4　蝸杆齒形精車刀

蝸杆精車刀刀尖各（gè）角（jiǎo）度，如圖4所示。刀頭材（cái）料選用W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2。此刀（dāo）特點是，刀頭強度好（hǎo），刃口鋒利，排屑順（shùn）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（dāo）兩刀刃夾角的平（píng）分線與蝸杆軸線垂直。

（3）半精車和精車刀安裝於彈簧刀杆上（shàng）。彈簧刀杆選用彈性和強度較（jiào）好的材料，如圖6所示（shì），這樣半精車和（hé）精車時不需扳角度。

圖5　車刀頭前刀麵刃磨

圖6　彈性刀杆

普通彈性刀杆在較大的軸向切削力影響（xiǎng）下會發生扭轉變形，使所（suǒ）車蝸杆的軸向齒形角和螺距發（fā）生變化產生誤差，從（cóng）而降低加工精度。而現在，采用彈性和強度較好的刀杆則大大提高了刀體的剛性。刀體上選用12mm×12mm方（fāng）孔，該方孔用線（xiàn）切割加工（gōng），這樣用12mm×12mm高（gāo）速鋼刀頭與（yǔ）刀體方孔配合，提高了刀頭與刀體（tǐ）方孔的配（pèi）合精度，從而減（jiǎn）小了加工過程中刀頭在刀（dāo）體中的扭轉、竄動。

二、多線蝸杆加工方法及走刀方式

在車削蝸杆時切（qiē）除的金屬量大，而且粗車時一般是刀具的幾個切削刃同（tóng）時工（gōng）作，使（shǐ）得排屑不（bú）暢，切削力較大（dà）。因此（cǐ），利（lì）用宏（hóng）程序和G92指令（lìng）結合編程,變換進給方式，可以（yǐ）實現不同齒形和深度的蝸杆加工，這對降低（dī）切削力，提高切削效率，保證加工質量十分重要。

1.粗車車削時，使用粗車（chē）刀，主軸轉速n=200r/min。

車削方法主要是以“分（fèn）層車削”的方式，如圖7所示。這種分層加工方法，每次走（zǒu）刀的切削深度不大（dà），刀尖受力狀態和散熱（rè）情況均得到較大的改善（shàn），而且利於（yú）排屑，不易“紮刀”，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（liǎng）側麵直進刀方法

2.半精車、精車

在半精車、精車蝸杆（gǎn）齒形，安裝車刀頭時，利用蝸杆牙形樣板或萬能角度尺對刀（dāo）。采用的進刀（dāo）方式為直進刀方式，分別精車蝸杆齒形的側麵，如圖8所示，這樣（yàng）可以保證（zhèng）得到較高的加工精度和較小的表麵結構（gòu）值。

在半精（jīng）車（chē）蝸杆齒形時，可將齒底圓車至齒根圓尺寸φ66.4mm，並用遊標卡尺（chǐ）測量控製齒厚尺寸，留精車餘量0.2～0.5mm。

三、多（duō）線蝸杆（gǎn）數控加工程序設計

在FANUC 0i數控係統上，利用（yòng）G92螺紋加工指令，編製蝸杆切削加工（gōng）宏程序，分粗加工和半精加（jiā）工、精（jīng）加工幾（jǐ）部分。車削如圖1所（suǒ）示的多線（xiàn）蝸杆實例，對蝸杆齒形部分（fèn）的車削進行程序編（biān）製，見（jiàn）表1、表2、表3。蝸杆加工成型後（hòu）的三維圖如圖9所示。

表1　蝸杆加工（主程序）實例程序及說明

表2　蝸杆粗加工（子程序）實例程序及說明

表3 蝸杆精（jīng）加工（gōng）（子程序）實例程序及（jí）說明（míng）

圖9　多線蝸杆車削（xuē）三維圖

四（sì）、小結

在車削蝸杆的實（shí）際生產和教學（xué）中，我（wǒ）們采用改進刀具，大膽改變編程思路，通過用G92數控指令結（jié）合宏變量、分層編（biān）程加工蝸杆的方法，比較成（chéng）功地解決了在數控車床上車削大導（dǎo）程、多線蝸杆的技術難題，從根本上解決了“紮刀”“悶車”等問題，提高了蝸杆的尺寸精度、分（fèn）線精度，極大地提高了生產效率，大幅度減輕了操作者的勞動強度。實踐說明，我們（men）不但要借鑒前人傳承下的極其寶貴的豐富經驗，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（dà）提高。

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