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如（rú）何在數控車床上車削多線蝸杆齒形（xíng）

2018-4-28 來源（yuán）：湖南省湘西民族職業技術學院作者：方媛州

在車削加工培（péi）訓實（shí）踐中，車削蝸杆，特別是車削大（dà）模數（shù）、多線（xiàn）蝸杆，其主要難點在於齒形切（qiē）削麵積大、切削抗力大；另外，其多次周而（ér）複（fù）始、緊張單（dān）調的操作，使得勞動強度增大，並容易出現始料未及的問（wèn）題，因此車削多線蝸杆往往令人望而生畏。在（zài）數控車床上車削多線大模數蝸杆時，如果我們采用普通車床的車削加工方法，不能充分利用數控機床的（de）特點。為此，我們收集、總（zǒng）結蝸杆齒形車削刀具方麵的經驗，嚐試利用數控車（chē）床的（de）宏程序設計功能，解決車削多線大模數蝸杆這（zhè）一加工難題。

數控係統宏程序，是以變量的組合，通過各種算術和邏（luó）輯運算、轉移和循環等指令而編製的一種可以靈活運用的程序，其隻需改變變量（liàng）的值，即可實（shí）現同類型不（bú）同尺寸的加工和操（cāo）作。以FANUC 0i數控係統為例，在（zài）數控車床上加工普通螺紋，一般使用的指令有（yǒu）G32單行程螺紋車削和（hé）螺紋切削循環與G92、G76等幾種，但在車削大導程、多（duō）線蝸杆時，應用該指令編程（chéng）其功能是不能實現的。因為該指令為斜進法切（qiē）削，其適合切削的（de）刀尖角度（dù）隻有80°，60°，55°，30°，29°，0°共六種，而常用蝸杆的齒形角度為40°，如果使用直（zhí）進法進（jìn）刀G32指令和G92指令方式，則加工難度較（jiào）大，容易出現“紮（zhā）刀”現象。但如果使用宏程序功能即可解決這一問題。為此筆者探討在數控車床（chuáng）上對車削蝸杆齒形的車刀與操作方（fāng）法進行改進（jìn），以（yǐ）及用宏程序編製車削大導程、多線蝸杆的加（jiā）工程序。多線蝸杆零件如圖1所示。

圖1　多（duō）線蝸杆零件

一、多線蝸（wō）杆加工工藝（yì）要求及車削刀具分析

1.多線蝸杆加工工（gōng）藝要求如圖1所示，多線蝸杆為模數4m，線（xiàn）數3線，導程37.699mm、導程角8°58′21″、齒（chǐ）全高8.8mm的阿基米德蝸杆。該蝸杆切削麵（miàn）積（jī）大（dà），要求工件剛性好，故需采用一（yī）夾一頂的裝夾方式車（chē）削。

2.車（chē）削刀具分析多線（xiàn）蝸杆車削加工采（cǎi）取“分層切削”的方式，需法向安裝車（chē）刀（阿（ā）基米德蝸杆齒形是一種軸向直廓齒形，精車時應軸向安裝車刀，並且為正常發揮車刀各角度的作（zuò）用、提高功效，需采用法向裝刀方式）。車削刀具特點如下。

（1）蝸（wō）杆粗車刀。蝸杆齒形粗車刀采（cǎi）用（yòng）W18Cr4V材料，刀具各角度如圖2所示。為提高（gāo）粗車刀刀尖強度，刀具切削刃的刀尖部分需用油石修研-5°倒棱。此倒棱寬度值視蝸（wō）杆模數、工件材料而定。在導程大、吃刀深度大、材料較硬時，倒棱則可（kě）取大些。粗車時，蝸杆（gǎn）粗車刀（dāo）的刀尖（jiān）角采用35°，這樣粗（cū）車後便於（yú）用精車刀（dāo）精車，其精車餘量如（rú）圖3所示。

圖2　蝸（wō）杆粗車刀

如圖2所示，蝸杆粗車刀刀尖特點是：①采用圓弧（hú）形刀尖，增強了刀尖強度，刀尖散熱得到了改善；②采用圓（yuán）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（fáng）止衝擊損壞刀尖，且（qiě）不易崩刃。

蝸杆粗車刀可直（zhí）接壓裝或安裝在普通彈簧刀柄上車削。

（2）蝸杆半精車、精車車刀。蝸杆半精車和精車（chē）刀（dāo）如圖4所示，該刀頭采（cǎi）用圓弧前角。此前角是在內圓磨床上（shàng）用指形砂輪磨出的（de），如圖5所示。其刀尖寬度（dù）略小於蝸杆牙底槽寬（kuān）度。車（chē）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（gè）麵。此時如加注合適的切削液（yè），會使切（qiē）削變得（dé）更加輕快，從而（ér）達到較小（xiǎo）的表麵結構值（zhí）和較高（gāo）的表麵質量。

圖3　精車刀牙形角與精車餘（yú）量的關係

圖4　蝸杆齒形精車刀

蝸杆精車刀刀尖（jiān）各角（jiǎo）度，如圖4所示。刀（dāo）頭材料選用W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2。此刀特點是（shì），刀（dāo）頭強度（dù）好，刃口鋒利，排屑（xiè）順暢（chàng），切（qiē）屑變形小，散熱條件好。裝刀時可用樣板或萬能（néng）角尺對刀，使車刀兩（liǎng）刀刃夾角（jiǎo）的平分線與蝸杆軸線（xiàn）垂直。

（3）半精車和精車刀安裝於彈簧刀杆上。彈簧刀杆選用彈性和強度較好的材料（liào），如圖6所示，這樣半精車和精（jīng）車時不需扳角（jiǎo）度。

圖5　車（chē）刀頭前刀（dāo）麵刃磨

圖6　彈性刀（dāo）杆

普通彈性（xìng）刀杆在較大的軸向切削力影響下會發（fā）生扭轉（zhuǎn）變形，使所車蝸杆的軸向齒形角和螺距發生變化產生誤差，從而降低加工精度。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（xìng）。刀體上選用12mm×12mm方孔（kǒng），該（gāi）方孔用線切割加工，這樣用12mm×12mm高速鋼刀頭與刀體方孔配合，提高了刀頭與刀體方孔的配合精度，從而減小了加工過程中刀頭在刀體中的（de）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（qiě）粗車（chē）時一般是刀具的幾個切削刃同（tóng）時工作，使得排（pái）屑（xiè）不暢，切削力較大。因此（cǐ），利用宏程（chéng）序和（hé）G92指令結合編程,變換進給方式，可以（yǐ）實現不同齒（chǐ）形和深度的蝸（wō）杆加工，這對降低切削力，提高切削效率，保證（zhèng）加工質量十分重要。

1.粗車車削時（shí），使用粗車刀，主軸轉速n=200r/min。

車削方法主要是以“分層車削（xuē）”的方式，如圖7所示（shì）。這（zhè）種分層加工方法，每次走刀（dāo）的切削深度不大，刀尖受力狀態和（hé）散熱情況均得到較大的改善（shàn），而且利於排屑，不易（yì）“紮刀”，同時可以選用（yòng）較高的切削用量，使切削效率得以成倍提高。

圖7　粗車（chē）分層車削法

　圖8　精車兩側麵直進刀方法

2.半精車、精車

在半精車、精（jīng）車蝸杆齒（chǐ）形，安（ān）裝車刀頭時，利用蝸杆牙形樣板或萬能角度尺對刀。采用（yòng）的進（jìn）刀方式為（wéi）直進刀（dāo）方式，分別精（jīng）車蝸杆齒形的側麵，如圖8所示，這（zhè）樣可以保證得到較（jiào）高的加工精度和較小的表麵結構值。

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

三、多線（xiàn）蝸杆數控加工程序設計

在FANUC 0i數控係統上，利用G92螺紋加工指令，編製蝸杆切削（xuē）加工宏程序，分粗加工（gōng）和半精加工（gōng）、精加工幾部（bù）分。車削如圖1所示的多線蝸杆實例，對蝸杆（gǎn）齒形（xíng）部分的車削進行程序編製，見表1、表2、表3。蝸杆加工（gōng）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（biǎo）2　蝸杆粗加工（子程（chéng）序）實例程序及說明

表3 蝸杆精加工（子程（chéng）序）實例程序及說明

圖9　多線蝸杆車削三維圖

四、小結（jié）

在車削蝸（wō）杆的（de）實際生產和教學中，我們采用改進刀具，大膽改變編程思路，通過用G92數（shù）控指令結（jié）合宏變量、分層編程加工蝸杆的（de）方（fāng）法，比較成功地解（jiě）決了在數控車床上車削大導程、多線蝸杆（gǎn）的技術（shù）難題，從根本上（shàng）解決了“紮刀（dāo）”“悶車”等（děng）問題，提高了蝸杆的尺寸（cùn）精度、分線精度，極大地提高了生產效率，大幅度減輕了（le）操作者的勞動強度。實踐說明，我們不但要借鑒前人（rén）傳（chuán）承下的極其寶貴的豐富經驗，而且還要結合（hé）目前的先進設備，不斷學習、探討，這樣才（cái）能使我們的技術水平得到（dào）更大提高。

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