浅谈数控车加工小模数蜗杆

周隆兴

(安徽建设学校，安徽 合肥 230051)

现在社会发展日新月异，加工机械的种类不断增多，机械加工行业的工艺、工步越来越细化。都追求最优的性价比加工方法。加工蜗杆也是这样，一般都用旋风铣来加工，节省时间和人力、物力。但是在加工小模数蜗杆时候，旋风铣床受到限制，可以用数控车来加工，同样可以节省时间。

图1

1 图纸分析

加工如图1所示的工件，一个手动调节小模数蜗杆。精度要求不是很高，不用安排蜗杆磨进行加工，可以直接在数控车加工，连车外圆和车蜗杆，一次装卡完成，节省时间。图中φ20h7、φ10h7、圆留0.2～0.3mm磨量，M8螺纹用板牙加工。加工思路是先加工左侧φ20h7外圆留0.2～0.3的磨量，并打左侧中心孔;再装夹左端，保证总长60，并打右侧中心孔;最后在数控车用台阶软爪装夹左侧留磨量的φ20h7外圆，用尾坐顶着右侧中心孔，一夹一顶加工。这样能保证加工后的蜗杆和中心孔的位置关系，再用中心孔定位来磨削φ20h7、φ10h7外圆，等于是直接保证了蜗杆和φ20h7、φ10h7外圆的位置关系。蜗杆的表面粗糙度要求是1.6μm，工件材料为45号钢调质处理。通过刀具刃磨可以达到图纸要求的表面粗糙度。

2 工艺分析

2.1 在加工之前要计算出和加工有关的参数:单位:mm

导程=3.14×模数×头数=3.14

全齿高=2.2×模数=2.2

齿顶高=模数=1

齿根高=1.2×模数=1.2

齿顶圆直径=16

分度圆直径=14

齿根圆直径=齿顶圆直径—2×全齿高=11.6

齿顶宽=0.843×模数=0.843

齿根槽宽=0.697×模数=0.697

导程角tgγ=导程÷(3.14×分度圆直径)=0.0714导程角=4.08°

周节=3.14×模数=3.14

轴向齿厚=导程÷2=1.57

2.2 计算好参数后分析参数选择加工方法

全齿高2.2mm也就是蜗杆单面深2.2mm，双面4.4mm。根据加工大螺距三角形螺纹经验参考分析可以用硬质合金车刀高速加工。用硬质合金刀加工的好处就是提高刀具的耐磨性，可以直接用一把精车刀加工，不用分粗精车，少刃磨一把刀也避免两把刀对刀时候产生误差，可以节省时间。

图2

如图2刃磨刀具。用齿厚卡尺辅助刃磨，有条件可以上工具磨刃磨。刀具形状就是蜗杆轴向槽的形状。刀尖宽与蜗杆齿底槽宽一致，最好减一点，0.05mm就可以，避免蜗轮牙顶与蜗杆牙底接触产生抗力，造成无法安装，形成废品。因为是右旋，刀具左侧后角用3°+导程角≈7°，右侧后角用3°-导程角≈-1°，让刀具的2侧后角与蜗杆两侧牙形成3°的夹角，避免后角过小抗力增大，后角过大造成刀具强度不够，3°～5°夹角比较合适，根据经验选用3°。用齿厚卡尺辅助测量刃磨刀具距离刀尖1.2mm处的尺寸，在1.57±0.03mm范围内，保证蜗杆在分度圆处的尺寸公差，避免加工后超差，为保证分度圆尺寸而造成齿顶过窄或过宽。用角度样板保证刀尖角40°，和1.57±0.03mm配合刃磨。刀尖处的后角5°左右就可以。刀具前角和刃倾角都是0°，保证轴向齿廓为直线，因为图纸要求是轴向直廓蜗杆。刀具刃磨完后安装刀具，用角度样板和角度尺保证刀具与零件间的位置精度。

2.3 装好刀后，编辑加工程序

最优的加工方法是斜进法，但是数控车的复合型螺纹切削循环指令G76所选用的刀尖角度从80°、60°、55°、30°、29°、0°六个角度中选用，没有加工蜗杆的40°角。又因为是小摸数蜗杆牙深单面才2.2mm，选用G92指令，直进法进行切削。为了避免吃刀量过大，要通过计算切削面积的方法来确定每一刀的X向进刀值。

图3

①计算总面积，如图3先求X=tg20°×全齿高=0.8

总面积=(上底+下底)÷2×全齿高=(0.697+tg20°全齿高)×全齿高=3.2934mm2

②计算第一刀面积也就是每一刀的加工面积根据加工3角螺纹经验，第一刀可以加工双面1.2mm，单面就是0.6mm。又因为蜗杆刀比3角螺纹刀刀尖角度小，能够承受的力也相应的小，所以第一刀选用单面进0.35mm，双面进0.7mm。计算加工面积前最好在机床上试加工一次避免刀具因进刀太深，造成切削力过大而损坏。

计算出加工面积=(0.697+0.3639×0.35)×0.35=0.2885mm2

.加工刀数=总面积/加工面积=3.2934÷0.2885=11.416也就是分12刀加工

③计算等面积加工时每一刀的进刀量

第2刀:2×加工面积=(0.697+0.3639全齿高)×全齿高

全齿高≈0.65也就是第2刀双面进1.3mm

第2刀车到的尺寸=公称直径-进刀量=14.7mm

利用近似取整的方法，逐一计算出每一刀的进刀量，然后带进程序进行加工。

第3刀单面进0.86mm，第3刀车到的尺寸=14.28mm。

第4刀单面进1.1mm，第4刀车到的尺寸=13.8mm。

第5刀单面进1.28mm，第5刀车到的尺寸=13.44mm。

第6刀单面进1.45mm，第6刀车到的尺寸=13.1mm。

第7刀单面进1.60mm，第7刀车到的尺寸=12.8mm。

第8刀单面进1.75mm，第8刀车到的尺寸=12.5mm。

第9刀单面进1.88mm，第9刀车到的尺寸=12.24mm。

第10刀单面进2.02mm，第10刀车到的尺寸=11.96mm。

第11刀单面进2.15mm，第11刀车到的尺寸=11.7mm。

第12刀单面进2.20mm，第12刀车到的尺寸=11.6mm。

经过计算加工的好处就是加工每一刀时候受的力基本一样，避免造成切削力过大而造成刀具损毁。如图4，第1刀加工面积是a，总面积是c，第2刀的加工面积是b，每一刀加工面积相等，刀具车削时产生的力基本一样，只要第1刀能加工，后面每一刀也就都可以放心加工。

图4

确定好加工刀数和每刀的进给数值后，要确定下加工所用转速，知道加工材料为45号钢调质处理，加工公称直径16mm，根据加工3角螺纹经验分析，采用转速为每分钟600转。为避免加工时候线速度过高，产生加工时候停不住刀的现象，停不住刀时刀具会和左侧φ20h7外圆接触，严重时会直接车到卡爪，造成生产事故。在正式加工前实验下转速600时加工时会不会停不住刀。不能完全按机床出厂数据计算，因为机床使用年限不一样，会有自然磨损现象产生。确定好转速后加工工件

蜗杆程序为:

2.4 加工好后用齿厚卡尺测量。如图5

图5

经过计算 X向每进 0.01mm，分度圆直径能减少 0.008mm，根据实际测量值与图纸要求进行刀具磨损参数的修改，来确保零件符合图纸要求。

3 加工中产生的问题

3.1 刀具磨损过快的问题。首件加工后，在批量加工中发现刀具磨损速度过快，而且是同一位置磨损，几把刀都是在距离刀尖1mm左右的入刀刃位置产生磨损，如图6a。在排除了刀具刃磨的问题后，经过分析，认定问题是在蜗杆的30°倒角，蜗杆的倒角与刀具在加工时候经常接触一个点，这个点承受的是刀具和工件接触瞬间的冲击力，容易产生磨损，如图6b。在和设计人员互相沟通后，把倒角改成了20°，和刀具刃磨角度一致，如图6c。在刀具与工件接触时候，避免让刀具与工件点接触，而是线接触，就不会产生刀具切削刃磨损一个点的问题出现。经过加工的检验，刀具使用寿命延长明显。

图6

3.2 毛刺的问题。在加工过程中，发现加工后的蜗杆齿顶会产生刀具挤出来的毛刺，在测量时候由于有毛刺就测量不准，会产生测量误差。由于毛刺十分坚硬，机床低速旋转时直接用锉刀来锉毛刺不容易锉掉，而且手用力压锉刀有可能产生危险，工件距离卡爪很近，多次锉削也有可能伤到齿廓，影响表面粗糙度，加工时间也变相的延长。想到的解决办法是在加工蜗杆完成后，在加一把刃磨的锋利的90度车刀，在车一遍蜗杆的齿顶圆，把挤出来的毛刺车掉，这时候齿顶的毛刺会倒在齿间，而且是好锉的小飞刺。机床低速旋转用锉刀轻轻一锉，毛刺就掉了，解决了毛刺的问题。